Kincir angin poros vertikal dengan dua sudu datar satu ruang yang dapat membentang dan mengatup otomatis - USD Repository

  

KINCIR ANGIN POROS VERTIKAL DENGAN DUA SUDU DATAR

SATU RUANG YANG DAPAT MEMBENTANG

DAN MENGATUP SECARA OTOMATIS

  TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

  Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin

  Diajukan Oleh :

  

EDUARDUS SUSILA N

NIM : 065214031

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

2010

  

VERTICAL AXIS WIND TURBINE

WITH TWO SINGLE SPACE FLAT BLADES

WHICH CAN BE OPENED AND CLOSED AUTOMATICALLY

  FINAL PROJECT Presented as fulfillment of the Requirements

  To obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering Study Programme by

  

EDUARDUS SUSILA N

Student Number : 065214031

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMME

  

SC IENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2010

  

INTISARI

  Dalam penelitian ini yang dilakukan yaitu untuk mengetahui dan mencari torsi dinamis, daya dan koefisien daya Kincir Angin Poros Vertikal dengan Dua Sudu Datar Satu Ruang yang Dapat Membentang dan Mengatup Secara Otomatis.

  Pembuatan kincir angin yang dapat membentang dan mengatup secara otomatis ini dengan bahan sudu yang tebuat dari tripleks dan dalam pengujiannya tersebut menggunakan tiga variasi ukuran sudu yang divariasikan pula dengan kecepatan angin. Pengujian ini dilakukan dengan cara memasang kincir angin pada terowongan angin dan dihubungkan dengan generator.

  Penelitian ini dilakukan untuk memperoleh torsi dinamis, daya dan koefisien daya yang dihasilkan oleh kincir angin dari variasi ukuran sudu.

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

  Tugas akhir ini mengambil judul “Kincir Angin Poros Vertikal dengan

Dua Sudu Datar Satu Ruang yang Dapat Membentang dan Mengatup Otomatis“.

  Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini karena adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini perkenankan penulis mengucapkan terima kasih kepada:

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

  2. Bapak Ir. Y.B. Lukiyanto, M.T., dosen pembimbing akademik.

  3. Bapak Ir. Rines, M.T., dosen pembimbing tugas akhir.

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

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

  6. Orang tua dan kakak-kakakku, yang selalu memberikan dukungan dan doa hingga terselesaikannya tugas akhir.

  7. Semua rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, angkatan 2006 khususnya.

8. Serta semua pihak yang telah membantu atas terselesainya tugas akhir ini serta yang tidak mungkin disebutkan satu persatu.

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

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

  Penulis Eduardus Susila N

  

DAFTAR ISI

Halaman Judul ................................................................................................. i

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

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

Halaman Persetujuan ...................................................................................... iv

Pernyataan ........................................................................................................ v

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

Halaman Persetujuan Publikasi ..................................................................... vii

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

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

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

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

Daftar Lampiran .............................................................................................. xv

  

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

1.1. Latar belakang ............................................................................ 1 1.2. Perumusan masalah .................................................................... 2 1.3. Tujuan penelitian........................................................................ 2 1.4. Manfaat penelitian...................................................................... 2 1.5. Batasan masalah ......................................................................... 3

BAB II DASAR TEORI .......................................................................... 4

2.1. Energi yang terdapat dalam angin ............................................. 4 2.2. Dasar kincir angin ..................................................................... 5 2.3. Daya kincir angin ..................................................................... 8 2.4. Perhitungan torsi dan daya ........................................................ 9 2.5. Efisiensi sistem ......................................................................... 12 2.6. Koefisien daya .......................................................................... 13

BAB III METODE PENELITIAN .......................................................... 14

3.1. Diagram alir penelitian .............................................................. 14 3.2. Sarana penelitian ....................................................................... 15 3.3. Perancangan kincir angin ......................................................... 15 3.4. Peralatan Penelitian ................................................................... 22

  3.5. Variabel Penelitian ................................................................... 28 3.6.

  Analisa Data .............................................................................. 28 3.7. Langkah Penelitian ................................................................... 29

  

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ................................. 31

4.1. Data Penelitian ......................................................................... 31 4.2. Pengolahan Data dan Perhitungan ........................................... 40 4.3. Grafik hasil Perhitungan .......................................................... 48 4.4. Pembahasan ............................................................................. 52

BAB V PENUTUP ................................................................................... 55

5.1. Kesimpulan .............................................................................. 55 5.2. Saran ......................................................................................... 56

Daftar pustaka .................................................................................................. 57

Lampiran

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Beberapa bentuk kincir angin ......................................................... 6Gambar 2.2 Grafik hubungan koefisien daya dan tip speed ratio maksimal untuk berbagai model kincir .............................................................................. 9Gambar 2.3 Kurva Hubungan Koefisien Daya dengan Tip Speed Ratio ........... 12Gambar 3.1 Skema kincir angin ......................................................................... 16Gambar 3.2 Poros ............................................................................................... 17Gambar 3.3 Poros sudu ...................................................................................... 18Gambar 3.4 Bentuk penampang sudu ................................................................ 18Gambar 3.5 Pembatas sudu ................................................................................ 19Gambar 3.6 Gerakan kincir ................................................................................ 20Gambar 3.7 Motor listrik ................................................................................... 23Gambar 3.8 Tachometer ..................................................................................... 23Gambar 3.9 Wind tunnel .................................................................................... 24Gambar 3.10 Fan blower ................................................................................... 25Gambar 3.11 Multimeter .................................................................................... 25Gambar 3.12 Beban lampu ................................................................................. 26Gambar 3.13 Anemometer ................................................................................. 26Gambar 3.14 Timbangan .................................................................................... 27Gambar 3.15 Pengukur torsi .............................................................................. 27Gambar 3.16 Variasi sudu .................................................................................. 28Gambar 4.1 Penampang kincir ........................................................................... 39Gambar 4.2 kemiringan sudu ............................................................................. 40Gambar 4.3 Grafik hubungan kecepatan angin dan torsi statis untuk tiga variasi ukuran sudu ......................................................................... 46Gambar 4.4 Grafik hubungan kecepatan angin dan daya output untuk tiga variasi ukuran sudu dengan beban 3 watt ....................................... 47Gambar 4.5 Grafik hubungan kecepatan angin dan daya output untuk tiga variasi ukuran sudu dengan beban 6 watt ....................................... 48Gambar 4.6 Grafik hubungan TSR dan Cp untuk tiga variasi ukuran sudu dengan beban 3 watt ....................................................................... 49Gambar 4.7 Grafik Hubungan TSR dan Cp untuk tiga variasi ukuran sudu dengan beban 6 watt ......................................................................... 50

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data hasil penelitian gaya statis untuk ukuran sudu 20 x 23 cm ....... 31Tabel 4.2 Data hasil penelitian gaya statis untuk ukuran sudu 25 x 23 cm ....... 32Tabel 4.3 Data hasil penelitian gaya statis untuk ukuran sudu 30 x 23 cm ....... 33Tabel 4.4 Data hasil penelitian untuk ukuran sudu 20 x 23 cm dengan beban 3 watt ................................................................................................. 34Tabel 4.5 Data hasil penelitian untuk ukuran sudu 20 x 23 cm dengan beban 6 watt ................................................................................................. 35Tabel 4.6 Data hasil penelitian untuk ukuran sudu 25 x 23 cm dengan beban 3 watt ................................................................................................. 36Tabel 4.7 Data hasil penelitian untuk ukuran sudu 25 x 23 cm dengan beban 6 watt ................................................................................................. 37Tabel 4.8 Data hasil penelitian untuk ukuran sudu 30 x 23 cm dengan beban 3 watt ................................................................................................. 38Tabel 4.9 Data hasil penelitian untuk ukuran sudu 30 x 23 cm dengan beban 6 watt ................................................................................................. 39

DAFTAR LAMPIRAN

  Tabel L.1 Data hasil perhitungan torsi statis untuk ukuran sudu 20 x 23 cm Tabel L.2 Data hasil perhitungan torsi statis untuk ukuran sudu 25 x 23 cm Tabel L.3 Data hasil perhitungan torsi statis untuk ukuran sudu 30 x 23 cm Tabel L.4 Data hasil perhitungan daya untuk ukuran sudu 20 x 23 cm dengan beban 3 watt Tabel L.5 Data hasil perhitungan daya untuk ukuran sudu 20 x 23 cm dengan beban 6 watt Tabel L.6 Data hasil perhitungan daya untuk ukuran sudu 25 x 23 cm dengan beban 3 watt Tabel L.7 Data hasil perhitungan daya untuk ukuran sudu 25 x 23 cm dengan beban 6 watt Tabel L.8 Data hasil perhitungan daya untuk ukuran sudu 30 x 23 cm dengan beban 3 watt Tabel L.9 Data hasil perhitungan daya untuk ukuran sudu 30 x 23 cm dengan beban 6 watt Gambar kincir

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Pada saat ini kebutuhan akan energi listrik terus meningkat. Namun energi listrik tidak dapat kita peroleh begitu saja dari alam. Diperlukan suatu proses tertentu untuk mendapatkannya, karena alam tidak menyediakan energi listrik secara langsung. Energi listrik diperoleh dengan mengubah energi yang ada di alam misalnya, energi gerak, energi kimia, energi panas dan sebagainya, dengan suatu alat tertentu dan dengan proses tertentu, energi tersebut diubah menjadi energi listrik. Dalam proses-proses tersebut membutuhkan alat-alat tertentu yang dapat mengubah ataupun mengkonversi suatu bentuk energi ke bentuk energi lain.

  Angin merupakan energi yang sangat besar, tetapi angin juga mempunyai kelemahan karena sifatnya yang tidak konstan atau dinamis. Namun hanya angin saja belum cukup, kita harus mengolahnya lagi dengan bantuan kincir yang ditransmisikan ke generator, sehingga dapat menghasilkan energi listrik. Oleh karena itu perlu diteliti dengan sebuah alat tentang karakteristik kincir angin. Alat ini menekankan tentang besar daya yang dikeluarkan dan efektif atau tidaknya alat tersebut. Berawal dari hal tersebut maka dibuat suatu model kincir angin yang baru.

  2

1.2 Perumusan Masalah

  Permasalahan yang dapat dirumuskan pada pembuatan alat ini adalah sebagai berikut:

1. Indonesia mempunyai potensi angin yang banyak.

  2. Alternatifnya dibuat model kincir angin yang baru, yaitu kincir angin poros vertikal dengan dua sudu datar satu ruang yang membentang dan mengatup otomatis.

1.3 Tujuan Penelitian

  Mengetahui torsi statis yang dihasilkan model kincir angin untuk tiga 1. variasi ukuran sudu dan variasi kecepatan angin.

  2. Mengetahui daya untuk tiga variasi ukuran sudu dan variasi kecepatan angin.

  3. Mengetahui koefisien daya model kincir angin untuk tiga variasi ukuran sudu dengan variasi kecepatan angin.

1.4 Manfaat Penelitian

  Manfaat dari penulisan Laporan Tugas Akhir ini adalah:

  1. Dapat dipergunakan sebagai sumber informasi daerah berangin yang kekurangan sumber tenaga listrik, karena dapat digunakan membangkitkan tenaga listrik yang juga merupakan alat alternatif pengkonversi energi angin sebagai pengganti energi fosil.

2. Dapat menambah literatur (pustaka) tentang kincir angin sebagai pembangkit listrik.

  3

1.5 Batasan Masalah

  Agar permasalahan yang ada tidak berkembang menjadi luas, maka perlu adanya batasan terhadap permasalahan yang akan dibuat yaitu:

  1. Bentuk sudu yang digunakan yaitu dengan lis di tepi dengan satu ruang.

  2. Pengendalian kecepatan angin menggunakan Wind Tunnel.

  3. Sudu yang digunakan dengan 3 variasi ukuran dan variasi kecepatan angin.

  4. Pengukuran yang dilakukan pada saat penelitian kincir adalah massa beban statis, kecepatan angin, tegangan, arus, putaran poros, dan massa beban dinamis.

  5. Hasil yang diharapkan adalah torsi statis, daya poros dan koefisien daya kincir.

BAB II DASAR TEORI

2.1. Energi yang terdapat dalam angin

  Sistem angin di bumi dikarenakan adanya perpindahan massa udara pada atmosfer sebagai hasil dari variasi tekanan di atmosfer, dimana perubahannya merupakan hasil dari perbedaan pemanasan dari sinar matahari karena perbedaan permukaan bumi.

  Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik.

  = 0,5 (1) dengan : = kecepatan angin, m/s = massa udara yang mengalir per satuan waktu, kg

  = (2)

  Energi kinetik angin per satuan waktu : = 0,5( )

  = 0,5 (3) dengan :

  = daya angin, Watt

  3

  = massa jenis udara, kg / m

  2

  = luas penampang melintang arus angin yang ditangkap kincir, m

  5

  3 Apabila massa jenis udara adalah maka persamaan (3) di atas

  ρ = 1,2256 kg/m dapat disederhanakan menjadi : = 0,6

  (4) Pembangkitan energi angin terjadi berdasarkan prinsip perubahan energi kinetik angin sebelum dan setelah melewati kincir angin. Ketika melewati kincir angin, angin mengalami pengurangan energi kinetik (yang ditandai dengan berkurangnya kecepatan angin). Energi kinetik yang “hilang” ini dikonversikan menjadi energi mekanik yang memutar kincir angin yang terhubung dengan rotor dari generator. Generator akan mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.

2.2. Dasar Kincir Angin

  Energi angin pada awalnya disebut windmill yang digunakan secara tradisional untuk menumbuk biji-bijian, membuat kertas dan memotong kayu, memompa air dan akhirnya pada saat ini energi angin digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik.

  Meskipun masih terdapat susunan dan perencanaan yang beragam, namun secara umum kincir digolongkan ke dalam dua macam tipe (horisontal dan vertikal). Turbin angin poros Vertikal atau VAWT (Vertical Axis Wind Turbine) adalah kincir dengan poros vertikal sepanjang menara dan mempunyai generator pembangkit listrik dibawah poros. Sedangkan turbin angin poros horizontal atau

  6 HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine) adalah kincir dengan poros utama horizontal dan generator pembangkit listrik pada puncak menara.

Gambar 2.1 Beberapa bentuk kincir angin

  (Sumber : http://www.scribd.com/document_downloads/24511217?extension=pdf

  &skip_interstitial=true)

  Keuntungan dari kincir angin poros vetikal:

  1. Kincir angin poros vertikal dapat menerima angin dari berbagai macam arah tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah (mengurangi kebutuhan untuk penyesuaian kedudukan).

  2. Tidak memperhitungkan hembusan angin (memiliki keuntungan dalam berbagai tingkat hembusan angin)

  3. Nilai torsi yang besar pada angkatan awal.

  4. Kemampuannya ini menghasilkan kecepatan putaran rendah tetapi cukup bertenaga untuk memutar generator.

  7

  5. Bekerja pada rpm yang rendah

  6. Desain kincir angin poros vertikal berbilah lurus dengan potongan melintang berbentuk kotak atau empat persegi panjang memiliki wilayah tiupan yang lebih besar untuk diameter tertentu daripada wilayah tiupan berbentuk lingkarannya kincir angin poros horisontal.

  7. Kincir angin poros vertikal biasanya memiliki tip speed ratio (perbandingan antara kecepatan putaran dari ujung sebuah bilah dengan laju sebenarnya angin) yang lebih rendah sehingga lebih kecil kemungkinannya rusak di saat angin berhembus sangat kencang.

  Tetapi kincir angin poros vertikal juga memiliki beberapa kekurangan, terutama dibanding dengan kincir angin sumbu horisontal.

  Kekurangan tersebut diantaranya adalah :

  1. Kecepatan angin lebih pelan pada ketinggian yang rendah, sehingga yang tersedia adalah energi angin yang sedikit

  2. Kebanyakan kincir angin poros vertikal mempunyai torsi awal yang rendah, dan membutuhkan energi untuk mulai berputar.

  3. Sudu yang mengambil energi angin disebut downwind sedangkan sudu yang

  nwind

  melawan angin disebut upwind. Sudu upwind ini dapat mengurangi kecepatan

  rotor. Besarnya torsi pada rotor dan kecepatan rotor (rpm) tergantung pada selisih drag force sudu upwind dengan drag force sudu downwind.

  8

  Daya Kincir Angin 2.3.

  Daya kincir angin adalah daya yang dibangkitkan oleh rotor kincir angin akibat mendapatkan daya dari hembusan angin. Daya kincir angin tidak sama dengan daya angin dikarenakan daya kincir angin terpengaruh oleh koefisien daya.

  Koefisien daya adalah presentase daya yang terdapat pada angin yang diubah ke dalam bentuk energi mekanik.

  = 0,5 (5)

  Umumnya daya efektif yang dapat diambil oleh sebuah kincir angin poros vertikal hanya sebesar 59,3%. Angka 59,3% ini disebut batas Betz (Betz limit, diambil dari ilmuwan Jerman Albert Betz). Angka ini secara teori menunjukkan efisiensi maksimum yang dapat dicapai oleh rotor kincir angin tipe sumbu vertikal.

  Di dalam rangkaian kincir angin yang berputar selain dipengaruhi Cp, terdapat pula koefisien Cd yang mempengaruhi sudu dalam menghasilkan daya.

  Coeffisient of drag (Cd) adalah koefisien dari gaya tarik (drag). Cd pada dasarnya

  adalah kecenderungan suatu benda untuk mempertahankan diri pada kondisi yang ada dari gaya geser atau gaya tekan yang timbul. Bila semakin halus permukaan suatu benda, maka nilai Cd akan semakin kecil.

  9

Gambar 2.2 Grafik hubungan koefisien daya dan tip speed ratio maksimal untuk berbagai model kincir

  (Sumber : http://www.physicsforums.com/showthread.php?t=229058)

  Perhitungan Torsi dan Daya 2.4.

2.4.1. Torsi statis

  Torsi statis dihitung dengan menggunakan rumus : =

  (6) dengan : = Torsi statis, N.m = Gaya pada poros akibat puntiran, N = Jarak lengan ke poros, m

  10

  2.4.2. Daya output poros Perhitungan daya pada gerak melingkar secara umum dirumuskan sebagai:

  = (7) dengan :

  = torsi dinamis (N.m) = kecepatan sudut (rad/detik)

  Untuk perhitungan daya output yang dihasilkan kincir dapat dinyatakan sebagai: =

  2 =

  60 =

  (8) dengan : = daya putar poros (watt)

  = banyaknya putaran poros tiap menit

  2.4.3. Daya generator Daya generator dihitung dengan menggunakan rumus :

  = (9) dengan:

  = daya yang dihasilkan oleh generator (watt) = tegangan (volt)

  = arus (ampere)

  11

  2.4.4. Torsi Torsi dinamis dihitung dengan menggunakan rumus :

  = (10) dengan :

  = Torsi yang dihasilkan akibat putaran poros (N.m) = Gaya pada poros akibat puntiran (N)

  = Jarak lengan ke poros (m)

  2.4.5. Tip Speed Ratio Tip-speed ratio adalah perbandingan dari kecepatan ujung sudu yang berputar dengan kecepatan dari aliran udara.

  = (11) dimana,

  = Tip speed ratio = jari-jari kincir (m) = kecepatan aliran angin (m/s)

  = putaran poros (rpm) Tip speed ratio mempengaruhi besaran koefisien daya. Hubungan ini digambarkan sebagai berikut :

a. Koefisien daya bergantung pada perbandingan ujung sudu.

  12

b. Ditandai dengan kurva Cp berbanding dengan perbandingan kecepatan ujung sudu - Tip Speed Ratio Curve.

Gambar 2.3 Kurva Hubungan Koefisien Daya dengan Tip Speed Ratio

  (Sumber :

  http://home.gna.org/huribatash/tutorials/introduction/tjaerborgIntro.html) Effisiensi sistem 2.5.

  Effisiensi sistem dihitung berdasarkan perbandingan daya yang dihasilkan oleh generator ( ) dengan daya yang dihasilkan oleh angin ( ) dapat dituliskan sebagai berikut:

  = × 100% (12) dengan:

  = effisiensi sistem (%)

  13 = daya yang dihasilkan oleh generator (watt)

  = Daya angin (watt) 2.6.

  Koefisien daya

  Perhitungan Koefisien daya (C p ) kincir dapat dihitung berdasarkan perbandingan daya yang dihasilkan oleh kincir ( ) dengan daya teoritis yang disediakan oleh angin ( ), dapat dituliskan menurut persamaan berikut :

  = × 100% (13) dengan :

  C p

  = Koefisien Daya Kincir (%)

  = Daya Yang dihasilkan oleh Kincir (watt)

  = Daya angin (watt)

BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Diagram Alir Penelitian Sarana Penelitian

  Diagram alir untuk penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut: MULAI STUDI PUSTAKA PERANCANGAN DAN PEMBUATAN KINCIR SAVONIUS PENGAMBILAN DATA PENGOLAHAN DATA PEMBAHASAN KESIMPULAN SELESAI

  15

  3.2. Sarana Penelitian

  Sarana yang digunakan untuk penelitian adalah kincir angin poros vertikal dengan dua sudu datar satu ruang yang membentang dan mengatup secara otomatis dengan memvariasikan ukuran sudu yang akan menghasilkan daya masukan yang berbeda.Diagram alir untuk penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut:

  3.3. Perancangan Kincir Angin

  Dalam perancangan ini, parameter yang sudah diketahui adalah panjang poros vertical 120 cm sesuai dengan tinggi wind tunnel, diameter kincir 60 cm dengan dua sisi sudu, di setiap sisinya terdapat 2 buah sudu.

  16

Gambar 3.1 Skema kincir angin

  1. Poros utama

  2. Sudu

  3. Rumah sudu

  4. Pembatas sudu

  5. Poros sudu

  6. Pengait sudu

  2

  4

  5

  6

  3

  1 120 cm 60 cm

  23 cm

  17 Dalam pembuatannya melewati proses pembuatan komponen-komponen utama untuk selanjutnya dirakit, diantaranya adalah sebagai berikut :

1. Poros

  Poros dibuat dari pipa dengan diameter 4 cm dan panjang pipa 121 cm, pelat besi dengan tebal 8 mm untuk dudukan bearing dan penutup serta pipa persegi dengan ukuran 5 x 5 cm dengan panjang 15 cm.

Gambar 3.2 Poros

  18

  2. Poros Sudu Poros sudu terbuat dari besi pejal dengan diameter 16mm.

Gambar 3.3 Poros sudu

  3. Sudu Sudu dibuat dari bahan tripleks dengan tebal 4 mm.

  Penampang sudu berbentuk persegi empat dengan lebar 23 cm menyesuaikan panjang pembatas sudu. Sedangkan panjang sudu menyesuaikan variasi yaitu 20 cm 25 cm dan 30 cm.

  0.2 m 0.23 m

Gambar 3.4 Bentuk penampang sudu

  19

4. Pembatas Sudu

  Berfungsi untuk membatasi gerak sudu agar sudu hanya bergerak sebesar ±

  o 70 .

Gambar 3.5 Pembatas sudu

  Pada kincir angin ini, terdapat dua sudu yang dapat membentang dan mengatup secara otomatis. Antara sudu yang membentang dan mengatup dibuat

  o

  selisih 90 sehingga pada saat salah satu sudu berhadapan dengan arah datangnya angin maka sudu tersebut akan membentang, dan sudu lainnya akan mengatup.

  Ketika sudu membentang angin akan ’mendorong’ sudu yang kemudian akan memutar poros. Dengan adanya sudu yang mengatup maka hambatan angin yang terjadi karena arah sudu yang mengatup berlawanan dengan arah angin akan berkurang.

  20 (a)

  1

  2

  4

  3

  21 (b)

  1

  2

  4

  3

  22

  1

  2

  4

  3 (c)

Gambar 3.6 Gerakan kincirGambar 3.6 merupakan gambar kincir yang dilihat dari atas (a), samping (b) dan depan (c). Gambar tersebut mememperlihatkan gerakan kincir yang berputar

  searah jarum jam.

  Peralatan Penelitian 3.4.

  Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian adalah:

1. Generator Alat ini berfungsi sebagai alat yang mengubah gaya gerak menjadi listrik.

  Generator menghasilkan arus listrik dan tegangan listrik yang berfungsi untuk mencari besar daya yang dikeluarkan.

  23

Gambar 3.7 Motor listrik

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.

Gambar 3.8 Tachometer

  24

3. Wind Tunnel

  Alat ini berfungsi sebagai lorong dengan ukuran 1,2 m x 1,2 m x 2,4 m yang menangkap dan mengumpulkan angin dan menghembuskannya pada kincir yang juga diletakkan didalam wind tunnel tersebut, pengaturan kecepatan angin dilakukan di alat ini.

Gambar 3.9 Wind tunnel

  25

  4. Fan Blower

  Alat ini menghembuskan angin yang akan disalurkan ke wind tunnel. Fan dengan daya penggerak motor 5,5 Kw.

Gambar 3.10 Fan blower

  5. Multimeter Alat ukur untuk mengukur kelistrikan pada beban yang diberikan.

Gambar 3.11 Multimeter

  26

  6. Lampu/beban Berfungsi sebagai beban dalam percobaan ini dan beban ini yang akan diukur.

Gambar 3.12 Beban lampu

  7. Anemometer Berfungsi sebagai alat pengukur kecepatan angin.

Gambar 3.13 Anemometer

  27

  8. Timbangan Berfungsi untuk mengukur massa beban yang bekerja pada kincir.

Gambar 3.14 Timbangan

  10. Pengukur torsi Alat ini digunakan untuk mengukur torsi statis kincir dengan mengukur berapa beban yang dapat digunakan untuk menghentikan putaran kincir angin.

Gambar 3.15 Pengukur torsi.

  28

  Variabel Penelitian 3.5.

  Adapun variabel yang digunakan dalam pengujian yaitu dimensi sudu, kecepatan angin dan beban lampu. Variasi dimensi/ukuran sudu yang diambil sebanyak tiga variasi, yaitu 20 x 23 cm, 25 x 23 cm dan 30 x 23 cm. Kecepatan angin yang digunakan yaitu 8 m/s, 7,5 m/s, 7 m/s, 6,5 m/s, 6 m/s dan 5,5 m/s (sampai kincir tidak berputar). Beban lampu yang digunakan yaitu 3 watt dan 6 watt. Variasi ini merupakan variasi untuk mencari torsi statis, daya, dan koefisien daya.

Gambar 3.16 Variasi sudu

  Analisa Data 3.6.

  Data yang diambil dari percobaan ini adalah sebagai berikut :

  a. Torsi satis kincir angin yang diperoleh dari beban dikalikan jari-jari lengan pengukur torsi.

  b. Putaran poros kincir yang dihasilkan ( n ).

  c. Tegangan (V) dan arus (I) listrik pada lampu, dan gaya yang dihasilkan karena beban.

  29 d. Kecepatan angin (v) yang digunakan didapat dari pengukuran anemometer yang diletakan didepan wind tunnel. maka haruslah mendapatkan A yang didapat dari

  e. Untuk mendapatkan luasan sudu kincir. diperoleh dari pengkalian torsi dan putaran poros yang dihasilkan dari f. kincir.

  g. Torsi diperoleh dari gaya dikalikan dengan jari-jari lengan generator.

  h. Selanjutnya ditentukan Koefisien daya kincir dengan menggunakan persamaan.

  Langkah Penelitian 3.7.

3.7.1. Pengambilan data torsi statis a. Pada kincir angin dipasang pengukur torsi.

  b. Setelah pengukur terpasang, kincir angin dipasang didalam wind tunnel dan pengunci dibaut supaya tidak bergerak sedikit pun.

  c. Didepan kincir angin dipasang anemometer untuk mengetahui besar angin yang ada didalam wind tunnel.

  d. Setelah semua siap, blower dihidupkan untuk menghembuskan angin masuk kedalam wind tunnel dan menentukan kecepatan angin dengan cara merubah posisi kedudukan blower.

  e. Setelah kecepatan angin sudah sesuai dengan yang diinginkan, maka dapat diukur berapa massa beban yang dapat menahan gerak kincir.

  30

f. Jalannya percobaan a-e dilakukan berulang dengan variasi ukuran sudu 20 x 23 cm, 25 x 23 cm dan 30 x 23 cm.

3.7.2. Pengambilan Data Daya yang dihasilkan Kincir

  a. Kincir angin dipasang didalam wind tunnel dan pengunci dibaut supaya tidak bergerak sedikitpun.

  b. Puli besar kincir angin yang terletak di bawah wind tunnel dihubungkan dengan generator.

  c. Amperemeter dipasang secara paralel dengan lampu, dan voltmeter dipasang secara seri.

  d. Didepan kincir angin dipasang anemometer untuk mengetahui besar angin yang ada dalam wind tunnel.

  e. Setelah semua siap, blower dihidupkan untuk menghembuskan angin masuk kedalam wind tunnel dan menentukan kecepatan angin dengan cara merubah posisi kedudukan blower.

  f. Setelah lampu menyala maka dapat diukur tegangan dan arus pada lampu, diukur juga putaran poros.

  g. Jalannya percobaan a-f dilakukan berulang dengan variasi ukuran sudu 20 x 23 cm, 25 x 23 cm dan 30 x 23 cm.

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN Data Penelitian 4.1.

  

4.1.1. Data pengukuran gaya statis yang diperoleh untuk tiga variasi

ukuran sudu yang berbeda

  Dari hasil penelitian didapatkan data sebagai berikut :

Tabel 4.1 Data hasil penelitian gaya statis untuk ukuran sudu 20 x 23 cm

  Kecepatan Massa beban No

  Angin (m/s) (gram) 1 8,1 1220 2 8,1 1210 3 8,1 1160 4 7,1 760 5 7,1 790 6 7,1 750 7 5,9 500 8 5,9 460 9 5,9 490

  10 4,9 340 11 4,9 370 12 4,9 340 13 4,1 210 14 4,1 220 15 4,1 230

  32

Tabel 4.2 Data hasil penelitian gaya statis untuk ukuran sudu 25 x 23 cm

  No Kecepatan

  Angin (m/s) Massa beban

  (gram) 1 8,1 1350 2 8,1 1370 3 8,1 1420 4 6,9 1000 5 6,9 950 6 6,9 990 7 5,9 750 8 5,9 710 9 5,9 700

  10 5 500

  11 5 530

  12 5 540 13 4,1 270 14 4,1 290 15 4,1 290

  33

Tabel 4.3 Data hasil penelitian gaya statis untuk ukuran sudu 30 x 23 cm

  Kecepatan Massa beban No

  Angin (m/s) (gram)

  1 8 2010

  2 8 1950

  3 8 1980 4 7,2 1520 5 7,2 1470 6 7,2 1500 7 6,2 1130 8 6,2 1110 9 6,2 1160 10 5,1 750

  11 5,1 710 12 5,1 740 13 4,1 350 14 4,1 360 15 4,1 370

  

4.1.2. Data pengukuran daya yang diperoleh untuk tiga variasi ukuran sudu

yang berbeda

  Kecepatan angin dengan variasi mulai dari kecepatan tertinggi kurang lebih 8,0m/s dengan penurunan 0,5 m/s hingga kincir tidak berputar. Dari hasil penelitian didapatkan data sebagai berikut :

  34

Tabel 4.4 Data hasil penelitian untuk ukuran sudu 20 x 23 cm dengan beban 3 watt

  No Kecepatan

  Angin Tegangan Arus Putaran Massa

  (m/s) (Volt) (Ampere) (rpm) (gram) 1 8,2 1,6 0,14 55,93 100 2 8,2 1,6 0,13 55,13 110 3 8,2 1,8 0,14 55,84 110 4 8,2 1,6 0,14 55,05 100 5 8,2 1,6 0,13 54,58 110 6 7,6 1,2 0,12 45,79 120 7 7,6 1,2 0,12 44,52 110 8 7,6 1 0,12 44,02 100 9 7,6

  1 0,11 42,52 100 10 7,6 1,2 0,11 44,28 100 11 7,1 0,8 0,1 36,39

  90 12 7,1 1 0,11 35,89 100 13 7,1 0,8 0,1 33,11 100

  14 7,1 0,8 0,09 36,35

  90 15 7,1 1 0,1 33,25

  90 16 6,6 0,6 0,09 29,97 90 17 6,6 0,6 0,08 30,07 90 18 6,6 0,6 0,08 29,09 100

  19 6,6 0,6 0,09 29,64

  90 20 6,6 0,6 0,09 27,36

  90

  35

Tabel 4.5 Data hasil penelitian untuk ukuran sudu 20 x 23 cm dengan beban 6 watt

  No Kecepatan

  Angin Tegangan Arus Putaran massa

  (m/s) (Volt) (Ampere) (rpm) (gram) 1 8,2 1,2 0,22 50,52 110 2 8,2 1,2 0,2 53,11 115 3 8,2 1,2 0,21 53,7 110 4 8,2 1,2 0,21 51,38 110 5 8,2

  1 0,2 50,59 110 6 7,6 0,8 0,17 44,92 110 7 7,6 0,8 0,18 39,69 110 8 7,6 0,6 0,17 40,46 110 9 7,6 0,8 0,16 45,78 110 10 7,6 0,6 0,17 41,34 110

  11 7,1 0,6 0,15 30,95

  90 12 7,1 0,6 0,16 29,01 100 13 7,1 0,6 0,17 25,16 100 14 7,1 0,4 0,15 29,42

  90 15 7,1 0,4 0,14 28,6 90 16 6,6 0,4 0,12 26,85 100

  17 6,6 0,4 0,12 22,63 110 18 6,6 0,4 0,14 27,29 110 19 6,6 0,4 0,13 26,61 110 20 6,6 0,4 0,14 25,07 100

  36

  6 0,6 0,09

  90

  17 6,6

  1,2 0,12 38,15

  90

  18 6,6

  1,2 0,13 36,92

  90

  19 6,6 1 0,13

  39,3

  90

  20 6,6 1 0,13

  41,77 100

  21

  21,29 110

  16 6,6 1 0,12

  22

  6 0,6 0,08

  19,79

  90

  23

  6 0,6 0,09

  19,2 100

  24

  6 0,6 0,09

  22,34 110

  25

  6 0,6 0,09

  24,81

  36,94

  1,2 0,11 39,59 110

Tabel 4.6 Data hasil penelitian untuk ukuran sudu 25 x 23 cm dengan beban 3 watt

  6 7,6

  No Kecepatan

  Angin Tegangan Arus Putaran massa

  (m/s) (Volt) (Ampere) (rpm) (gram)

  1 8,1

  1,8 0,14 59,9 100

  2 8,1

  1,8 0,14 62,12 110

  3 8,1

  1,8 0,13 58,85 100

  4 8,1

  1,8 0,14 65,92 100

  5 8,1

  1,6 0,13 60,74 100

  1,4 0,12 55,78 110

  15 7,1

  7 7,6

  1,4 0,12 55,32 105

  8 7,6

  1,4 0,13 53,46 110

  9 7,6

  1,6 0,13 57,42 110

  10 7,6

  1,4 0,13 55,42 110

  11 7,1 1 0,1

  36,52 110 12 7,1 1 0,1 41,29 105

  13 7,1 1 0,1

  41,18 110

  14 7,1

  0,8 0,09 38,47 110

  90

  37

  0,6 0,15 34,52 110

  15 7,1

  0,6 0,16 38,57

  90

  16 6,6

  0,8 0,15 34,63 110

  17 6,6

  0,6 0,16 38,48 100

  18 6,6

  0,8 0,15 35,22 100

  19 6,6

  0,8 0,15 35,29 100

  20 6,6

  21

  14 7,1

  6 0,4 0,1

  18,87 100

  22

  6 0,4 0,1

  22,17

  90

  23 6 0,2 0,1 17,96

  90

  24

  6 0,4 0,1

  23,1 100

  25

  6 0,4 0,13

  0,6 0,15 35,32 110

  0,6 0,15 37,17 100

Tabel 4.7 Data hasil penelitian untuk ukuran sudu 25 x 23 cm dengan beban 6 watt

  6 7,6

  No Kecepatan

  Angin Tegangan Arus Putaran massa

  (m/s) (Volt) (Ampere) (rpm) (gram)

  1 8,1

  1,4 0,22 61,42 110

  2 8,1

  1,2 0,22 62,64 110

  3 8,1

  1,4 0,23 64,42 110

  4 8,1

  1,2 0,21 59,08 110

  5 8,1

  1,2 0,21 60,49 110

  1,2 0,2 53,74 110

  13 7,1

  7 7,6 1 0,19

  53,88 110

  8 7,6 1 0,19

  52,24 110

  9 7,6 1 0,2

  51,44 110

  10 7,6 1 0,19

  54,06 110

  11 7,1

  0,8 0,17 35,8 110

  12 7,1

  0,6 0,16 37,38

  90

  19,62 110

  38

  22 6,1

  16 6,4 1 0,12

  42,07 120

  17 6,4

  1,2 0,12 45,19 110

  18 6,4

  1,2 0,12 41,72 110

  19 6,4 1 0,11

  41,03 100

  20 6,4

  1,2 0,12 44,21 105

  21 6,1 1 0,1

  31,05 100

  0,8 0,09 34,33 100

  15 6,8

  23 6,1

  0,8 0,1 34,88 100

  24 6,1

  0,8 0,1 36,34 100

  25 6,1 1 0,11

  34,19 100 26 5,6 0,8 0,1 31,78 110

  27 5,6

  0,8 0,1 32,74 100

  28 5,6

  0,8 0,11 31,72 100

  29 5,6

  0,8 0,1 33,13 100

  30 5,6

  1,2 0,12 40,89 100

  1,2 0,11 44,7 100

Tabel 4.8 Data hasil penelitian untuk ukuran sudu 30 x 23 cm dengan beban 3 watt

  1,8 0,14 71,64 100

  No Kecepatan

  Angin Tegangan Arus Putaran massa

  (m/s) (Volt) (Ampere) (rpm) (gram)

  1 8,2

  1,8 0,15 61,56 100

  2 8,2

  2,2 0,14 80,4 100

  3 8,2

  2,2 0,15 76,48 100

  4 8,2 2 0,15

  70,9 100

  5 8,2

  6 7,4

  14 6,8

  1,6 0,13 52,7 100

  7 7,4

  1,6 0,13 54,63 105

  8 7,4

  1,4 0,13 53,66 105

  9 7,4

  1,6 0,13 53,24 110

  10 7,4

  1,6 0,13 55,17 110

  11 6,8

  1,2 0,12 46,61 100 12 6,8 1,2 0,12 50,65 100

  13 6,8

  1,2 0,11 42,91 100

  0,8 0,09 26,22 100

  39

  23 6,1

  0,8 0,18 41,7 110

  17 6,4

  0,8 0,17 44,14 120

  18 6,4

  0,8 0,17 41,89 110

  19 6,4

  0,8 0,18 40,85 110

  20 6,4

  0,8 0,17 41,35 110

  21 6,1

  0,6 0,15 34,17 100

  22 6,1

  0,6 0,16 34,68 100

  0,6 0,15 31,29 100

  0,8 0,18 44,32 100

  24 6,1

  0,6 0,15 33,59 100

  25 6,1

  0,6 0,15 33,61 100

  26 5,6

  0,6 0,15 28,18 110

  27 5,6

  0,6 0,14 30,52 110

  28 5,6

  0,6 0,16 31,82 100

  29 5,6

  0,4 0,14 32,53 110

  30 5,6

  16 6,4

  15 6,8

Tabel 4.9 Data hasil penelitian untuk ukuran sudu 30 x 23 cm dengan beban 6 watt

  7 7,4 1 0,21

  No Kecepatan

  Angin Tegangan Arus Putaran massa

  (m/s) (Volt) (Ampere) (rpm) (gram)

  1 8,2

  1,6 0,21 66,4 110 2 8,2 1,4 0,22 76,23 120

  3 8,2

  1,8 0,25 78,46 120

  4 8,2

  1,8 0,25 76,67 120

  5 8,2

  1,8 0,25 78,11 110

  6 7,4

  1,2 0,2 52,96 120

  53,72 120

  0,8 0,17 39,01 100

  8 7,4 1 0,2

  52,3 120

  9 7,4

  1,2 0,2 53,16 110

  10 7,4

  1,2 0,2 51,3 120

  11 6,8

  0,8 0,18 43,65 110

  12 6,8 1 0,19

  40,35 110

  13 6,8

  0,6 0,16 38,88 100

  14 6,8

  0,6 0,15 29,15 100

  40 Pengolahan Data dan Perhitungan 4.2.

4.2.1. Torsi Statis

  =

  dengan:

  = torsi statis

  = diperoleh dari pembacaan pada timbangan (N) = jari-jari lengan pengukur torsi = 0,1 meter Sebagai contoh perhitungan torsi pada Tabel 4.1 no. 1.

  = = 13,24 N × 0,1 m = 1,32 Nm

  Untuk perhitungan lainnya dapat dilihat pada Tabel L.1 sampai L.3 pada lampiran.

  41

4.2.2. Luas Penampang Kincir