MODEL KINCIR ANGIN POROS VERTIKAL DENGAN EMPAT SUDU DATAR EMPAT RUANG YANG DAPAT MEMBENTANG DAN MENGATUP SECARA OTOMATIS Tugas Akhir - Model kincir angin poros vertikal dengan empat sudu datar empat ruang yang dapat membentang dan mengatup secara otomatis

  

MODEL KINCIR ANGIN POROS VERTIKAL DENGAN EMPAT SUDU

DATAR EMPAT RUANG YANG DAPAT MEMBENTANG

DAN MENGATUP SECARA OTOMATIS

Tugas Akhir

  Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin

  Program Studi Teknik Mesin Oleh:

  

Momon Arifudhin

NIM : 065214040

  

VERTICAL AXIS WIND TURBINE MODEL WITH FOUR FLAT

BLADES

AND FOUR SPACE

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

  

Momon Arifudhin

Student Number : 065214040

  INTISARI

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui dan mencari torsi statis, daya koefisien daya dan efisiensi sistem yang dihasilkan sebuah model kincir angin poros vertikal. Model kincir angin ini dibuat dengan empat sudu datar bersekat empat ruang yang membentang dan mengatup otomatis .

  Ukuran sudu dibuat dalam tiga variasi, yakni 20x24 cm, 25x24 cm dan 30x24 cm. Kemudian agar menghasilkan listrik, kincir angin dihubungkan dengan generator. Generator diberi empat variasi beban berupa lampu pijar, yakni 8 watt, 16 watt, 24 watt, dan 32 watt. Pada setiap pembebanan dilakukan pengukuran putaran poros kincir dengan menggunakan tachometer serta tegangan dan arus listrik yang dihasilkan diukur dengan menggunakan multimeter. Lalu dilanjutkan mencari koefisian daya dan efisiensi sistem.

  Daya poros maksimal diperoleh pada model kincir angin dengan ukuran sudu 30x24 cm sebesar pada kecepatan angin 7,8 m/s. Demikian 1,69 juga koefisien daya maksimal tertinggi di capai oleh model kincir angin dengan ukuran sudu 30x 24 cm yakni sebesar 1,57

  ℅ pada tip speed ratio (TSR) 0,35 dengan efisiensi sistem maksimal sebesar 0,51 % .

  Kata kunci: torsi statis, koefisien daya, tip speed ratio (TSR).

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

  

empat Sudu Datar Dengan Empat Ruang yang Dapat Membentang dan Mengatup

Secara 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.

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

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

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

  4. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing penulis

  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.

  Yogyakarta, 8 Desember 2010

  

DAFTAR ISI

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

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

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

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

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

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

Lembar persetujuan ........................................................................................ vii

Kata pengantar ................................................................................................. viii

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

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

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

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

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

  1.2. Perumusan masalah .................................................................... 2

  1.3. Batasan masalah ......................................................................... 2

  1.4. Tujuan penelitian........................................................................ 3

  1.5. Manfaat penelitian...................................................................... 3

  1.6. Langkah perancangan…………………………………………. 3

  

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

  2.1. Dasar turbin angin ..................................................................... 5

  

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................... 17

  3.1. Tempat dan waktu penelitian .................................................... 17

  3.2. Peralatan dan bahan .................................................................. 17

  3.3. Variabel penelitian .................................................................... 27

  3.4. Variabel yang diukur ................................................................. 27

  3.5. Langkah penelitian .................................................................... 28

  

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ................................. 32

  4.1. Data Penelitian ......................................................................... 32

  4.2. Pengolahan Data dan Perhitungan ........................................... 52

  4.3. Grafik hasil Perhitungan .......................................................... 58

  4.4. Pembahasan ............................................................................. 65

  

BAB V PENUTUP ................................................................................... 67

  5.1. Kesimpulan .............................................................................. 67

  5.2. Saran ......................................................................................... 68

  

Daftar pustaka .................................................................................................. 69

Lampiran

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kincir angin poros vertikal ............................................................. 6Gambar 2.2 Kincir Darriues ............................................................................... 7Gambar 2.3 Kincir Savonius .............................................................................. 8Gambar 2.4 Gaya pada setiap blade ................................................................... 10Gambar 2.5 Grafik Betz limit............................................................................. 12Gambar 2.6 Kurva hubugan Cp – TSR .............................................................. 15Gambar 3.1 Bagian-bagian kincir angin poros vertical ..................................... 17Gambar 3.2 Poros Utama ................................................................................... 18Gambar 3.3 Beaaring 6202z ............................................................................... 18Gambar 3.4 Poros dalam .................................................................................... 19Gambar 3.5 Poros dudukan sudu ....................................................................... 19Gambar 3.6 sudu ................................................................................................ 20Gambar 3.7 Stopper ........................................................................................... 20Gambar 3.8 Wind tunnel .................................................................................... 21Gambar 3.9 Fan blower ...................................................................................... 21Gambar 3.10 Generator ...................................................................................... 22Gambar 3.11 Multimeter .................................................................................... 23Gambar 3.12 Pengukur torsi statis ..................................................................... 24Gambar 3.13 Alat pengukur beban .................................................................... 24Gambar 3.14 Stopwatch ..................................................................................... 25Gambar 3.15 Anemometer ................................................................................. 25Gambar 4.3 Tinggi bentangan saat sudu 25x24 terbuka .................................... 53Gambar 4.4 Tinggi bentangan saat sudu 30x24 terbuka .................................... 53Gambar 4.5 Grafik hubungan antara kecepatan angin dengan torsi statis ......... 58Gambar 4.6 Grafik hubungan antara Cp dengan TSR pada tanpa beban tambahan ............................................................................................................ 59Gambar 4.7 Grafik hubungan antara Cp dengan TSR pada beban 8 watt ......... 59Gambar 4.8 Grafik hubungan antara Cp dengan TSR pada beban 16 watt ....... 60Gambar 4.9 Grafik hubungan antara Cp dengan TSR pada beban 24 watt ....... 61Gambar 4.10 Grafik hubungan antara Cp dengan TSR pada beban 32 watt ..... 61Gambar 4.11 Grafik hubungan antara daya poros dengan V.angin pada tanpa beban tambahan .................................................................................................. 62Gambar 4.12 Grafik hubungan antara daya poros dengan V.angin pada beban tambahan 8 watt ................................................................................................. 63Gambar 4.13 Grafik hubungan antara daya poros dengan V.angin pada beban tambahan 16 watt ............................................................................................... 63Gambar 4.14 Grafik hubungan antara daya poros dengan V.angin pada beban tambahan 24 watt ............................................................................................... 64Gambar 4.15 Grafik hubungan antara daya poros dengan V.angin pada beban tambahan 32 watt ............................................................................................... 65

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data hasil pengukuran gaya statis dengan ukuran sudu 20 cm x 24 cm ........................................................................................... 32Tabel 4.2 Data hasil pengukuran gaya statis dengan ukuran sudu 25 cm x 24 cm ........................................................................................... 33Tabel 4.3 Data hasil pengukuran gaya statis dengan ukuran sudu 30 cm x 24 cm ........................................................................................... 34Tabel 4.4 Data hasil pengukuran dengan ukuran sudu 20 cm x 24 cm tanpa beban ....................................................................... 35Tabel 4.5 Data hasil pengukuran dengan ukuran sudu 25 cm x 24 cm tanpa beban ....................................................................... 36Tabel 4.6 Data hasil pengukuran dengan ukuran sudu 30 cm x 24 cm tanpa beban ....................................................................... 37Tabel 4.7 Data hasil pengukuran dengan ukuran sudu 20 cm x 24 cm beban 8 watt ...................................................................... 38Tabel 4.8 Data hasil pengukuran dengan ukuran sudu 25 cm x 24 cm beban 8 watt ...................................................................... 39Tabel 4.9 Data hasil pengukuran dengan ukuran sudu 30 cm x 24 cm beban 8 watt ...................................................................... 40Tabel 4.10 Data hasil pengukuran dengan ukuran sudu 20 cm x 24 cm beban 16 watt .................................................................... 41Tabel 4.11 Data hasil pengukuran dengan ukuran

  sudu 30 cm x 24 cm beban 24 watt .................................................................... 46

Tabel 4.16 Data hasil pengukuran dengan ukuran sudu 20 cm x 24 cm beban 32 watt .................................................................... 47Tabel 4.17 Data hasil pengukuran dengan ukuran sudu 25 cm x 24 cm beban 32 watt .................................................................... 48Tabel 4.18 Data hasil pengukuran dengan ukuran sudu 30 cm x 24 cm beban 32 watt .................................................................... 49

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Tingginya kebutuhan energi di Indonesia khususnya dan di dunia pada

  umumnya terus meningkat karena pertambahan penduduk, pertumbuhan ekonomi dan pola konsumsi energi yang senantiasa meningkat. Hal ini tidak sebanding dengan energi fosil yang selama ini merupakan sumber energi utama ketersediaannya sangat terbatas dan terus mengalami penipisan sehingga menyebabkan terjadinya kelangkaan bahan bakar migas dan terjadi kenaikan harga secara terus menerus. Dewasa ini pemerintah maupun swasta di hampir semua negara berpacu untuk membangkitkan energi dari sumber-sumber energi baru dan terbarukan dalam mempertahankan ketahanan energi negaranya.

  Penggunaan energi terbarukan diperlukan sekali oleh masyarakat untuk menanggulangi krisis energi, namun diusahakan dengan biaya serendah mungkin.

  Salah satu energi yang dapat dimanfaatkan adalah energi angin. Pemanfaatan energi angin diminati disebabkankan pula karena bebas polusi dan tersedia di tidaknya alat tersebut. Berawal dari hal tersebut maka dibuat suatu model kincir angin yang baru.

  1.2. Perumusan Masalah 1.

  Indonesia mempunyai potensi energi angin yang cukup besar.

  2. Pembuatan kincir angin dengan modifikasi pada sudu yang bisa bergerak buka tutup dengan sudut yang ditentukan memberi kemungkinan untuk menambah torsi yang akan dihasilkan. Unjuk kerja kincir angin poros vertikal ini akan ditunjukkan oleh daya generator, daya poros, power coefficient dan torsi yang dapat dihasilkan. Perlunya dibuat desain alat yang baru untuk pembangkit energi angin, yaitu kincir angin poros vertikal dengan empat sudu datar yang membentang dan mengatup otomatis dengan empat ruang.

  1.3. Batasan masalah 1.

  Sudu menggunakan 3 variasi ukuran 24cm x 20cm, 24cm x 25cm, dan 24cm x 30cm.

1.4. Tujuan penelitian 1.

  Membuat sebuah model kincir angin yang dapat membuka dan mengatup secara otomatis.

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

  3. Mengetahui koefisien daya (Cp) model kincir angin untuk tiga variasi ukuran sudu dengan lima variasi kecepatan angin yang dipilih.

  4. Mengetahui daya poros yang dihasilkan kicir angin untuk tiga variasi ukuran sudu dan lima variasi kecepatan angin.

1.5. Manfaat Penelitian

  Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah : 1.

  Menambah kepustakaan teknologi pembangkit tenaga listrik.

  2. Ikut serta dalam upaya memasyarakatkan pemanfaatan energi alternatif.

  3. Mengurangi penggunaan sumber daya alam tak terbarukan dan menciptakan teknologi pembangkit listrik yang ramah lingkungan.

  Dari penelitian berikut data yang akan dicari adalah data torsi statis dan data torsi dinamis. Alat –alat yang diperlukan adalah wind tunnel, generator, multimeter, pengukur torsi, alat pengukur beban, stopwatch, anemometer, rangkaian beban lampu, tachometer. Kemudian dari data tersebut diperoleh untuk menghitung rumus perhitungan.

BAB II DASAR TEORI 2.1. Dasar Turbin Angin Pada dasarnya kincir angin merupakan mesin yang berfungsi untuk

  membantu kegiatan pertanian seperti menumbuk biji-bijian dan juga memompa air untuk mengairi sawah. Seiring dengan berkembangnya jaman, diciptakanlah kincir angin modern yang bisa menghasilkan listrik, yang kemudian disebut turbin angin.

  Kincir angin dapat berputar karena memiliki sumbu putar. Berdasarkan sumbu putarnya, kincir angin didesain dalam dua tipe besar yakni turbin dengan sumbu putar horizontal dan turbin dengan sumbu putar vertikal. Turbin sumbu horizontal biasanya sumbunya diarahkan pada arah angin, sedangkan turbin sumbu vertikal tidak perlu diarahkan sesuai arah angin ( http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin ).

  Prinsip kerja dari kincir angin ini sangat sederhana sekali, kincir akan berputar oleh angin dan akhirnya menggerakkan turbin. Turbin yang dirancang

2.2 Desain Kincir Angin Kincir angin poros vertical, seperti yang ditunjukan pada gambar 2.1.

  memiliki poros rotor utama yang disusun tegak lurus. Umumnya posisi sudu terpasang pada poros tersebut dan dapat dimodifikasi untuk mendapatkan output yang besar. Kelebihan utama susunan ini adalah kincir tidak harus diarahkan ke angin agar menjadi efektif. Kelebihan ini sangat berguna di tempat-tempat yang arah anginnya sangat bervariasi. Kincir angin poros vertikal ini mampu mendayagunakan angin dari berbagai arah. tangkapan angin dan semakin besar gaya hambat yang didapat sehingga berpengaruh terhadap output dari kincir tersebut. Setelah poros berputar, secara otomatis menggerakkan generator yang tersambung oleh belt pada ujung poros. Dari sinilah listrik itu dihasilkan.

  Biasanya kincir angin poros vertikal meletakkan generator di permukaan bawah, karena dinilai lebih mudah untuk perawatan dan mengurangi beban pada menara. Untuk pemasangan secara utuh bisa dipasang di permukaan tanah bahkan di puncak bangunan, tentunya disesuaikan dengan desain kincir terhadap kecepatan angin.

  Pada dasarnya kincir angin poros vertikal dibagi menjadi dua jenis yaitu: Savonius dan Darrieus.

  1. Kincir angin Darrieus Kincir angin darrieus, seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.2.

  mulai diperkenalkan di Perancis pada sekitar tahun 1920-an. Turbin angin sumbu vertikal ini mempunyai bilah-bilah tegak yang berputar ke dalam dan ke luar dari arah angin.

  2. Kincir angin Savonius Kincir Savonius,seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.3.

  diciptakan pertama kalinya di negara Finlandia dan berbentuk-S apabila dilihat dari atas. Turbin jenis ini secara umumnya bergerak lebih perlahan dibandingkan jenis turbin angin sumbu horizontal, tetapi menghasilkan torsi yang besar.

Gambar 2.3 Kincir Savonius

  http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin

  Keuntungan dari kincir angin poros vertikal : 1.

  Kincir angin dapat menerima angin dari segala arah.

2. Tidak perlu struktur menara yang besar untuk mendirikan kincir

  Kekurangan dari kincir angin poros vertikal : 1.

  Kecepatan angin lebih pelan pada ketinnggian yang rendah, sehingga yang tersedia energi angin yang seidikit.

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

  3. Sudu yang mengambil energi angin disebut downwind, sedangkan sudu yang melawan angin disebut upwind. Sudu upwind ini yang dapat mengurangi kecepatan rotor ( http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin ).

2.3 Gaya Drag dan Lift

  Secara umum gaya drag merupakan gaya hambat (yang terkadang disebut hambatan fluida atau seretan) yang menghambat pergerakan sebuah benda padat melalui sebuah fluida (cairan atau gas). Bentuk gaya hambat yang paling umum tersusun dari sejumlah gaya gesek, yang bertindak sejajar dengan permukaan benda, plus gaya tekanan, yang bertindak dalam arah tegak lurus dengan permukaan benda.

Gambar 2.4 Gaya pada setiap blade

  (Sumber : digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-5125-4203109009-bab2.pdf) Sedangkan gaya lift sangat akrab didengar pada pada teknologi pesawat terbang. Karena gaya lift memiliki arti gaya angkat terhadap permukaan benda yang mengacu pada hukum Newton III aksi dan reaksi. Dalam pesawat terbang, gaya lift dihasilkan oleh permukaan sayap yang merupakan aksi dan dirancang

  Resultan gaya angkat (lift) akan membantu perputaran baling-baling sedangkan gaya seret (drag) akan melawan perputaran dari baling-baling itu. Ketika gaya angkat nol pada sisi kiri (0 derajat) dan sisi kanan (180 derajat) dimana baling- baling simetris bergerak pararel menuju arah angin, torsi berubah menjadi negatif disekitar posisi ini. Mendekati posisi depan (90 derajat) dan posisi dibelakang (270 derajat), komponen dari gaya angkat (lift) lebih besar dibandingkan gaya seret (drag) sehingga menghasilkan torsi. Torsi total per satu putaran akan bernilai positif jika baling-baling diposisikan pada tempat yang tepat sehingga rotor akan berputar pada arah yang benar.

2.4 Rumus Perhitungan

2.4.1 Daya angin

  Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik ( http://www.gurumuda.com/energi-potensial-energi-kinetik ) :

  (1) 0,5 . yang dalam hal ini :

  m = massa udara yang mengalir per satuan waktu, kg daya angin,watt

  3

  massa jenis udara, kg/ m

  2

  luas penampang melintang arus angin yang ditangkap kincir, m Apabila diasumsikan massa jenis udara 1,2 kg/ maka persamaan (3) di atas dapat disederhanakan menjadi :

  0,6 • • (4) Umumnya daya efektif yang dapat diperoleh oleh sebuah kincir angin poros vertikal hanya sebesar 59,3%. Angka ini disebut batas Betz (Betz limit, atas nama ilmuwan Jerman Albert Betz), seperti yang ditunjukan pada gambar 2.5. angka ini secara teori menunjukkan efisiensi maksimum yang dapat dicapai oleh rotor kincir angin tipe sumbu vertikal.

2.4.2 Perhitungan Torsi dan Daya

  2.4.2.1 Torsi Statis

  Torsi statis dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

• (5) yang dalam hal ini :

  Gaya pada poros akibat puntiran ( Newton ) jarak lengan ke poros ( meter )

  2.4.2.2 Torsi Dinamis

  Torsi dinamis data dihitung dengan menggunakan rumus :

• (6) yang dalam hal ini : torsi yang dihasilkan dari putaran poros (

  ⁄ ) gaya pada poros akibat puntiran jarak lengan ke poros

  2.4.2.3 Daya Output Poros

  Perhitungan daya pada gerak melingkar secara umum dirumuskan :

  Untuk perhitungan daya output pada kincir angin dapat dinyatakan dengan :

• 2
• 60

   (8)

  yang dalam hal ini : daya putar poros banyaknya putaran poros tiap menit

2.4.2.4 Daya Generator

  Daya yang dihasilkan oleh generator dapat dihitung dengan rumus :

• (9)

  yang dalam hal ini : daya generator tegangan arus yang dalam hal ini : Tip speed rasio jari – jari kincir kecepatan aliran angin / putaran poros

  Tip speed ratio mempengaruhi besaran koefisien daya. Hubungan ini digambarkan sebagai berikut :

  1. Koefisien daya bergantung pada perbandingan ujung sudu.

  2. Ditandai dengan kurva Cp berbanding dengan perbandingan kecepatan ujung sudu – Tip Speed Ratio.

Gambar 2.6 Kurva hubugan Cp – TSR

  (sumber: http://practicalaction.org/practicalanswers/product_info.php?products_id=3

  

71 ) yang dalam hal ini : efisiensi system % daya generator daya angin

2.6 Koefisien Daya

  Perhitungan koefisien daya (Cp) pada kincir angin dapat dihitung berdasarkan perbandingan daya yang dihasilkan oleh kincir angin ( ) dengan daya teoritis yang disediakan oleh angin ( ), sehingga dapat dituliskan rumusnya sebagai berikut :

• 100% (12) yang dalam hal ini : koefisien daya kincir % daya yang dihasilkan oleh kincir daya angin

BAB III METODE PENELITIAN

  3.1. Tempat dan Waktu Penelitian

  Tempat penelitian dilakukan di laboratorium konversi energi kampus Sanata Dharma. Pengambilan data dilakukan selama empat jam dalam sehari yaitu pada pukul 18.00 – 23.00 dan dilakukan selama tiga puluh hari yaitu pada tanggal 12 Mei – 7 Juni 2010.

  3.2. Peralatan dan Bahan

  Kincir angin poros vertikal dengan sudu mengatup otomatis terdiri dari : 1.

  Satu buah poros utama (tengah) dengan ukuran panjang 1260 cm, diameter 1,5 inci.

2. Delapan buah bearing dengan kode 6202z.

Gambar 3.2 Poros Utama

1. Empat buah poros dalam dengan posisi horizontal sebagai penggerak sudu dengan ukuran diameter 2 cm dan panjang 15 cm.

Gambar 3.4 Poros dalam 2.

  Empat buah pipa besi sebagai poros rotasi sudu yang dihubungkan langsung dengan poros dalam, dan sebagai dudukan untuk sudu dengan ukuran diameter 2 cm dan panjang 24 cm.

4. Sudu kincir dengan 3 variasi ukuran 24 cm x 20 cm, 24 cm x 25 cm, 24cm x 30 cm.

Gambar 3.6 sudu 5.

  Rangka penahan sudu (stopper).

  Pada rangka penahan sudu yang ditunjukan pada gambar 3.7 untuk penahan sudu agar bias membuka dan mengatup secara otomatis.

  24cm 24cm 24cm 20cm 30cm

  25cm

1. Wind tunnel

  Wind tunnel ditunjukan pada gambar 3.8 Alat ini berfungsi untuk menangkap dan mengumpulkan angin yang disedot oleh fan blower, sekaligus menjadi tempat sirkulasi udara yang digunakan untuk menguji kincir angin.

Gambar 3.8 Wind tunnel

2. Fan blower

  Fan yang ditunjukan pada gambar 3.9 ini digerakkan oleh motor berdaya 5,5 kw yang berfungsi menghirup angin yang masuk melalui wind tunel/lorong udara.

3. Generator

  Generator yang ditunjukan pada gambar 3.10 ini berfungsi untuk menghasilkan arus dan tegangan listrik dari energi gerak yang berasal dari putaran poros yang dihasilkan oleh kincir angin. Output yang diperoleh akan digunakan untuk mencari besar nilai daya yang dihasilkan.

  generator

Gambar 3.10 Generator

4. Multimeter

  Multimeter yang ditunjukan pada gambar 3.11 ini membantu untuk mengukur besar tegangan dan arus yang dihasilkan generator listrik sesuai beban yang diberikan.

Gambar 3.11 Multimeter 5.

  Pengukur torsi statis Pengukur torsi statis yang ditunjukan pada gambar 3.12 ini diigunakan untuk mengukur torsi statis dengan menggunakan beban pasir yang terukur sebagai indikator untuk mencari gaya F.

Gambar 3.12 Pengukur torsi statis

6. Alat pengukur beban

  Alat pengukur beban yang ditunjukan pada gambar 3.13 ini berfungsi sebagai alat pengukur beban yang diberikan terhadap kincir angin.

7. Stopwatch

  Stopwatch yang ditunjukan pada gambar 3.14 ini untuk mencatat waktu pada waktu pengambilan data kincir angin.

Gambar 3.14 Stopwatch 8.

  Anemometer Anemometer yang ditunjukan pada gambar 3.15 ini berfungsi untuk mengukur sekaligus mengetahui kecepatan angin.

9. Rangkaian beban lampu

  Rangkaian beban lampu yang ditunjukan pada gambar 3.16 ini berfungsi sebagai beban variatif yang digunakan sekaligus sebagai alat ukur kemampuan dari kincir angin. Beban yang digunakan 8 watt, 16 watt, 24 watt, dan 32 watt.

Gambar 3.16 Beban lampu 10.

  Tachometer Tachometer yang ditunjukan pada gambar 3.17 ini berfungsi untuk mengukur putaran poros kincir angin pada saat berputar sebagai kebutuhan data.

  3.3. Variabel penelitian Beberapa hal yang harus dilakukan dalam variable penelitian : 1.

  tiga Ukuran sudu : 24 cm x 20 cm, 24 cm x 25 cm, 24 cm x 30 cm, 2. lima variasi kecepatan angin yang dimulai dari 7,8 m/s , 7,5 m/s, 7 m/s, 6,5 m/s, 6 m/s, 5,5 m/s

  3. beban lampu yang digunakan : 8w, 16w, 24w.32w

  3.4. Variabel yang Diukur Beberapa hal yang harus dilakukan dalam variable yang akan diukur :

  1. Torsi statis (Ts), Torsi dinamis (Td)

  2. Tegangan (V)

  3. Arus (A)

  4. Putaran poros (Rpm)

  5. Kecepatan angin (v)

  6. Daya angin ( , Daya poros ( , Daya Generator ( 7. Koefisien daya kincir (Cp) menggunakan persamaan yang ada.

  Untuk pengambilan data, terdiri beberapa langkah pengambilan data yang

Gambar 3.18 Pengambilan data torsi statis

  1. Memasang alat pengukur torsi 2.

  Setelah pengukur terpasang, kemudian memasang kincir angin pada wind tunnel, dan kencangkan baut pemegangnya supaya tidak bergerak.

  3. Merangkai anemometer seperti pada gambar untuk mengetahui kecepatan angin di dalam wind tunnel.

  Alat pengukur torsi

3.5Langkah Penelitian

3.5.1 Pengambilan data torsi statis Beberapa hal yang harus dilakukan dalam pengambilan data torsi statis

  4. Jika semua sudah siap, menyalakan blower untuk menghembuskan angin ke dalam wind tunnel dan menentukan kecepatan angin dengan merubah keduudukan blower maju-mundur untuk menentukan 5 variasi kecepatan angin (dimulai dari kecepatan yang paling tinggi)

  5. Setelah kecepatan angin tercapai, maka pengukuran beban mulai dapat dilakukan dengan menggunakan pasir.

  6. Mengulang langkah 1-5 dan pengambilan data dilakukan 5 kali dengan 3 ukuran variasi sudu.

3.5.2 Pengambilan data daya yang dihasilkan kincir Beberapa hal yang harus dilakukan dalam pengambilan data daya yang dihasilkan kincir : 1.

  Merangkai kincir angin pada wind tunnel sama seperti pada pengambilan data sebelumnya, namun alat pengukur torsi dilepas.

  2. Memasang puli besar yang terdapat di bawah wind tunnel yang berhubungan dengan poros dengan generator.

  3. Memasang anemometer seperti pada posisi pengambilan data pertama

Gambar 3.20 Rangkaian alat ukur 5.

  Setelah semua siap, kemudian menyalakan blower untuk menghembuskan angin ke dalam wind tunnel, dan diatur dengan maju-mundur untuk mendapatkan variasi kecepatan angin.

  6. Memulai mengukur tegangan dan arus lampu yang bisa dilihat pada multimeter yang sudah dirangkai sebelumnya, dan diukur juga putaran porosnya menggunakan tachometer.

  7. Mencatat data yang diperoleh pada kertas yang sudah dipersiapkan.

  8. Mengulangi langkah di atas sampai memperoleh data dengan 5 variasi kecepatan, dan tentunya dengan menggunakan 3 variasi ukuran sudu.

1.5.3 Pengambilan data torsi dinamis

  Untuk data torsi dinamis sebenarnya bisa diperoleh dalam satu rangkaian yang digunakan untuk mencari data daya yang dihasilkan kincir.

  Alat yang dibutuhkan adalah pengukur pegas dan tali nilon sepanjang 1 m.

Gambar 3.21 Pengambilan data torsi dinamis 1.

  Memasang alat pengukur pegas pada tempat yang ditentukan.

  2. Memasang tali yang dikaitkan ke pengukur pegas terhadap ujung batang pegangan poros generator.

  3. Memulai mengambil data secara bersamaan pada saat mengambil data daya yang dihasilkan oleh kincir.

  4. Mencatat data yang terbaca oleh pengukur pegas, nanti akan terbaca beban yang diperoleh dari setiap kecepatan angin.

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian

  12

  750

  9 7   770

  10

  7  

  780

  11 6   530

  6  

  8

  520

  13

  6   540

  14

  6  

  550

  7  

  4.1.1. Data gaya pengimbang yang diperoleh pada saat pengamatan untuk menghasilkan torsi statis dengan menggunakan sudu yang berbeda Kecepatan angin dengan variasi mulai dari kecepatan tertinggi kurang lebih 7,8m/s dengan penurunan 0,5 m/s hingga kincir tidak berputar.

  Dari hasil penelitian didapatkan data seperti yang ditunjukan pada table 4.1 sampai table 4.18 :

  2 7,8   830

Tabel 4.1 Data hasil pengukuran gaya statis dengan ukuran sudu 20 cm x 24 cm.

  No Kecepatan

  Angin (m/s)

  Massa beban (gram)

  1 7,8

    850

  3 7,8

  760

    820

  4 7,8

    840

  5 7,8

    810

  6

  7  

  7 7   740

Tabel 4.2 Data hasil pengukuran gaya statis dengan ukuran sudu 25 cm x 24 cm

  17

  660  

  13

  6  

  650  

  14

  6  

  655  

  15 6   670  

  16

  5  

  580  

  5  

  12

  575  

  18 5   555  

  19

  5  

  565  

  20

  5  

  560  

  21 4   420  

  22 4   435  

  23

  4  

  6  

  11 6   680  

  No Kecepatan

  7.8  

  Angin (m/s) Massa beban

  (gram)

  1 7.8   785  

  2

  7.8  

  795  

  3

  7.8  

  810  

  4 7.8   820  

  5

  825  

  740  

  6

  7  

  745  

  7

  7  

  750  

  8 7   730  

  9

  7  

  735  

  10

  7  

  440  

Tabel 4.3 Data hasil pengukuran gaya statis dengan ukuran sudu 30 cm x 24 cm

  19

  950  

  14 6   930  

  15

  6  

  900  

  16

  5  

  820  

  17

  5  

  800  

  18 5   780  

  5  

  13

  750  

  20

  5  

  730  

  21 4   680  

  22 4   660  

  23

  4  

  630  

  24

  4  

  600  

  6  

  990  

  No Kecepatan

  1330  

  Angin (m/s) Massa beban

  (gram)

  1 7,8   1500  

  2

  7.8  

  1480  

  3

  7.8  

  1390  

  4 7.8   1350  

  5

  7.8  

  6

  6  

  7  

  1270  

  7 7   1250  

  8 7   1230  

  9

  7  

  1210  

  10

  7  

  1190  

  11 6   1020  

  12

  4   570  

4.1.2. Data yang diperoleh pada saat percobaan dengan menggunakan sudu yang berbeda.

  50  

  15  

  42.5 50  

  1.58

  14  

  50  

  40.9

  1.56

  13  

  41.6

  42

  1.63

  12  

  50  

  42.8

  1.68

  7  

  11  

  50  

  1.65

  50  

  1.78

  25.6

  45  

  24.3

  1.03

  20  

  24.8 45  

  1.1

  19  

  45  

  1.15

  16  

  18  

  45  

  25.6

  1.25

  17  

  26.4 45  

  1.33

  6.5  

  47

  Kecepatan angin dengan variasi mulai dari kecepatan tertinggi kurang lebih 7,8m/s dengan penurunan 0,5 m/s hingga kincir tidak berputar.Dari hasil penelitian didapatkan data sebagai berikut :

Tabel 4.4 Data hasil pengukuran dengan ukuran sudu 20 cm x 24 cm tanpa beban

  2.25

  53.9

  2.27

  3  

  54.1 50  

  2.15

  2  

  50  

  54.4

  7.8  

  4  

  1  

   

    volt ampere rpm gram

    m/s

  Putaran Beban   pengimbang

  Tegangan Arus  

  Kecepatan   angin  

  No  

  50  

  2.21

  47.3 50  

  7  

  1.81

  9  

  50  

  48.7

  1.93

  8  

  49 50  

  1.97

  50  

  52.8 50  

  49.3

  2.08

  7.5  

  6  

  50  

  53.7

  2.17

  5  

  10  

Tabel 4.5 Data hasil pengukuran dengan ukuran sudu 25 cm x 24 cm tanpa beban

  6.5  

  38.8

  1.63

  18  

  50  

  39.2

  1.65

  17  

  50  

  39.7

  1.72

  16  

  19  

  5.5  

  49.8

  2.03

  15  

  50.6 5.5  

  2.06

  14  

  5.5  

  48.8

  2.08

  50  

  1.59

  47.5 5.5  

  40  

  23

  0.81

  25  

  23.7 40  

  0.84

  24  

  40  

  25

  0.85

  23  

  24.5

  40.7 50  

  0.89

  22  

  24.7 40  

  0.92

  6  

  21  

  50  

  38.2

  1.58

  20  

  13  

  1.9

  No  

  2.53

  5  

  60  

  67.2

  2.68

  4  

  60  

  71.9

  2.74

  3  

  62.5 60  

  2  

  64.5

  60  

  65.1

  2.62

  7.8  

  1  

   

  Beban   pengimbang   m/s   volt ampere rpm gram

  Putaran  

  Tegangan Arus  

  Kecepatan   angin  

  2.62

  60  

  12  

  2.42

  5.5  

  46.2

  2.09

  7  

  11  

  60  

  58.1

  2.4

  10  

  58.2 60  

  9  

  6  

  60  

  59.5

  2.36

  8  

  60.3 60  

  2.39

  7  

  60  

  61.2

  2.44

  7.6  

  40  

Tabel 4.6 Data hasil pengukuran dengan ukuran sudu 30 cm x 24 cm tanpa beban

  6  

  42.8

  1.81

  18  

  45  

  43

  1.85

  17  

  45  

  43.7

  1.87

  16  

  19  

  55  

  57.4

  2.49

  15  

  58.3 55  

  2.56

  14  

  55  

  58.8

  2.51

  45  

  1.77

  59 55  

  40  

  28.8

  0.95

  25  

  29.7 40  

  0.97

  24  

  40  

  30

  1.05

  23  

  30.7

  41 45  

  1.07

  22  

  31.5 40  

  1.09

  5.5  

  21  

  45  

  40.3

  1.75

  20  

  13  

  2.58

  No  

  3.09

  5  

  60  

  76.1

  2.89

  4  

  60  

  76.7

  2.95

  3  

  77.5 60  

  2  

  75.6

  60  

  78.1

  3.17

  7.8  

  1  

   

  Beban   pengimbang   m/s   volt ampere rpm gram

  Putaran  

  Tegangan Arus  

  Kecepatan   angin  

  2.82

  60  

  12  

  2.67

  55  

  59.7

  2.59

  7  

  11  

  60  

  70

  2.65

  10  

  70.8 60  

  9  

  6  

  60  

  71.8

  2.68

  8  

  72 60  

  2.7

  7  

  60  

  72.3

  2.71

  7.5  

  40  

Tabel 4.7 Data hasil pengukuran dengan ukuran sudu 20 cm x 24 cm beban 8 watt

  55  

  55  

  37.1

  0.11

  1.58

  14  

  36.5 55  

  0.1

  1.56

  13  

  37.3

  1.65

  0.09

  1.63

  12  

  38.6 55  

  0.1

  1.68

  7  

  11  

  55  

  44.3

  15  

  0.1

  0.71

  0.48

  0.03

  0.47

  20  

  50  

  24

  0.02

  0.49

  19  

  22.8 50  

  0.02

  18  

  35.7

  50  

  23

  0.5 0.010

  17  

  23.3 50  

  0.02

  0.51

  6.5  

  16  

  55