Unjuk kerja model kincir angin American Multi-Blade berbahan aluminium dua belas sudu dengan tiga variasi Pitch Angle.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

INTISARI

Pemanfaatan sumber daya alam dapat digunakan untuk meminimalis
masalah yang muncul dari meningkatnya kebutuhan akan energi. Salah satu
sumber daya alam yang murah dan efektif untuk digunakan adalah angin. Salah
satu pemanfaatan angin adalah dengan menggunakan turbin angin atau kincir
angin untuk pembangkit listrik dan penggerak mekanisme. Penelitian ini ditujukan
untuk mendapatkan nilai koefisiensi daya (Cp) maksimal dan tip speed ratio
(TSR) optimal kaitannya untuk 3 model kincir angin American multi-blade.
Proses pengujian yang dilakukan menggunakan model kincir angin
American multi-blade dengan 3 variasi pitch angle dan dipilih variasi manakah
yang memiliki nilai Cp dan TSR yang paling baik. Kincir angin American multiblade yang digunakan berbahan aluminium dengan 12 sudu dan diameternya 80
cm. Variasi pitch angle yang digunakan adalah 10o, 20o, dan 30o. Kincir angin
yang dibuat diujikan di dalam wind tunnel yang didukung dengan alat ukur

kecepatan angin, alat ukur putaran poros, neraca pegas, dan mekanisme
pengereman. Tiap data yang diperoleh dicatat dan diolah hingga mendapatkan
nilai Cp maksimal dan TSR optimal kaitannya dari tiap variasi pitch angle.
Dari perhitungan yang dilakukan, pada kincir angin dengan variasi pitch
angle 10o memiliki nilai Cp maksimum 0,057 atau 5,7% dan TSR optimal
kaitannya 0,91. Pada kincir angin dengan variasi pitch angle 20o memiliki nilai Cp
maksimumnya adalah 0,166 atau 16,6% dan TSR optimalnya pada 1,05. Dan pada
kincir angin dengan variasi pitch angle 30o memiliki nilai Cp maksimum 0,14 atau
13,8% dan TSR optimal kaitannya 0,72. Dari ketiga nilai Cp maksimal dan TSR
optimal kaitannya dapat disimpulkan bahwa kincir angin American multi-blade
yang paling baik adalah kincir dengan variasi pitch angle 20o.
Kata kunci : Koefisien daya, tip speed ratio, torsi, American multi-blade

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI-BLADE
BERBAHAN ALUMINIUM DUA BELAS SUDU DENGAN TIGA VARIASI
PITCH ANGLE

Tugas Akhir
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat
Memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin

Disusun oleh :
DIMAS CITRA MANGGALA YUDA
115214031

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2015

i

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

THE PERFORMANCE OF ALUMINUM TWELVE BLADES AMERICAN
MULTI-BLADE WINDMILL WITH THREE VARIATIONS OF PITCH
ANGLE

Final Project
Presented as partitial fulfilment of the requirement
as to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering

by :
DIMAS CITRA MANGGALA YUDA
115214031

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2015

ii

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

LEMBAR PERSETUJUAN

TJNIUK KERIA MODEL KINCIR ANGINIi,flRICI}T MULTI.BTITDE

BERBAI{AN ALUMINIUM DUA BELAS SUDU DENGAN TIGA VARIASI
PITCH ANGLE

TelahDise,fi{ui Oleh

iii

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

UNJUT( KERIA MODEL KINCIR ANGINI MERTCAN ML.TLTI.BI-'TDE
BERBAHAN ALUMINIT}M DUA BELAS SUDU I}TNGAFI TIGA YARIASI
PITCII ANGLE

Dpersiapkan dan disusun oleh

:

Nama : Dimas Citra Manggala Yuda

NIM

: 115214031

Ketua
Sekretaris

Anggota

Yogyakarta, 1 1 Juni 201 5
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta

PrimaRosa, S.Si,M-

lv

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Dengan

ini

saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam

penulisan Tugas Akhir dengan judul

:

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGII{ AMERICAN MULTI-BLADE
BERBAHAN ALUMINIUM DUA BELAS SUDU DENGAN TIGA VARIASI
PITCH ANGLE

Yang dibuat untuk melengkapi persyaratar yang wajib ditempuh uutuk
menjadi Sarjana Teknik pada program Strata-1, Program studi Teknik Mesin.
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Sejauh

yang saya ketahui bukan merupakan tiruan dari Tugas Akhir yang
dipublikasikan

di perguruan tinggi

sudah

manapun. Kecuali bagian informasi yang

dicantumkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 11 Juni 2015

Penulis

Dimas Ci

Manggala Yuda

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAI{ AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma

Nama

: Dimas Citra Manggala Yuda

Nomor Mahasiswa

:115214031

:

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan
Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang beriudul

:

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI-BLADE
BERBAHAN ALUMINIUM DUA BELAS SUDU DENGAN TIGA VARIASI
PITCH ANGLE
beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan
kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, ffiengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data,

mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Intemet atau media

lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun
memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai
penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Dibuat

di

Yogyakarta

Padatanggal : 11 Juni 2015

Yang menyatakan

itra Manggala Yuda

v1

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Masa Esa yang telah melimpahkan
rahmat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini.
Tujuan penyusunan Tugas Akhir ini adalah sebagai persyaratan untuk dapat
menyelesaikan jenjang pendidikan S-1 pada program studi Teknik Mesin
Universitas Sanata Dharma.
Dalam laporan Tugas Akhir ini akan membahas mengenai unjuk kerja
model kincir angin American multi-blade. Dalam kesempatan ini penulis
menyampaikan ucapan terimakasih kepada :
1. Ibu Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si, M.Sc selaku Dekan
Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Bapak Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T, selaku ketua program studi
Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma
3. Bapak Ir. Rines, M.T, selaku dosen pembimbing Tugas Akhir ini
4. Bapak Budi Setyahandana, S.T, M.T, selaku dosen pembimbing
akademik
5. Ibu Yoke Sulistiani dan Devi Alcitra Candra, S.T, M.T, selaku orang
tua dan saudara yang telah mendukung dalam perjalanan studi hingga
terselesaikannya penulisan Tugas Akhir ini
6. Seluruh karyawan dan staf Universitas Sanata Dharma yang telah
memberikan pengalaman dan ilmu untuk kelancaran pembuatan
laporan tugas akhir.

vii

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

7.

Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2011 yang telah memberi
dukungan dan masukan dalam penulisan Tugas Akhir ini.

8.

Serta pihak-pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu, yang telah
membantu dalam pembuatan laporan tugas akhir.

Penulis menyadari akan keterbatasan dalam ilmu pengetahuan dan
pengalaman sehingga saran,
kesempurnaan laporan

kritik, sefia masukan yang membangun demi

ini. Akhir kata, semoga laporan Tugas Akhir ini

dapat

bermanfaat bagi pembaca.

Yogyakarta, 11 Juni 2015

Dimas Citra Manggala Yuda

vlll

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................. i
TITLE PAGE ............................................................................................................. ii
LEMBAR PERSETUJUAN ...................................................................................... iii
LEMBAR PERNYATAAN ....................................................................................... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI .................................... vi
KATA PENGANTAR ............................................................................................... vii
DAFTAR ISI .............................................................................................................. ix
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................. xi
DAFTAR TABEL ...................................................................................................... xiii
INTISARI .................................................................................................................. xiv

BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang Masalah .......................................................................... 1
1.2. Rumusan Masalah .................................................................................. 3
1.3. Tujuan Penelitian ................................................................................... 3
1.4. Manfaat Penelitian ................................................................................. 4
1.5. Batasan Masalah...................................................................................... 4

BAB II DASAR TEORI ............................................................................................ 6
2.1 Konsep Dasar Angin ................................................................................ 6
2.2 Konsep Dasar Kincir Angin ..................................................................... 7
2.2.1

Kincir Angin Poros Horisontal .................................................... 7

2.2.2

Kincir Angin Poros Vertikal ........................................................ 10

2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap TSR………….………………...13
2.4 Rumus Perhitungan……………………………………………………..14
2.4.1 Energi Angin ................................................................................ 14
2.4.2 Perhitungan Torsi dan Daya ........................................................ 15
2.4.3 Perhitungan Torsi ........................................................................ 15

ix

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

2.4.4 Perhitungan Daya Kincir ............................................................. 16
2.4.5 Tip Speed Ratio............................................................................ 17
2.4.6 Koefisien Daya (Cp) .................................................................... 18
BABIII METODE PENELITIAN ............................................................................. 19
3.1 Metode Penelitian .................................................................................... 19
3.2 Alat dan Bahan ......................................................................................... 20
3.3 Peralatan Pengujian .................................................................................. 20
3.4 Variabel yang Diukur ............................................................................... 22
3.5 Variabel yang Dihitung ............................................................................ 22
3.6 Prosedur Penelitian .................................................................................. 23
3.7 Flow Chart ............................................................................................... 26

BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN .................................................................... 27
4.1 Data Pengujian ......................................................................................... 27
4.2 Proses Pengolahan Data ........................................................................... 30
4.2.1 Perhitungan Daya Angin ................................................................. 31
4.2.2 Perhitungan Daya Kincir ................................................................. 32
4.2.3 Tip Speed Ratio ............................................................................... 32
4.2.4 Koefisien Daya Kincir (Cp) ............................................................. 33
4.3 Data Hasil Perhiungan ............................................................................ 33
4.5 Grafik Data Pengujian ............................................................................. 37

BAB V PENUTUP .................................................................................................... 49
5.1 Kesimpulan............................................................................................... 49
5.2 Saran ......................................................................................................... 49

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ 51

x

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

DAFTAR GAMBAR

hal
1. Gambar 2.1 Jenis-jenis kincir poros horisontal

7

2. Gambar 2.2 Kincir angin Propeler

8

3. Gambar 2.3 Kincir angin American multi-blade

9

4. Gambar 2.4 Kincir angin Propeler Dutch Four Arms

9

5. Gambar 2.5 Jenis-jenis kincir poros vertikal

11

6. Gambar 2.6 Kincir angin Savonius

12

7. Gambar 2.7 Kincir angin Darrieus

12

8. Gambar 2.8 Grafik hubungan antara Cp dan TSR untuk beberapa
jenis kincir

13

9. Gambar 3.1 Skema alat pengujian kincir

22

10. Gambar 3.2 Gambar sudu kincir American multi-blade

24

11. Gambar 3.3 Gambar kincir American multi-blade 12 sudu

24

12. Gambar 3.4 Diagram alur proses penelitian

26

13. Gambar 4.8 Grafik hubungan antara torsi dan putaran poros
pada kincir pitch angle 10o dengan kecepatan angin
rata-rata 9,37 m/s

37

14. Gambar 4.9 Grafik hubungan antara torsi dan daya output
pada kincir pitch angle 10o dengan kecepatan angin
rata-rata 9,37 m/s

38

15. Gambar 4.10 Grafik hubungan antara Cp dan TSR pada kincir
pitch angle 10o

39

16. Gambar 4.11 Grafik hubungan antara torsi dan putaran
poros pada kincir pitch angle 20o dengan kecepatan angin

xi

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

rata-rata 8,4 m/s

41

17. Gambar 4.12 Grafik hubungan antara torsi dan daya output
pada kincir pitch angle 20o dengan kecepatan angin
rata-rata 8,4 m/s

42

18. Gambar 4.13 Grafik hubungan antara Cp dan TSR pada kincir
pitch angle 20o

43

19. Gambar 4.14 Grafik hubungan antara torsi dan putaran
poros pada kincir pitch angle 30o dengan kecepatan angin
rata-rata 8,86 m/s

44

20. Gambar 4.15 Grafik hubungan antara torsi dan daya
output pada kincir pitch angle 30o dengan kecepatan angin
rata-rata 8,86 m/s

45

21. Gambar 4.16 Grafik hubungan antara Cp dan TSR
pada kincir pitch angle 30o

46

22. Gambar 4.17 Grafik gabungan hubungan antara Cp
dan TSR pada kincir 12 sudu

47

xii

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

DAFTAR TABEL

hal
1. Table 4.1 Tabel hasil pengambilan data pengujian
dengan variasi pitch angle 10o

27

2. Table 4.2 Tabel hasil pengambilan data pengujian
dengan variasi pitch angle 20o

28

3. Table 4.3 Tabel hasil pengambilan data pengujian
dengan variasi pitch angle 30o

29

4. Tabel 4.4 Tabel data pendukung perhitungan

30

5. Tabel 4.5 Tabel hasil pengolahan data pengujian
dengan variasi pitch angle 10o

34

6. Tabel 4.6 Tabel hasil pengolahan data pengujian
dengan variasi pitch angle 20o

35

7. Tabel 4.7. Tabel hasil pengolahan data pengujian
dengan variasi pitch angle 30o

36

xiii

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

INTISARI

Pemanfaatan sumber daya alam dapat digunakan untuk meminimalis
masalah yang muncul dari meningkatnya kebutuhan akan energi. Salah satu
sumber daya alam yang murah dan efektif untuk digunakan adalah angin. Salah
satu pemanfaatan angin adalah dengan menggunakan turbin angin atau kincir
angin untuk pembangkit listrik dan penggerak mekanisme. Penelitian ini ditujukan
untuk mendapatkan nilai koefisiensi daya (Cp) maksimal dan tip speed ratio
(TSR) optimal kaitannya untuk 3 model kincir angin American multi-blade.
Proses pengujian yang dilakukan menggunakan model kincir angin
American multi-blade dengan 3 variasi pitch angle dan dipilih variasi manakah
yang memiliki nilai Cp dan TSR yang paling baik. Kincir angin American multiblade yang digunakan berbahan aluminium dengan 12 sudu dan diameternya 80
cm. Variasi pitch angle yang digunakan adalah 10o, 20o, dan 30o. Kincir angin
yang dibuat diujikan di dalam wind tunnel yang didukung dengan alat ukur
kecepatan angin, alat ukur putaran poros, neraca pegas, dan mekanisme
pengereman. Tiap data yang diperoleh dicatat dan diolah hingga mendapatkan
nilai Cp maksimal dan TSR optimal kaitannya dari tiap variasi pitch angle.
Dari perhitungan yang dilakukan, pada kincir angin dengan variasi pitch
angle 10o memiliki nilai Cp maksimum 0,057 atau 5,7% dan TSR optimal
kaitannya 0,91. Pada kincir angin dengan variasi pitch angle 20o memiliki nilai Cp
maksimumnya adalah 0,166 atau 16,6% dan TSR optimalnya pada 1,05. Dan pada
kincir angin dengan variasi pitch angle 30o memiliki nilai Cp maksimum 0,14 atau
13,8% dan TSR optimal kaitannya 0,72. Dari ketiga nilai Cp maksimal dan TSR
optimal kaitannya dapat disimpulkan bahwa kincir angin American multi-blade
yang paling baik adalah kincir dengan variasi pitch angle 20o.
Kata kunci : Koefisien daya, tip speed ratio, torsi, American multi-blade

xiv

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

BAB I
PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang
Indonesia sebagai negara kepulauan yang 2/3 wilayahnya meliputi lautan
sehingga memiliki panjang garis pantai ±80.791,42 km. Oleh karena itu Indonesia
merupakan wilayah potensial untuk pengembangan pembangkit listrik tenaga
angin. Angin merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang dapat
diperbarui (renewable energy) dan dapat dimanfaatkan menjadi energi mekanik
atau energi

listrik

melalui

Sistem

Konversi

Energi Angin (SKEA).

Pemanfaatan angin menjadi sumber energi telah dilakukan sejak abad ke-17 oleh
para petani di beberapa negara Eropa seperti Belanda,
negara

Eropa lainnya

untuk

memenuhi

Denmark dan negara-

kebutuhan

para

petani dalam

melakukan kegiatan pertanian, seperti penggilingan padi dan irigasi.
Pemanfaatan energi angin merupakan pemanfaatan energi terbarukan paling
berkembang sekarang.

Berdasarkan data dari WWEA (World Wind Energy

Association) sampai dengan tahun 2007 perkiraan energi listrik dihasilkan oleh
turbin angin mencapai 93.85 gigawatts (GW), mampu menghasilkan lebih dari
1% dari total kelistrikan secara global. Amerika Serikat, Spanyol dan China
merupakan negara-negara

terdepan

dalam pemanfaatan energi angin baik

secara teknologi maupun ilmu pengetahuan.
Saat ini pemanfaatan akan potensi energi angin tersebut belum optimal. Di

1

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

2

tengah potensi angin melimpah di kawasan pesisir Indonesia, Indonesia hanya
baru memiliki total kapasitas terpasang dalam sistem konversi energi angin saat
ini kurang dari 800 kilowatt (kW). Di seluruh Indonesia, baru terdapat lima unit
kincir angin pembangkit listrik berkapasitas masing-masing 80 kilowatt yang
sudah dibangun. Tahun

2007, tujuh unit dengan kapasitas sama menyusul

dibangun di empat lokasi, masing-masing di Pulau Selayar tiga unit, Sulawesi
Utara dua unit, dan Nusa Penida, Bali, serta Bangka Belitung,

masing-

masing satu unit. Merujuk pada kebijakan energi nasional, maka Pembangkit
Listrik Tenaga Angin (PLTA) ditargetkan mencapai 250 megawatt (MW) pada
tahun 2025.
Salah satu pemanfaatan angin untuk pembangkit listrik adalah dengan
menggunakan turbin angin atau kincir angin. Ada beberapa macam kincir yang
sering dipakai di industri, misal aincir angin Propeler, American multi-blade, dan
Savonius. Dalam pengujian yang akan saya ambil sebagai bahan Skripsi atau
Tugas Akhir ini, saya akan mengambil sampel kincir angin American multi-blade.
Kincir angin model ini salah satu kincir yang mudah berputar dengan kecepatan
angin yang rendah, oleh sebab itu saya mengambil kincir angin model American
multi-blade sebagai bahan pengujian saya kali ini. Kincir angin ini

dapat

ditingkatkan efisiensinya untuk mendapat daya keluaran yang maksimal serta
nilai Cp dan TSR nya.

Salah

satunya

mungkin

dengan pengunaan sudu

berjumlah banyak. Sudu yang dipakai berjumlah 8, 10, 12 atau lebih sesuai
ketentuan jumlah sudu pada jenis kincir angin American multi-blade yang
menggunakan sudu yang banyak dan rapat. Namun, pada pengujian kali ini saya

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

3

akan menggunakan kincir angin American multi-blade dengan jumlah sudu 12 dan
variasi sudut atau pitch angle 10o, 20o, dan 30o. Kincir yang akan saya buat ini
dengan bahan dasar plat aluminium sebagai sudunya dan tutup pipa paralon
sebagai hubnya.
Tulisan ini bertujuan sebagai kajian awal mengenai cara meningkatkan
efisensi turbin angin melalui variasi sudutnya demi pemanfaatannya untuk
kehidupan sehari-hari dan keperluan industri.

1.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang di atas, maka masalah–masalah yang ingin
diteliti dalam Tugas Akhir ini adalah pemanfaatan energi angin untuk memenuhi
kebutuhan sehari-hari baik bagi masyarakat, industri, ataupun edukasi.
Angin merupakan energi yang dapat diperoleh di daerah manapun , gratis,
dan memiliki kecepatan yang dapat menggerakan sebuah kincir angin pembangkit
listrik atau penggerak mekanisme yang efektif, efisien, dan optimal.
Perancangan

kincir yang memperhatikan aspek desain dan bahan baku

pembuatan, dengan bantuan generator akan mampu menghasilkan listrik, sehingga
dapat menghasilkan efisiensi yang tinggi. Bisa juga digunakan sebagai penggerak
mekanisme seperti pompa tanpa bantuan listrik dari luar ataupun generator.

1.3. Tujuan Penelitian
Adapun beberapa tujuan penting dalam pengujian atau penelitian kincir
angin American multi-blade. Tujuannya sebagai berikut :

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

4

1. Membuat kincir angin American multi-blade dengan sudu 12 dan 3
variasi pitch angle
2. Mendapatkan nilai Cp maksimal dan TSR optimal kaitannya untuk tiga
buah variasi pitch angle
3. Membandingkan nilai Cp maksimal dan TSR optimal kaitannya dari tiap
pitch angle agar bisa dipilih yang terbaik

1.4. Manfaat Penelitian
Beberapa manfaat dari pengujian atau penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Dapat memberikan pilihan kincir yang terbaik pada masyarakat yang
membutuhkan pembangkit listrik dengan tenaga angin untuk kehidupan
sehari-hari dan industri.
2. Dapat mengoptimalkan alam demi terbentuknya energi terbarukan yang
murah dan efisien.
3. Dapat menambah literatur data penelitian untuk para peneliti yang akan
melanjutkan penelitian yang sejenis

1.5. Batasan Masalah
Berikut merupakan beberapa batasan masalah dalam penelitian yang
dilakukan, diantaranya sebagai berikut :
1.

Nilai Cp maksimal dan TSR optimal pada tiap variasi sudutnya pada
kincir angin American multi-blade.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

2.

5

Faktor apa saja yang mempengaruhi nilai Cp maksimal dan TSR optimal
kaitannya dari pengujian yang dilakukan.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

BAB II
DASAR TEORI

2.1

Konsep Dasar Angin
Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan manusia. Perahu-

perahu layar menggunakan energi ini untuk melewati perairan sudah lama
sekali. Sebagaimana diketahui, pada asasnya angin merupakan udara yang
bergerak yang disebabkan oleh rotasi bumi dan disertai perbedaan tekanan
udara sekitar. Angin selalu bergerak dari tempat bertekanan tinggi ke tempat
bertekanan rendah.
Pada umumnya kecepatan angin dipengaruhi oleh letak tempat dan
ketinggiannya. Bila letak tempatnya di daerah khatulistiwa maka angin akan
lebih cepat dibandingkan dengan letak tempatnya jauh dari khatulistiwa.
Begitu pula ketinggianya. Semakin tinggi tempatnya semakin kencang juga
anginnya. Hal ini disebabkan oleh, semakin tinggi suatu tempat maka, gaya
gesekan yang di pengaruhi oleh permukaan bumi yang tidak datar, pohon,
gunung dan topografi semakin kecil.
Arah angin ditentukan oleh dari mana saja datangnya, apakah dari timur
ke barat atau dari selatan ke utara. Sebagai contoh windsocks yang digunakan
sebuah bandara pesawat komersial sebagai penunjuk datangnya arah angin
untuk

mengukur

kecepatan

angin

6

biasanya

digunakan

anemometer.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

2.2

7

Konsep Dasar Kincir Angin

Kincir angin adalah sebuah alat yang mampu memanfaatkan kekuatan angin
untuk dirubah menjadi kekuatan mekanik. Dari proses itu memberikan
kemudahan berbagai kegiatan manusia yang memerlukan tenaga yang besar
seperti memompa air untuk mengairi sawah atau menggiling biji-bijian. Kincir
angin modern adalah mesin yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik,
disebut juga dengan turbin angin. Turbin angin kebanyakan ditemukan
di Eropa dan Amerika Utara. Berdasarkan posisi porosnya, kincir angin dibedakan
menjadi dua kelompok utama, yaitu kincir angin poros horizontal dan kincir angin
poros vertikal.

2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal
Kincir angin poros horisontal seperti contoh Propeler adalah kincir angin
yang memiliki poros utama sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai
dengan arah angin. Kincir angin poros horisontal ini memiliki jumlah bilah
lebih dari dua. Kincir angin ini dapat berputar dikarenakan adanya gaya
aeorodinamis yang bekerja pada suatu kincir. Beberapa jenis kincir angin poros
horisontal yang telah banyak dikenal diantaranya ditunjukan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Jenis-jenis kincir angin poros horisontal
(Sumber: http://2.bp.blogspot.com diakses 14 Februari 2015)

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

8

Beberapa jenis kincir angin horisontal yang sudah umum dikenal dan
dikembangkan, seperti :

1. Kincir Angin Propeler
Kincir angin ini merupakan kincir angin yang biasa diaplikasi di
daerah dataran Amerika dan Eropa. Kincir angin model ini mampu
menghasilkan putaran poros yang tinggi. Kincir angin model ini
menggunakan 3 buah sudu atau lebih, seperti pada Gambar 2.2.
2. Kincir Angin American multi-blade
Kincir angin ini merupakan kincir angin dengan jumlah banyak,
biasanya jumlah sudunya memenuhi 1 lingkaran penuh. Kincir angin
yang sering dijumpai di dataran Amerika. Kincir model ini punya nilai
torsi yang tinggi. Kincir angin model ini bisa di lihat pada Gambar 2.3

3. Kincir Angin Propeler dutch four arms
Kincir angin ini merupakan kincir angin Propeler yang
biasanya ditemukan di daratan Belanda sebagai pembangkit listrik.
Jenis kincir ini dapat kita lihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.2 Kincir angin Propeler
(Sumber: http://en.wiktionary.org/wiki/windmill diakses 14 Februari 2015)

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

9

Gambar 2.3 Kincir angin American multi-blade
(Sumber: http://panzoelgituloh.blogspot.com/2010/11/pembangkit-listrik-tenagaangin.html diakses 14 Februari 2015)

Gambar 2.4 Kincir angin Propeler Dutch Four Arms
(Sumber: http://en.wiktionary.org/wiki/windmill diakses 14 Februari 2015)

Kincir angin poros horisontal ini memiliki beberapa kelebihan dan
kekurangan seperti :
Kelebihan kincir angin poros horisontal:
1. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang
berada diatas menara.
2. Setiap penambahan tinggi menara sepuluh meter ke atas, kecepatan
angin meningkat sebesar 20% dan daya output meningkat 34%.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

10

3. Rata-rata memiliki nilai kecepatan putar poros yang lebih tinggi.

Kekurangan yang dimiliki oleh kincir angin poros horisontal:
1. Menara yang tinggi serta bilah yang panjang sulit diangkut dan
juga memerlukan biaya besar untuk pemasangannya, bisa
mencapai 20% dari seluruh biaya peralatan turbin angin.
2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikan dengan
arah angin (ekor atau sensor elektrik)

2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal

Kincir ini memiliki poros/sumbu rotor utama yang disusun tegak lurus.
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 ini mampu mendayagunakan angin dari
berbagai arah. Kincir ini memiliki poros/sumbu rotor utama yang disusun tegak
lurus. 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 ini mampu mendayagunakan angin dari
berbagai arah. Dengan sumbu yang vertikal, generator serta gearbox bisa
ditempatkan di dekat tanah, jadi menara tidak perlu menyokongnya dan lebih
mudah diakses untuk keperluan perawatan.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

11

Gambar 2.5 Jenis-jenis kincir angin poros vertikal
(Sumber: http://2.bp.blogspot.com diakses 14 Februari 2015)

Beberapa jenis kincir angin horisontal yang sudah umum dikenal dan
dikembangkan:

1. Kincir Angin Savonius
Kincir angin Savonius merupakan salah satu kincir angin poros
vertikal yang sering diaplikasikan oleh masyarakat. Kincir angin ini
diaplikasikan di daerah yang memiliki arus angin yang berubah-ubah
arahnya. Kincir model ini memiliki nilai torsi yang besar. Kincir angin
ini berbentuk seperti selimut tabung, seperti pada Gambar 2.6.

2. Kincir Angin Darrieus
Kincir angin Darrius merupakan salah satu kincir angin poros
vertikal yang sering diaplikasikan oleh masyarakat. Kincir angin ini
diaplikasikan di daerah yang memiliki arus angin yang berubah-ubah
arahnya. Contoh bentuk kincir angin ini dapat dilihat pada Gambar 2.7.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

12

Gambar 2.6 Kincir angin Savonius
(Sumber: http://cleangreenenergyzone.com/cardboard-savonius-wind-turbine/
diakses 14 Februari 2015)

Gambar 2.7 Kincir angin Darrieus
(Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Darrieus_wind_turbine diakses
14 Februari 2015)
Kincir angin poros vertikal ini memiliki beberapa kelebihan dan kekurangan
seperti :
Kelebihan kincir angin poros vertikal:
1. Dapat menerima angin dari segala arah
2. Komponen-komponennya dapat dipasang dekat dengan permukaan
tanah.
3. Mudah dirawat dan diperbaiki..

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

13

Kekurangan yang dimiliki oleh kincir angin poros vertikal :
1. Karena umum dipasang di dekat dengan permukaan tanah maka
kualitas angin yang didapat kurang bagus.
2. Memerlukan permukaan tanah yang rata dan datar
3. Nilai efisiensi yang dihasilkan lebih sedikit dibanding kincir poros
horisontal

2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap TSR
Menurut Albert Betz Ilmuan Jerman bahwa koefisien daya maksimal dari
kincir angin adalah sebesar 59%, batas maksimal tersebut dengan Betz limit.
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2 . 8 .

Gambar 2.8 Grafik hubungan antara Cp dan TSR untuk beberapa jenis kincir
(Sumber: gunturcupletz.blogspot.com diakses pada 21 Februari 2015)

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

2.4

14

Rumus Perhitungan
Ada beberapa rumus perhitungan yang digunakan dalam proses analisis data.

Berikut ini adalah rumus-rumus yang digunakan untuk melakukan perhitungan dan
analisis kerja kincir angin yang diteliti.
2.4.1 Energi Angin
Angin adalah fluida yang bergerak sehingga memiliki energi kinetik, maka
dapat dirumuskan sebagai berikut:

Ek = 0,5m v2

(1)

dengan :
Ek = energi kinetik (joule).
m = massa udara (kg).
v = kecepatan angin (m/s).

Daya adalah energi persatuan waktu, sehingga dapat di tuliskan sebagai
berikut:
Pin=0,5mv2
dengan:
Pin = daya angin (watt).
m = massa udara yang mengalir dalam waktu tertentu (kg/s).

(2)

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

15

yang dalam hal ini

ṁ= ρAv

(3)

dengan:
ρ = massa jenis udara (kg/m3).
A = luas penampang yang membentuk sebuah lingkaran ( m2 ).

Dengan menggunakan persamaan (3), maka daya angin ( Pin) dapat
dirumuskan menjadi :
Pin = 0,5(ρAv)v2, yang dapat disederhanakan menjadi :
Pin = 0,5ρAv3

(4)

2.4.2 Perhitungan Torsi dan Daya
Untuk mengetahui perbedaan unjuk kerja dari setiap sudut kemiringan
sudu yang divariasikan, maka perlu mencari torsi dinamis dan daya yang
dihasilkan oleh kincir.

2.4.3 Perhitungan Torsi
Torsi merupakan hasil perkalian vektor antara jarak sumbu putar
dengan gaya yang bekerja pada titik yang berjarak tertentu dari sumbu pusat.
Pada penelitian ini digunakan mekanisme pengereman, sehingga

dapat

dirumuskan sebagai berikut:
T = Fr

(5)

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

16

dengan:
T = torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (N.m).
F = gaya pada poros akibat puntiran (N).
r = jarak lengan torsi ke poros (m).

2.4.4. Perhitungan Daya Kincir
Pada

umumnya

perhitungan

untuk

menghitung

daya

pada

gerak

melingkar dapat dituliskan sebagai berikut:
Pout = T .ω

(6)

dengan :
T = torsi dinamis (Nm).
ω = kecepatan sudut (ω) didapatkan dari
n rpm =

ω=
Dengan

rad/s
ini

untuk

daya

yang

dihasilkan

oleh

kincir

dapat

dinyatakan dengan persamaan yaitu :
Pout= T

rad/s

(7)

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

17

dengan :
Pout = Daya yang dihasilkan kincir angin (watt)
n = Putaran poros (rpm)

2.4.5. Tip Speed Ratio
Tip spead ratio (TSR) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu
kincir angin dengan kecepatan angin.
Kecepatan di ujung sudu (vt) dapat dirumuskan sebagai:
vt = ωr

(8)

dengan :
vt = kecepatan ujung sudu
ω = kecepatan sudut (rad/s).
r = jari-jari kincir (m).
sehingga tsrnya dapat dirumuskan dengan :
TSR =

dengan :
r = jari – jari kincir (m).
n = putaran poros kincir tiap menit (rpm).
v = kecepatan angin (m/s).

(9)

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

18

2.4.6. Koefisiensi Daya (Cp)
Koefisien daya (Cp) adalah pebandingan antara daya yang dihasilkan oleh
kincir (Pout) dengan daya yang disediakan oleh angin (Pin), sehingga dapat
dirumuskan sebagai berikut:
Cp =

100%

dengan :
Cp

= koefisien daya (%).

Pout = daya yang dihasilkan oleh kincir (watt).
Pin

= daya yang dihasilkan oleh angin (watt).

(10)

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

BAB III
METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Metode Penelitian
Dalam penelitian ini data yang diperlukan dapat diperoleh melalui beberapa
metode yaitu:
1.

Penelitian Kepustakaan
Penelitian kepustakaan yaitu penelitian untuk landasan teori dari
Tugas Akhir ini dengan cara membaca literatur - literatur yang
berhubungan

dengan

penulisan

topik

pengujian

serta

dapat

dipertanggungjawabkan kebenarannya.

2.

Pembuatan Alat
Sebelum dilakukan penelitian maka terlebih dahulu dilakukan
pembuatan alat uji yaitu kincir angin American multi-blade.

3.

Pengamatan secara langsung atau observasi
Dengan

menggunakan

metode

observasi

yaitu

dengan

melakukan pengamatan secara langsung terhadap objek yang diteliti
dalam hal ini adalah kincir angin tipe American multi-blade.

19

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

20

3.2. Alat dan Bahan
Dalam

proses

pembuatan

kincir

angin

American

multi-blade

ini

membutuhkan beberapa alat dan bahan yang akan digunakan, di antaranya sebagai
berikut :
1. Plat aluminium 1x1 meter
2. Pipa aluminium profil U 5 meter
3. Tutup pipa paralon 6 inch
4. Mur dan Baut
5. Gerinda potong
6. Gunting plat
7. Bor
8. Kikir
9. Gerinda duduk
10. Penggaris
11. Pensil
12. Spidol
13. Penghapus pensil

3.3. Peralatan Pengujian
Dalam proses pengambilan data, ada beberapa peralatan pengujian yang
dibutuhkan untuk menunjang proses pengujian dan pengambilan data. Peralatan
ini wajib dipersiapkan dan dirangkai sesuai standar agar penggunaannya optimal
dan sesuai standart keamanan. Peralatan tersebut diantaranya sebagai berikut :

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

21

1. Fan, berfungsi sebagai sumber angin yang dipasang tepat di belakang
terowongan angin.

2. Motor, berfungsi merubah energy listrik menjadi eneri mekanik guna
menggerakkan fan.

3. V-belt, berfungsi sebagai penghubung antara Motor dan Fan.

4. Terowongan angin atau wind tunnel, berfungsi sebagai terowongan yang
dilewati angin, di mana terowongan ini terbuat dari triplek.

5. Anemometer digital, berfungsi untuk mengukur kecepatan angin dan
suhu lingkungan.

6. Tachometer, berfungsi untuk mengukur kecepatan putaran poros.

7. Neraca, berfungsi untuk mengukur berat pembebanan.

8. Tali, berfungsi untuk menggantungkan pembebanan.

9. Mekasisme pengereman berfungsi sebagai pembebanan.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

22

Gambar 3.1 Skema alat pengujian kincir

3.4. Variabel yang Diukur
Sesuai dengan tujuan, variabel yang akan diukur adalah sebagai berikut:
1. Kecepatan angin, v ( m/s)
2. Gaya pengimbang, F (N)
3. Putaran poros kincir, n (rpm)

3.5. Variabel yang Dihitung
Untuk mendapatkan

karakteristik yang didapat dalam penelitian

menggunakan parameter sebagai berikut:
1. Daya angin,

(watt)

2. Torsi, T (Nm)
3. Daya kincir,

(watt)

4. Koefisien daya, Cp
5. Tip speed ratio, TSR

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

23

3.6. Prosedur Penelitian

Ada beberapa prosedur penelitian yang harus dilakukan demi optimalnya
pengambilan data dan keutamaan faktor keselamatan penguji. Prosedur yang
harus dilakukan diantaranya sebagai beikut :
1. Pembuatan alat
Adapun langkah-langkah yang ditempuh dalam pembuatan alat kincir
angin tipe American multi-blade adalah:
a. Menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan

b. Pembutan kincir angin meliputi :
1. Menyiapkan plat aluminium sebagai bahan dasar pembuatan sudu
kincir
2. Membuat pola atau gambar sudu pada plat aluminium sesuai ukuran
yang ditentukan
3. Memotong pola dengan alat gerinda potong dan gunting potong plat
4. Menghaluskan bekas potongan plat dengan gerinda mesin
5. Memotong pipa aluminium profil U sepanjang sudu kincir atau
sepanjang jari-jari kincir
6. Melubangi plat yang sudah dipotong dan pipa aluminium pada
tempat yang sama
7. Menekuk plat dengan alat penekuk untuk membuat variasi pitch
angle yang ditentukan, yang pertama tekuk dengan pitch angle 10o

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

24

8. Menyatukan pipa dengan sudu kincir dengan membautnya pada
lubang-lubang yang sudah dibuat.
9. Menyiapkan hub dengan tutup pipa paralon
10. Membuat pola lubang pada hub untuk pemasangan sudu dan lubang
poros
11. Memasangkan sudu pada hub yang sudah disiapkan
12. Menguji kincir dengan mengambil data yang diperlukan atau diukur,
seperti kecepatan angin, putaran poros, dan beban pengimbang torsi
13. Melepas kembali kincir hingga sudunya bisa ditekuk kembali
14. Mengulangi proses nomor 7 dengan pitch angle 20o dan dilanjutkan
proses nomor 8 hingga 12
15. Mengulangi kembali proses nomor 13 dan 14 dengan pitch angle 30o

`

Gambar 3.2. Gambar sudu kincir
American multi-blade

Gambar 3.3. Gambar kincir
American multi-blade 12 sudu

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

25

2. Memasang kincir angin tepat di dalam wind tunnel.
3. Memasang alat pengukur kecepatan angin (anemometer) di depan wind
tunnel
4. Menghidupkan motor dan membiarkannya beroperasi beberapa menit
sampai putarannya stabil.
5. Mengukur putaran poros kincir dengan menggunakan tachometer untuk
putaran awal tanpa beban.
6. Mengukur kecepatan angin dari anemometer
7. Data diambil 3 kali untuk variasi beban yang sama.
8. Menambahkan beban pada mekanisme pengereman menggunakan karet
sesuai dengan penambahan nilai beban yang diinginkan.
9. Mengukur putaran poros kincir angin dengan tachometer untuk variasi
kedua
10. Mengukur kecepatan angin dari anemometer.
11. Data diambil 3 kali untuk variasi beban yang sama.
12. Mengulangi prosedur 8-11 sampai putaran kincir berhenti.
13. Mematikan mesin dan melepas beban serta kincir yang terpasang setelah
kincir angin berhenti
14. Mengolah data dan membahas hasil penelitian yang telah dilakukan.
15. Menarik kesimpulan dari hasil pengolahan data.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

26

3.7. Flow Chart

Flow chart merupakan bagan alur dari proses penulisan yang dilakukan pada
Tugas Akhir ini. Bagan ini berisikan diantaranya pengolahan data dan
pembahasan. Secera lebih lengkap dapat dilihat pada diagram alur seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 3.4.

Mulai
Mencari Literatur
Pembuatan Alat

Pengambilan Data

Pengolahan Data

Mencatat Data

Ya

Menganalisa Data

Menyimpulkan Data

Selesai
Gambar 3.4 Diagram alur proses penelitian

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

BAB IV
DATA DAN PEMBAHASAN

4.1

Data Pengujian
Hasil pengujian kincir angin American multi-blade ini meliputi: kecepatan

angin, v (m/s), putaran poros, n (rpm), beban atau gaya pengimbang, F (N), dan α
(°). Pengambilan data dengan memvariasikan pitch angle jumlah kincirnya.
Variasi pitch angle meliputi 10o, 20o, dan 30o. Data dari hasil pengujian yang
dilakukan diberikan dalam Tabel 4.1 hingga Tabel 4.4.

Tabel 4.1. Tabel hasil pengambilan data pengujian dengan variasi pitch
angle 10o
Rerata
Rerata
Kecepatan
Kecepatan Putar
Beban, F
No
Angin, v
Poros, n
(N)
(m/s)
(rpm)
1
9,73
408
0
2

9,06

341

0,88

3

9,56

319

1,37

4

9,43

310

1,86

5

9,32

231

2,65

6

9,38

211

3,24

7

9,06

101

4,32

8

9,38

52

5,30

27

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

28

Tabel 4.1 merupakan tabel data dari hasil pengambilan data pengujian kincir
angin American multi-blade 12 sudu dengan variasi pitch angle 10o. Dapat kita
lihat bahwa tabel di atas memiliki 8 buah data. Jumlah data di atas didasari oleh
jumlah beban yang diberikan pada kincir hingga kincir berhenti. Dan beban
maksimal yang mampu diberikan kepada kincir angin ini sekitar 5,30 N, jika
beban ditambahkan maka kincir akan berhenti berputar.

Tabel 4.2. Tabel hasil pengambilan data pengujian dengan variasi pitch
angle 20o
Rerata
Rerata
Kecepatan
Kecepatan Putar
Beban, F
No
Angin, v
Poros, n
(N)
(m/s)
(rpm)
1
8,75
418
0
2

8,53

411

0,98

3

8,62

378

1,77

4

8,40

329

2,94

5

8,29

297

3,73

6

8,42

264

4,41

7

8,49

247

5,40

8

8,35

211

6,38

9

8,07

181

7,36

10

8,35

161

8,34

11

8,27

135

9,32

12

8,48

97

9,81

13

8,17

48

10,30

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

29

Tabel 4.2 merupakan tabel data dari hasil pengambilan data pengujian kincir
angin American multi-blade 12 sudu dengan variasi pitch angle 20o. Dapat kita
lihat bahwa tabel di atas memiliki 13 buah data. Jumlah data di atas didasari oleh
jumlah beban yang diberikan pada kincir hingga kincir berhenti. Jumlah 13 data
ini merupakan jumlah data terbanyak dari semua variasi sudut atau pitch angle
yang diberikan pada kincir ini. Dan beban maksimal yang mampu diberikan
kepada kincir angin ini sekitar 10,30 N sebelum kincir berhenti sempurna.

Tabel 4.3. Tabel hasil pengambilan data pengujian dengan variasi pitch
angle 30o
Rerata
Rerata
Kecepatan
Kecepatan
Beban, F
No
Angin, v
Putar Poros, n
(N)
(m/s)
(rpm)
1
9,02
360
0
2

9,09

322

0,98

3

8,88

322

1,96

4

9,03

293

2,84

5

8,95

266

4,02

6

9,00

234

4,91

7

8,72

208

5,69

8

9,16

199

7,16

9

8,56

155

8,14

10

8,48

127

9,32

11

8,58

109

10,79

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

30

Tabel 4.3 merupakan tabel data dari hasil pengambilan data pengujian kincir
angin American multi-blade 12 sudu dengan variasi pitch angle 30o. Dapat kita
lihat bahwa Tabel 4.3 memiliki 11 buah data. Jumlah data di atas didasari oleh
jumlah beban yang diberikan pada kincir hingga kincir berhenti. Dan beban
maksimal yang mampu diberikan kepada kincir angin ini sekitar 10,79 N.

Tabel 4.4. Tabel data pendukung perhitungan
Diameter Kincir

80 cm

Panjang Lengan Torsi

20 cm

Swept Area

0.503 m

Suhu Udara

280C

Densitas Udara

1.18 kg/m3

Tabel 4.4 merupakan variabel data yang ditetapkan untuk perhitungan data
selanjutnya.

4.2

Proses Pengolahan Data
Dari data–data yang ada dari pengujian, meliputi kecepatan angin, v (m/s),

putaran poros, n (rpm), beban atau gaya pengimbang, F (N), sehingga dapat
menghitung nilai torsi, T (N.m), daya input, Pin (watt), daya output, Pout (watt),
koefisien daya (Cp), dan tip speed ratio (TSR). Beberapa rumus yang digunakan
untuk menghitung beberapa data pada Tabel 4.1, 4.2, dan 4.3 adalah :

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

31

a. Torsi
T = F r (N.m)
b. Kecepatan sudut
ω =

rad/s

c. Daya input
Pin =

(watt)

d. Daya output
Pout = T ω (watt)
e. Tip Speed Ratio
TSR =
f. Koefisien daya
Cp =

100%

4.2.1 Perhitungan Daya Angin
Daya angin adalah daya yang dihasilkan angin pada kincir angin dengan
swept area (A) = 0.503

dan kecepatan angin 9 m/s, dapat dicari dengan

menggunakan persamaan (4).
Pin =0,5 Av3
= (0,5) (1,18) (0.503) (9)3
= 216,196 watt

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

32

4.2.2 Daya Kincir
Daya kincir adalah daya yang dihasilkan oleh kincir angin dapat dicari
dengan menggunakan Persamaan (5), untuk mendapatkan daya kincir kita harus
mengetahui kecepatan sudut dan torsi. Maka perlu dicari terlebih dahulu
menggunakan Persamaan (7) dan (6):
Maka kecepatan sudut dan torsi kincir adalah:
a. ω =
=
= 10,571 rad/s

b. T = Fr
= (4,32) (0,2)
= 0,864 N.m

c. Pout = Tω
= (0,864) (10,571)
= 9,133 watt

4.2.3 Tip Speed Ratio
Untuk mengetahui besarnya perbandingan kecepatan ujung kincir dengan
kecepatan angin atau tip speed ratio dapat dicari dengan menggunakan Persamaan
(8):
TSR =

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

33

=
= 0,469 rad/s

4.2.4 Koefisien Daya Kincir
Koefisien daya kincir dapat dicari dengan menggunakan Persamaan (9):
Cp =

100%

=

100%

= 4,22 %

4.3

Data Hasil Perhitungan
Data yang diperoleh dari penelitian kemudian diolah dengan menggunakan

Microsoft Excel. Hasil perhitungan yang dihasilkan oleh kincir angin untuk setiap
variasi pitch angle pada sudunya dapat dilihat pada Table 4.5, 4.6, dan 4.7.
Tabel hasil di bawah adalah tabel hasil perhitungan dari kincir angin
American multi-blade 12 sudu :

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

34

Tabel 4.5. Tabel hasil pengolahan data pengujian dengan variasi pitch angle 10o

No

Rerata
Kecepatan
Angin,
v
(m/s)

Rerata
Kecepatan
Putar
Poros,
n
(rpm)

Beban,
F
(N)

Torsi,
T
(Nm)

Kecepatan
Sudut,
ω
(rad/s)

Daya
Input,
Pin
(watt)

Daya
Output,
Pout
(watt)

Koefisien
Daya,
Cp

Tip
Speed
Ratio.
TSR

1

9,73

408

0

0

42,8

273

0

0

1,76

2

9,06

341

0,88

0,18

35,7

220

6,3

0,03

1,58

3

9,56

319

1,37

0,27

33,4

259

9,2

0,04

1,40

4

9,43

310

1,86

0,37

32,5

249

12,1

0,05

1,38

5

9,32

231

2,65

0,53

24,2

240

12,8

0,05

1,04

6

9,38

211

3,24

0,65

22,1

245

14,3

0,06

0,94

7

9,06

101

4,32

0,86

10,6

221

9,1

0,04

0,47

8

9,38

52

5,30

1,06

5,4

244

5,8

0,02

0,23

Dari Tabel 4.5 ada 8 buah variasi data. Pada Tabel 4.5 ini sudah memiliki
hasil perhitungan, seperti torsi, kecepatan sudut, daya input, daya output, TSR,
dan Cp. Pada tabel di atas memiliki nilai kecepatan angin yang relatif sama.
Kecepatan angin rata-rata yang diberikan pada kincir kurang lebih 9,37 m/s. Jika
kita meilhat dari putaran porosnya, kincir ini mampu menghasilkan putaran poros
tertinggi 408 rpm. Beban maksimum yang dapat diterima kincir ini adalah 5,30 N.
Kincir ini memiliki nilai Cp maksimunya 0,06 atau 6% dan TSR optimal
kaitannya adalah 0,94. Hal ini dapat kita lihat pada Gambar 4.10.

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

35

Tabel 4.6. Tabel hasil pengolahan data pengujian dengan variasi pitch angle 20o

No

Rerata
Kecepatan
Angin, v
(m/s)

1

8,75

Rerata
Kecepatan
Putar
Poros,
n
(rpm)
418

8,53

411

0,98

0,20

43,07

184

8,5

0,05

2,02

8,62

378

1,77

0,35

39,55

190

14,0

0,07

1,84

8,40

329

2,94

0,59

34,42

176

20,3

0,12

1,64

8,29

297

3,73

0,75

31,10

169

23,2

0,14

1,50

8,42

264

4,41

0,88

27,61

177

24,4

0,14

1,31

8,49

247

5,40

1,08

25,83

182

27,9

0,15

1,22

8,35

211

6,38

1,28

22,10

172

28,2

0,16

1,06

8,07

181

7,36

1,47

18,95

156

27,9

0,18

0,94

8,35

161

8,34

1,67

16,86

172

28,1

0,16

0,81

8,27

135

9,32

1,86

14,10

168

26,3

0,16

0,68

8,48

97

9,81

1,96

10,19

181

20,0

0,11

0,48

8,17

48

10,30

2,06

5,06

162

10,4

0,06

0,25

2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

Beban,
F
(N)

Torsi,
T
(Nm)

Kecepatan
Sudut,
ω
(rad/s)

Daya
Input,
Pin
(watt)

Daya
Output,
Pout
(watt)

Koefisien
Daya,
Cp

Tip
Speed
Ratio.
TSR

0

0

43,81

198

0

0

2

Dari Tabel 4.6 ada 13 buah variasi data. Pada Tabel 4.6 ini sudah memiliki
hasil perhitungan, seperti torsi, kecepatan sudut, daya input, daya output, TSR,
dan Cp. Pada tabel di atas memiliki nilai kecepatan angin yang relatif sama.
Kecepatan rata-rata yang dterima kincir sekitar 8,4 m/s. Jika kita meilhat dari
putaran porosnya, kincir ini mampu menghasilkan putaran poros tertinggi 418
putaran per menitnya. Beban maksimum yang dapat diterima kincir ini adalah

PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI

36

10,30 N. Kincir ini me