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 Januari 2013 di Laboratorium Proses Produksi dengan data sebagai berikut : 1. Kecepatan angin (v)

= 3 m/s sampai 5 m/s

2. Temperatur ruangan (T)

= 30 C

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

= 10 blade

7. Diameter rotor

= 3.6 cm = 0.036 m

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MERCU BUANA

32

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 (lampiran 9) 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 18.4 rpm: Fa = ρAv (v – u) Fa = 1.151× 3.14 × 0.472 × 4 (4 – 0.905) Fa = 9.880 N Maka : E = Fa × u E = 9.880 × 0.905 E = 8.946 W 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 beben 1 kg.


33

LAPORAN TUGAS AKHIR

Persamaan Torsi:

T = F* r ( sesuai persamaan 7) Contoh perhitungan torsi pada kecepatan angin 4 m/s, dan pembebanan 0.5 kg. Tanpa beban dan dengan beban. T = 0.5 *9.8* 0.03 T = 0.147 Nm

4.3.2 Daya Kincir Daya kincir merupakan output dari daya angin, daya kincir dapat diperoleh dengan persamaan;

P = T * ω (sesuai persamaan 6) Contoh perhitungan pada kecepatan 4 m/s, putaran 18.4 rpm dan pembebanan pengereman 0.5 kg. ( tanpa pembebanan ujung).

P = T * 2πn/60 P = 0.147 * (2*3,14*18.4/60) P = 0.283 W Contoh perhitungan pada kecepatan 4 m/s putaran 15.2 rpm dan pembebanan pengereman 0.5 kg ( dengan pembebanan ujung 1 kg).

P=T*ω P = T * 2πn/60 P = 0.147 * (2*3.14*15.2/60) P = 0.233 W


34

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 perasamaan 5)

η= Sehingga; .

η=

* 100%

8.946

η =3.16% 2. Kinerja kincir dengan pembebanan 1 kg pada ujung kincir.

* 100%

η= Sehingga; .

η=

7,765

* 100%

η =3.00% 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:

λ=

.

(sesuai persamaan 4)

Sehingga ratio kecepatan ujung pada kecepatan angin 4 m/s dan beban pengereman 0.5 kg .

λ=

. /


35

LAPORAN TUGAS AKHIR

∗ ,

∗

λ=

.

∗ .

λ = 0.017 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 Us Farm Windmill 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 ( sesuai persamaan 7)


36

LAPORAN TUGAS AKHIR

m

Gambar 4.1. Mekanisme pembebanan 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. Torsi untuk beban awal kincir bergerak dari diam berbeda saat kincir kalau sudah bergerak.. Seperti yang di perlihatkan tabel dan gambar berikut.:

Tabel 4.1 Torsi pada kecepatan angin 4 m/s ( Tanpa pembebanan ujung).

Kecepatan Angin (m/s)

4

VariasiPembebanan (kg) 0

PutaranKincir (Rpm) 32.2

0.3

24.5

0,088

0.5

18.4

0,147

0.7

12.0

0,205

0.9

6.7

0,264

0.8

0

0,235


Torsi (Nm) 0

37

LAPORAN TUGAS AKHIR

Tabel 4.2. Torsi pada kecepatan angin 4 m/s ( Dengan pembebanan 1 kg pada ujung).

KecepatanAngin (m/s)

VariasiPembebana n (kg)

PutaranKincir (Rpm)

Torsi (Nm)

0

27.6

0

0.3

20.3

0,088

0.5

15.2

0,147

0.7

9.3

0,205

0.8

4.7

0,235

0.75

0

0,220

4

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

Torsi

Torsi vs Rpm 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0

5

10

15

20

25

30 Rpm 35

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

FAKULTAS TEKNIK

38

LAPORAN TUGAS AKHIR

Torsi vs Rpm Torsi

0.25 0.2

0.15 0.1 0.05 0 0

5

10

15

20

25 Rpm

30

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

Torsi tanpa beban ujung Vs Torsi dengan beban ujung

Torsi

0.3 0.25

Torsi tanpa beban ujung Torsi dengan beban ujung

0.2 0.15 0.1 0.05 0 0

5

10

15

20

25

30 Rpm 35

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


39

LAPORAN TUGAS AKHIR

Pembebanan pada ujung yang di berikan pada kincir angin tipe Us farm windmill 10 blade akan mengurangi putaran poros kincir, hal ini terjadi disebabkan adanya penambahan beban ujung kontruksi yang menyebabkan gaya dorong angin ke blade semakin berat sehimgga 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 :

Q = 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)


40

LAPORAN TUGAS AKHIR

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 grafik berikut. Tabel. 4.3. Torsi maksimum pada beberapa kecepatan angin (tanpa beban ujung)

KecepatanAngin VariasiPembebanan (m/s) (Kg) 3 4 5

PutaranKincir (Rpm) 4.7 6.7 5.9

0.8 0.9 1.3

Torsi maksimum (Nm) 0.235 0.264 0.382

Torsi vs Rpm

0.45 0.4

Torsi

0.35 0.3 0.25

3 m/s

0.2

4 m/s

0.15

5 m/s

0.1 0.05 0 0

10

20

30

Rpm

40

Grafik 4.4. Torsi sebagai fungsi putaran pada berbagai kecepatan angin (tanpa beban ujung)


41

LAPORAN TUGAS AKHIR

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.

Daya

Daya Vs Rpm 0.3

0.25 0.2 0.15 4 m/s 0.1

0.05 0 0

10

20

30

Rpm 40

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


42

LAPORAN TUGAS AKHIR

Tabel. 4.4. Daya maksimum pada beberapa kecepatan angin (tanpa beban ujung) KecepatanAngin (m/s)

Variasi Pembebanan (kg)

Daya

3 4 5

Putaran Kincir (Rpm)

Daya masimum (w)

20.3 18.4 21.2

0.3 0.5 0.7

0.187 0.283 0.456

Daya Vs Rpm

0.5

0.45 0.4 0.35 0.3 0.25

3 m/s

0.2

4 m/s

0.15

5 m/s

0.1 0.05 0 0

10

20

30

Rpm 40

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. 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).


43

LAPORAN TUGAS AKHIR

4.7 Penerapan Pada rangkaian pengujian saya yang diatas maka saya menerapkan kincir angin tipe Us Farm Windmill 10 blade pada suatu alat yaitu prototipe kincir pompa air tenaga angin. Saya membuat prototipe tersebut bersama dua teman saya Rio dan Bandrio. 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 mata

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 Us Farm Windmill 10 blade menghasilkan 700 ml per menit dengan kecepatan angin alam rata-rata 3-5 m/s.


44

LAPORAN TUGAS AKHIR

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


45

LAPORAN TUGAS AKHIR

4.8 Analisis 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) 0.8 3 4.7 0.235 4 0.9 6.7 0.264 5 5.9 0.382 1.3 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

Kincir 20 blade

0.3 0.2 0.1 0

Rpm 0

20

40

60

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

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


46

LAPORAN TUGAS AKHIR

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

Variasi Pembebanan (kg)

3 4 5

Putaran Kincir (Rpm)

0.3 0.5 0.7

Daya masimum (w)

20.3 18.4 21.2

KecepatanAngin

Variasi

Putaran Kincir

(m/s)

Pembebanan (kg)

(Rpm)

0.187 0.283 0.456 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 denagn 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.

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


47

BAB IV ANALISA DATA DAN PERHITUNGAN

Recommend Documents