BAB IV ANALISA DATA DAN PERHITUNGAN

LAPORAN TUGAS AKHIR

BAB IV ANALISA DATA DAN PERHITUNGAN

4.1

Pengambilan data Pengambilan data dilakukan pada tanggal 11 Desember 2012 di

Laboratorium Proses Produksi dengan data sebagai berikut : 1. Kecepatan angin (v) = 3 m/s sampai 5 m/s 2. Temperatur ruangan (T) = 30 0C 3. Diameter kincir (Dk) = 94 cm = 0.94 m 4. Jari-jari pulley (r) = 3 cm = 0,03 m 5. Beban pada ujung kontruksi= 1 kg 6. Jumlah blade = 20 blade tipe B Us Farm Windmill 7. Jari-jari rotor = 3.6 cm = 0.036 m

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MERCUBUANA http://digilib.mercubuana.ac.id/

31

LAPORAN TUGAS AKHIR

4.2 Kerapatan udara Dalam pengujian yang dilakukan diketahui bahwa suhu lingkungan adalah 30 C. Berdasarkan table kerapatan dan kekentalan udara pada 1 atm maka kerapatan udara (ρ) adalah 1,151 kg/m3. 4.3

Energi Kincir Angin Energi yang dimiliki oleh angin dapat diperoleh dari persamaan : E = Fa × u (sesuai persamaan 1)

Contoh perhitungan untuk kecepatan 4 m/s dengan pembebanan 0.5 kg pada putaran 30.4 rpm: Fa = ρAv (v – u) Fa = 1.151× 3.14 × 0.472 × 4 (4 – 1.495) Fa = 7.999 N Maka : E = Fa × u E = 11.533 × 1.495 E = 11.961 Watt 4.3.1 Torsi Torsi dapat diperoleh dengan menggunakan system pengeremam dengan menggantungkan beban pada pulley yang berputar. Disini saya menguji 2 tipe kontruksi pada tulang kincir. 1. Kincir tanpa beban di ujung kontruksi 2. Kincir dengan beban di ujung kontruksi kincir yaitu pada velg dengan beban 1 kg.


32

LAPORAN TUGAS AKHIR

Persamaan Torsi: T = F* r (sesuai persamaan 7) Contoh perhitungan torsi pada kecepatan angin 4 m/s, dengan pembebanan pengereman 0,5 Kg tanpa benbebanan pada ujung kontruksi. T = F* r T = 0.5 *9.8* 0.03 T = 0.147 Nm

4.3.2 Daya Daya kincir merupakan output dari daya angin, daya kincir dapat di peroleh dengan persamaan; P = T * ω (sesuai persamaan 6) Contoh perhitungan pada kecepatan 4 m/s pada putaran 30.4 rpm dengan beban pengereman 0.5 kg . ( tanpa pembebanan ujung). P=T*ω P = T * 2πn/60 P = 0.147 * (2*3,14*30.4/60) P = 0.467 Watt Contoh perhitungan pada kecepatan 4 m/s putaran 25.4 rpm dengan beban pengereman 0.5 (dengan pembebanan ujung 1 kg). P=T*ω P = T * 2πn/60 P = 0.147 * (2*3.14*25.4/60) P = 0.391 Watt


33

LAPORAN TUGAS AKHIR

4.4

Kinerja Kincir Kinerja kincir merupakan perbandingan antara daya output dan input dari

kincir angin, dapat di tulis dengan persamaan ; 1. Kinerja kincir tanpa pembebanan.

100%

=

(sesuai persamaan 5)

Sehingga; .

=

.

∗ 100%

η = 3.904 % 2. Kinerja kincir dengan pembebanan 1 kg pada ujung kincir.

100%

=

Sehingga; =

0.391 ∗ 100% 10.408

η = 3.268 % 4.5

Ratio Kecepatan Ujung Jika didefinisikan bahwa tip speed ratio (λ) adalah perbandingan antara

kecepatan linier rotor dengan kecepatan angin sebelum sudu atau ditulis secara matematik: .

=

(sesuai persamaan 4)

Sehingga ratio kecepatan ujung pada kecepatan angin 4 m/s dengan beban pengereman 0.5 kg (tanpa beban). =

2

. /60


34

LAPORAN TUGAS AKHIR

× .

×

=

. × .

4

λ = 0.023 Sehingga ratio kecepatan ujung 1kg (dengan beban). =

2 × .

. /60 ×

=

. × .

4

λ = 0.019 Untuk data yang lebih lengkap dapat dilihat pada table hasil perhitungan (Lampiran 1)

4.6

Pembahasan Dengan selesainya melakukan pengujian dan pengolahan data pada kincir

angin tipe Propeller maka diperoleh data-data daya ideal angin, torsi, daya kincir, ratio kecepatan ujung serta efisiensi dari kincir. Daya ideal angin yang diperoleh berbeda - beda, hal ini disebabkan kecepatan angin yang berbeda - beda pula. Di mulai dari kecepatan angin 3 m/s sampai 5 m/s, semakin cepat kecepatan angin, maka daya ideal angin semakin besar. Ketika kincir berputar dan apabila di gantungkan beban maka akan terjadi pengereman berupa gesekan antara pully dan tali nylon sehingga terjadi momen puntir pada poros yang biasa di kenal dengan Torsi, sehingga torsi dapat disimpulkan sebagai; T=F*r


35

LAPORAN TUGAS AKHIR

m

Gambar 4.1 Mekanisme pembebanan pada kincir Hubungan antara torsi dan pembebanan yaitu berbanding lurus artinya semakin besar beban yang di berikan (di gantung) pada poros maka torsi yang terjadi juga semakin besar dan sebalinya semakin kecil pembebanan yang di berikan pada kincir maka torsinya juga semakin kecil. Seperti yang di perlihatkan tabel dan gambar berikut: Tabel 4.1 torsi pada kecepatan angin 4 m/s ( Tanpa pembebanan) KecepatanAngin (m/s)

4

VariasiPembebanan (kg) 0

PutaranKincir (Rpm) 44.5

Torsi (Nm) 0

0.3

36.4

0.088

0.5

30.4

0.147

0.7

27.4

0.205

0.9

21.8

0.264

1.1

15.6

0.323

1.3

11.7

0.382

1.5

8.7

0.441

1.7

5.4

0.499

1.6

0

0.470


36

LAPORAN TUGAS AKHIR

Torsi

torsi vs rpm 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0

10

20

30

40

50

rpm Grafik 4.1 Torsi dihasilkan kincir sebagai fungsi putaran pada kecepatan angin 4 m/s ( tanpa pembebanan ujung)

Tabel 4.2 torsi pada kecepatan angin 4 m/s (dengan pembebanan 1 kg pada ujung) Kecepatan Angin

VariasiPembebanan

PutaranKincir

Torsi

(m/s)

(kg)

(Rpm)

(Nm)

0

40.2

0

0.3

29.8

0.088

0.5

25.4

0.147

0.7

20.8

0.206

0.9

16.6

0.265

1.1

12.1

0.323

1.3

7.8

0.382

1.2

0

0.353

4


37

LAPORAN TUGAS AKHIR

Torsi

Torsi vs Rpm 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0

10

20

30

40

50

Rpm Grafik 4.2 Torsi dihasilkan kincir sebagai fungsi putaran pada kecepatan angin 4 m/s (dengan pembebanan 1 kg pada ujung)

Dari perbandingan tabel di atas maka dapat di lihat bahwa penambahan beban pada ujung kontruksi kincir sebesar 1 kg mempengaruhi pada rpm yang dihasilkan pada kincir dengan kecepatan angin dan pembebanan pada pengereman

Torsi

yang sama.

Torsi tanpa beban ujung Vs Torsi dengan beban ujung

0.6 0.5

Torsi tanpa beban ujung

0.4 0.3

Torsi dengan beban ujung

0.2 0.1 0 0

10

20

30

40

50

Torsi

Grafik 4.3 Perbandingan torsi tanpa beban ujung dan dengan beban ujung pada kecepatan 4 m/s.


38

LAPORAN TUGAS AKHIR

Pembebanan pada ujung yang di berikan pada kincir angin tipe B Us farm windmill 20 blade akan mengurangi putaran poros kincir, hal ini terjadi disebabkan adanya penambahan beban yang menyebabkan gaya dorong angin ke blade semakin berat mempengaruhi keceptan dan percepatan sudut kincir tersebut. Momen inersia yang dihasilkan kincir tanpa beban ujung lebih kecil daripada beban ujung. Jika di tulis persamaan, misal pada angin 4 m/s seperti grafik diatas dapat di tulis perhitungan :

T = I . α ( sesuai persamaan 8)

Inersia untuk tanpa beban ujung

< Inersia dengan beban

ujung

Percepatan sudut ujung

>

Percepatan

dengan tambah =

Keterangan:

tanpa

beban sudut

beban

I = momen inersia (m4)

=

d = diameter kincir (m)

=

α = percepatan sudut (rad/s2) ω = kecepatan sudut (m/s) t = waktu (s) n = putaran (Rpm)


39

LAPORAN TUGAS AKHIR

Jadi : Pada beban misal 1,1 kg pada kincir tanpa beban ujung dan dengan beban ujung torsi yang dihasilkan sama tapi rpm dengan beban ujung lebih kecil. Pada saat torsi maksimum, torsi yang dihasilkan kincir angin tanpa beban ujung lebih besar daripada dengan beban ujung. Hal ini dikarenakan rpm yang dihasilkan tanpa beban ujung lebih besar daripada dengan beban ujung, meski nilai inersia kincir tanpa beban ujung lebih kecil daripada dengan beban ujung. Nilai rpm inilah yang berpengaruh terhadap percepatan sudut. Setiap kenaikan kecepatan angin ( 3 m/s sampai 5 m/s) maka torsi maksimum yang terjadi semakin besar. Hal ini dapat kita lihat pada gambar gerafik berikut.

Tabel 4.3 Torsi maksimum pada beberapa kecepatan angin (tanpa beban ujung) KecepatanAngin VariasiPembebanan (m/s)

(Kg)

PutaranKincir

Torsi maksimum

(Rpm)

(Nm)

3

1.3

6.7

0.382

4

1.7

5.4

0.499

5

1.9

6.5

0.559


40

LAPORAN TUGAS AKHIR

Torsi (Nm) vs Putaran (Rpm) Torsi

0.6 0.5 0.4 0.3

3 m/s

0.2

4 m/s 5 m/s

0.1 0 0

20

40

rpm 60

Grafik 4.4 Torsi maksimum pada beberapa kecepatan angin (tanpa beban ujung)

Dari tabel dan gambar di atas dapat di jelaskan bahwa, kecepatan angin berbanding lurus dengan Torsi maksimum yang terjadi terhadap putaran poros, semakin cepat kecepatan angin maka torsi maksimum yang terjadi juga semakin besar dan terjadi di atas putaran poros kecepatan angin sebelumnya, demikian pula sebaliknya. Suatu kincir dapat menghasilkan daya karena kincir tersebut dapat menurunkan kecepatan angin. Kincir yang diam tidak menghasilkan daya sama sekali demikian pula bila kincir tersebut berputar sangat cepat, udara di blok secara sempurna. Diantara kedua harga tersebut terdapat putaran maksimum dimana terjadi daya maksimum dari sebuah kincir, sehingga apabila di buat dalam bentuk grafik maka akan membentuk garis setengah para bola.


41

LAPORAN TUGAS AKHIR

Tabel 4.4 Daya maksimum pada beberapa kecepatan angin KecepatanAngin

Variasi

Putaran Kincir

(m/s)

Pembebanan (kg)

(Rpm)

Daya maksimum (w)

3

0.9

16.5

0.457

4

0.9

21.8

0.604

5

1.1

22.5

0.762

0.8

Daya

Daya vs rpm

0.6 0.4 0.2 0 0

10

20

30

40 rpm

50

Grafik 4.5 Daya dihasilkan kincir sebagai fungsi putaran pada kecepatan angin 4 m/s (tanpa pembebanan ujung)

Daya Vs Rpm

D

1 0.8 0.6

3 m/s

0.4

4 m/s

0.2

5 m/s

0 0

10

20

30

40

50

rpm 60

Grafik 4.6. Daya sebagai fungsi putaran pada berbagai kecepatan angin (tanpa pembebanan ujung). Untuk setiap kenaikan kecepatan angin (3 m/s sampai 5 m/s),daya, putaran dan kecepatan angin berbanding lurus, semakin cepat kecepatan angin maka daya maksimum semakin besar dan terjai diatas putaran daya maksimum sebelumnya.


42

LAPORAN TUGAS AKHIR

Hubungan daya maksimum, torsi maksimum dan putaran adalah Torsi maksimum terjadi dibawah putaran daya maksimum. Untuk lebih lengkap perbandingan daya kincir tanpa pembebanan ujung kontruksi dan dengan pembebanan ujung kontruksi ada pada (Lampiran 5). 4.7

Penerapan Pada rangkaian pengujian saya yang diatas maka saya menerapkan kincir

angin tipe B Us Farm Windmill 20 blade pada suatu alat yaitu prototipe kincir pompa air tenaga angin. Saya membuat prototipe tersebut bersama dua teman saya. Spesifikasi Prototiope pompa air tenaga angin. 1.

Tinggi Tiang Penyangga = 2.2 m

2.

Diameter kincir = 0.94 m

3.

Mata Gear atas dan bawah = 22

4.

Pipa wadah air = 0.5 inch

5.

Panjang pipa wadah air = 0.15 m

6.

Jumlah pipa wadah air = 15 buah

7. Kapasitas pipa wadah air =125 ml Kapaitas air yang di keluarkan dari prototipe pompa air tenaga angin tipe B Us Farm Windmill 20 blade menghasilkan 1050 ml per menit dengan kecepatan angin alam rata-rata 0-5 m/s.


43

LAPORAN TUGAS AKHIR

Gambar 4.2 Pengujian akhir kapasitas keluaran air pada prototipe pompa air tenaga angin Sumber : Foto scan


44

LAPORAN TUGAS AKHIR

4.8 Analisa perbandingan kincir angin 10 blade dengan kincir angin 20 blade

Tabel. 4.5. Tabel perbandingan torsi 10 blade dengan 20 blade pada berbagai kecepatan angin. Torsi KecepatanAngin VariasiPembebanan PutaranKincir maksimum (m/s) (Kg) (Rpm) (Nm) 3

0.8

4.7

0.235

4

0.9

6.7

0.264

5

1.3

5.9

0.382

KecepatanAngin

Variasi

Putaran Kincir

(m/s)

Pembebanan (kg)

(Rpm)

Daya maksimum (w)

3

0.9

16.5

0.457

4

0.9

21.8

0.604

5

1.1

22.5

0.762

Torsi

Grafik perbandingan torsi kincir 10 blade dengan 20 blade pada kecepatan angin 5 m/s 0.6 0.5

Kincir 10 blade

0.4 0.3 0.2

Kincir 20 blade

0.1 0

Rpm 0

20

40

60

Grafik 4.7. Perbandingan torsi 10 blade dan 20 blade pada kecepatan angin 5 m/s.


45

LAPORAN TUGAS AKHIR

Dari tabel dan grafik diatas dapat disimpulkan bahwa semakin banyak jumlah blade maka torsi yang dihasilkan semakin besar pula.

Tabel. 4.6. Tabel perbandingan daya 10 blade dengan 20 blade pada berbagai kecepatan angin. Daya masimum KecepatanAngin (m/s)

Variasi Pembebanan (kg)

Putaran Kincir (w) (Rpm)

3

0.3

20.3

0.187

4

0.5

18.4

0.283

5

0.7

21.2

0.456

KecepatanAngin

Variasi

Putaran Kincir

(m/s)

Pembebanan (kg)

(Rpm)

Daya maksimum (w)

3

0.9

16.5

0.457

4

0.9

21.8

0.604

5

1.1

22.5

0.762

Daya

Perbandingan Torsi 10 blade denagan 20 blade pada kecepatan 5 m/s 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

Kincir 10 blade Kincir 20 blade

0

10

20

30

40

50

60 Rpm

Grafik 4.8. Perbandingan daya 10 blade dan 20 blade pada kecepatan angin 5 m/s.


46

LAPORAN TUGAS AKHIR

Dari tabel dan grafik diatas maka deproleh bahwa semakin banyak jumlah blade semakin besar daya yang dihasilkan.

KecepatanAngin VariasiPembebanan (m/s)

(Kg)

Torsi

PutaranKincir

maksimum (Rpm)

(Nm)

3

1.3

6.7

0.382

4

1.7

5.4

0.499

5

1.9

6.5

0.559

Torsi maksimum vs Rpm maksimum tanpa beban dan dengan beban

0.6 0.5 0.4

5 m/s (Tanpa beban ujung)

0.3

5 m/s (Dengan beban ujung)

0.2 0.1 0 0

20

40

60

4.6. Perbandiingan Daya 20 blade dengan 10 blade (tanpa beban ujung) KecepatanAngin VariasiPembebanan (m/s)

(Kg)

PutaranKincir

Torsi maksimum

(Rpm)

(Nm)

3

1.3

6.7

0.382

4

1.7

5.4

0.499

5

1.9

6.5

0.559


47

LAPORAN TUGAS AKHIR

0.9

Daya maksimum vs Rpm maksimum tanpa beban dan dengan beban

0.8 0.7 0.6

5 m/s (Tanpa beban ujung)

0.5

5 m/s (Dengan beban ujung)

0.4 0.3 0.2 0.1 0 0

10

20

30

40

50

60

4.7. Perbandingan daya 20 blade dengan 10 blade (dengan beban ujung) KecepatanAngin

Variasi

Putaran Kincir

Daya maksimum

(m/s)

Pembebanan (kg)

(Rpm)

(w)

0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

3

0.7

14.6

0.314

4

0.9

16.6

0.460

5

1.1

19.6

0.663

Daya maksimum vs Rpm maksimum tanpa beban dan dengan beban 5 m/s (Tanpa beban ujung) 5 m/s (Dengan beban ujung)

0

10

20

30

40

50

60


48

BAB IV ANALISA DATA DAN PERHITUNGAN

Recommend Documents