PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU BERBAHAN DASAR KAYU BERLAPIS SENG DENGAN SUDU-SUDU DARI BELAHAN DINDING KERUCUT

TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin

Oleh :

HERIBERTUS FEMBRIARTO NIM : 125214064

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


PERFORMANCE OF THREE BLADES WINDMILL PROPELLER MODEL MADE FROM PARTS OF WALL CONE ZINC COATED WOOD

FINAL PROJECT Presented as partitial fulfilment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

By : HERIBERTUS FEMBRIARTO Student Number : 125214064

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

ii


2015 iii


Motto :

“Sekeras apapun hidup berusahalah tetap hidup, satu – satunya senjata adalah kepalan tangan, hanya ada dua pilihan, hantam atau tertikam”. By : Fembri.

Tulisan ini kupersembahkan kepada : “Setiap manusia yang berani berfikir kritis demi mengedepankan prinsip kejujuran dan melaksanakan tanggung jawab hidupnya secara profesional”.

iv


v


vi


vii


ABSTRAK Pemanfaatan sumber energi yang sangat besar menimbulkan cadangan sumber energi di dalam bumi semakin menipis. Untuk memenuhi kebutuhan energi diperlukan terobosan – terobosan teknologi sumber energi yang terbarukan, dalam hal ini adalah sumber energi yang dikonversikan dari sumber energi yang tidak akan habis seperti energi angin. Tujuan perancangan Tugas Akhir ini yaitu merancang kincir angin propeller 3 sudu yang terbuat dari bahan kayu berlapis seng dengan diameter kincir dinding kerucut berdiameter d kecil = 15 cm dan d besar 45 cm. Mengetahui unjuk kerja kincir angin poros horisontal dari bahan kayu berlapis seng dengan diameter d kecil = 15 cm dan d besar 45 cm. Mengetahui model kincir yang menghasilkan Cpmax diantara model-model yang diteliti. Penelitian dilakukan dengan menggunakan terowongan angin (wind tunnel) di Laboratorium Konversi Energi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma. Variasi yang diambil adalah 3 model kincir dengan sektor kelengkungan, yaitu 600, 700, dan 800. Data yang diambil pada saat penelitian adalah kecepatan angin, putaran poros kincir, dan gaya pengimbang torsi. Selanjutnya data akan diolah dengan menggunakan spreadsheet Microsoft Excel sehingga mendapatkan Cpmax dari setiap model kincir. Kincir angin dengan variasi sudut kelengkungan sudu 600 menghasilkan Cpmax sebesar 28,1% pada tsr 3,7. Kincir angin dengan variasi sudut kelengkungan sudu 700 menghasilkan Cpmax sebesar 24,9% pada tsr 3,25. Kincir angin dengan variasi sudut kelengkungan sudu 800 menghasilkan Cpmax sebesar 25,4% pada tsr 3,63. Dari data pengujian 3 model kincir angin yang sudah diteliti, variasi kincir angin dengan sudut kelengkungan 600 memperoleh data yang tertinggi dengan perolehan Cpmax sebesar 28,1% pada tsr 3,7.

Kata kunci: Koefisien Daya, Torsi, Tip Sped Ratio.

viii


ABSTRACT The use of energy resources pose enormous energy reserves in the earths dwindling. To meet the energy requirements needed breakthrough - a technology of renewable energy sources, in this case is the source of energy that is converted from energy sources that will not run out: wind energy. The purpose of this final project design is designing windmill propeller 3 blades made of zinc-plated wooden windmill cone wall small diameter d = 15 cm and large d 45 cm. Knowing the performance of horizontal axis wind turbines from zinc-coated wood with small diameter d = 15 cm and large d = 45 cm. Knowing the model windmill that generates Cpmax among the models studied. The study was conducted by using a wind tunnel in Energy Conversion Mechanical Engineering Laboratory of Sanata Dharma University. Variations taken were 3 models of windmills with the curvature of the sector, which is 60 0 , 70 0 , and 80 0 . The data taken at the time of the study were the wind velocity, rotation axis windmill, and style balancer torque. Furthermore, the data will be processed using Microsoft Excel spreadsheet so get Cpmax of each model windmill. Windmill with a variation of the angle of curvature of the blade 60 0 Cpmax yield of 28,1% on TSR 3,7. Windmill with a variation of the angle of curvature of the blade 700 Cpmax yield of 24,9% on tsr 3,25. Windmill with a variation of the angle of curvature of the blade 800 Cpmax yield 25,4% on tsr 3,63. Data from 3 models of studied windmill, windmill with angle of curvature of 60 0 to obtain the highest data with the acquisition of 28,1% Cpmax on tsr 3,7.

Keywords: Coefficient of Power, Torque, Tip Sped Ratio.

ix


KATA PENGANTAR Puji syukur ke Hadirat Tuhan Yesus Kristus, atas berkat-Nya maka penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Banyak hal yang harus dihadapi selama penulisan skripsi ini, namun karena kasih dari Tuhanlah maka mampu membangkitkan semangat penulis untuk terus berusaha dan tidak menyerah. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memeperoleh gelar Sarjana Teknik dari Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Penulis menyadari bahwa skripsi tidak akan dapat selesai tanpa bimbingan, dukungan, bantuan, serta doa dari berbagai pihak. Dalam kesempatan ini, dengan rendah hati penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. Selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 2. Ir. PK. Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta dan Dosen Pembimbing Akademik. 3. Ir. Rines, MT. selaku Dosen Pembimbing TA dan Skripsi. 4. Doddy Purwadianto, S.T, M.T. selaku Kepala Laboratorium Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 5. Bapak FX. Sudarto,S.Pd. dan Ibu J.S. Indarnaningsih selaku orang tua yang telah memberikan kasih sayang, dukungan, biaya, serta doa sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat menjadi hadiah kecil bagi kalian. 6. Kedua kakakku, Agustinus Danang Setyawan, S.S. dan Bernadeta Rini Indriyani, S.Pd. yang telah memberikan dukungan motivasi dalam menyelesaikan skripsi ini. 7. Alfina Novita Lakadewi, S.Pd. yang selalu mengingatkan dalam proses mengerjakan skripsi. 8. Semua sahabat metal Silent Scream dan Teknik Mesin USD yang sudah memotivasi dalam berarya menulis skripsi ini dengan semangat alunan musik metal.

x


9. Teman-teman angkatan 2010, 2011, 2012, 2013, 2014

Teknik Mesin

Universitas Sanata Dharma atas bantuan dan kebersamaan kita selama ini. 10. Semua pihak lain yang telah membantu dan mendukung penulis baik secara langsung maupun tidak langsung yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

Yogyakarta, 11 Februari 2015

Penulis

xi


DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ……………………………………………………… i TITLE PAGE……………………………………………………………… ii HALAMAN PENGESAHAN ……………………………………………. iii HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN ………………………… iv DAFTAR DEWAN PENGUJI ……………………………....…………… v PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR …………………………. vi LEMBAR PUBLIKASI …………………………………………………... vii ABSTRAK ………………………………………………………………... viii ABSTRACT ………………………………………………………………. vix KATA PENGANTAR ……………………………………………………. x DAFTAR ISI ……………………………………………………………... xii DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG …………………………….. xiv DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………... xv DAFTAR TABEL ………………………………………………………... xvii BAB I PENDAHULUAN ……………………………………………….. 1 1.1

Latar Belakang …………………………………………………… 1

1.2

Perumusan Masalah ………………………………………………. 3

1.3

Tujuan Penelitian …………………………………………………. 4

1.4

Batasan Masalah ………………………………………………….. 4

1.5

Manfaat penelitian ………………………………………………... 5

BAB II LANDASAN TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ………….. 6 2.1

Landasan Teori ……………………………………………………. 6

2.1.1

Kincir Angin Poros Horizontal …………………………………… 7

2.1.2

Kincir Angin Poros Vertikal ……………………………………… 9

2.1.3

Rumus-rumus perhitungan ……………………………………….. 11

2.2

Tinjauan Pustaka ………………………………………………….. 12

xii


BAB III METODE PENELITIAN ……………………………………..... 14 3.1

Bahan-bahan ……………………………………………………... 14

3.2

Alat-alat …………………………………………………………... 15

3.3

Desain Sudu Kincir ……………………………………………..... 17

3.4

Variabel Penelitian ……………………………………………….. 21

3.5

Variabel Yang Diukur ……………………………………………. 21

3.6

Parameter Yang Dihitung ………………………………………... 22

3.7

Langkah Percobaan ………………………………………………. 22

3.8

Langkah Pengolahan Data ……………………………………….. 23

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ……………………. 26 4.1

Data Percobaan …………………………………………………... 26

4.2

Perhitungan ………………………………………………………. 28

4.2.1 Perhitungan Daya Angin …………………………………………. 28 4.2.2 Daya Kincir ……………………………………………………….. 29 4.2.3

Tip Speed Ratio …………………………………………………... 29

4.2.4

Koefisien Daya Kincir ……………………………………………. 30

4.3

Data Hasil Perhitungan ………………………………………….. 31

4.4

Grafik Hasil Perhitungan ………………………………………… 34

4.5

Grafik dari Hasil Perhitungan 3 Variasi Sektor Sudut ………….

40

BAB V PENUTUP ………………………………………………………. 41 5.1

Kesimpulan ………………………………………………………. 41

5.2

Saran ……………………………………………………………… 42

DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………. 43 LAMPIRAN ……………………………………………………………… 44

xiii


DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG Lambang

Nama

Pemakaian pertama kali pada halaman

A

Luas bidang sapuan rotor (swept area) (m2)

11

Cp

Koefisien daya (Power Coefficient)

3

Cpmax

Koefisien daya maksimal (Power Coefficient)

5

d besar

Diameter besar dinding kerucut (cm)

4

d kecil

Diameter kecil dinding kerucut (cm)

4

F

Gaya penyeimbang (N)

30

l

Panjang lengan Torsi (m)

30

n

Kecepatan puntir poros (rpm)

11

P

Daya angin (Watt)

11

Pin

Daya yang disediakan oleh angin (Watt)

11

Pout

Daya output (Watt)

11

R

Jari –jari kincir angin (m)

12

T

Torsi (N.m)

11

tsr

Tip Speed Ratio

12

V

Kecepatan angin (m/s)

11

ρ

Densitas udara (kg/m3)

11

𝜔

Kecepatan sudut putar kincir (rad/s)

11

xiv


DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1

Kincir Angin Windmill Propeller

Gambar 2.2

Kincir Angin Dutch four arm

Gambar 2.3

Kincir Angin Savonius

Gambar 2.4

Kincir Angin Darrieus

Gambar 3.1.

Bentuk belahan sudu pada permukaan selimut kerucut.

Gambar 3.2.

Tampilan sisi cekung pada sudu setelah proses pengemalan dan pelapisan seng dengan variasi sektor sudut kelengkungan 600, 700, dan 800.

Gambar 3.3.

Mal pembentukan sektor sudut kelengkungan.

Gambar 3.4.

Model rotor kincir yang akan dibuat dalam penelitian.

Gambar 3.5.

Skema susunan alat-alat pengujian.

Gambar 3.6.

Diagram Cp vs tsr

Gambar 4.1.

Hubungan

antara

putaran

poros

dan

torsi

untuk

variasi

kelengkungan sudu 600. Gambar 4.2.

Hubungan antara daya output kincir dan torsi untuk variasi kelengkungan sudu 600.

Gambar 4.3.

Hubungan antara CP dan tsr untuk variasi kelengkungan sudu 600.

Gambar 4.4.

Hubungan

antara

putaran

poros

dan

torsi

untuk

variasi



Gambar 4.6.


Gambar 4.7.

Hubungan

antara

putaran

poros

dan

torsi

untuk

variasi



Gambar 4.9.


Gambar 4.10 Hubungan CP dan tsr untuk 3 variasi kelengkungan sektor sudu 600, 700, dan 800.

xv


Gambar L.1

Model kincir angin propeller sektor sudut 600.

Gambar L.2


Gambar L.3


Gambar L.4

Blower.

Gambar L.5 Anemometer. Gambar L.6

Tachometer.

Gambar L.7

Neraca Pegas

xvi


DAFTAR TABEL Tabel 4.1.

Hasil pengambilan data kincir sektor sudut kelengkungan sudu 600.

Tabel 4.2.


Tabel 4.3.


Tabel 4.4.

Data perhitungan untuk variasi sudu sektor kelengkungan 600.

Tabel 4.5.


Tabel 4.6.


xvii


BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Seiring perkembangan jaman dan teknologi yang sangat pesat, sumber energi sangat berperan penting dalam kehidupan manusia pada masa sekarang. Pemanfaatan sumber energi yang sangat besar menimbulkan cadangan sumber energi di dalam bumi semakin menipis. Untuk memenuhi kebutuhan energi diperlukan terobosan – terobosan teknologi sumber energi yang terbarukan, dalam hal ini adalah sumber energi yang dikonversikan dari sumber energi yang tidak akan habis seperti energi angin. Di Indonesia kebutuhan energi yang berasal dari perut bumi semakin menipis, diperlukan sumber energi yang bisa dikonversikan menjadi energi terbarukan. Keterbatasan produksi sumber energi yang sudah ada menjadikan kestabilan harga sumber energi semakin naik. Sangat diperlukan energi terbarukan agar kebutuhan energi dapat terpenuhi. Indonesia adalah negara yang memiliki garis

pantai

yang

sangat

panjang,

pemanfaatan

energi

angin

sangat

memungkinkan dalam penerapan teknologi tepat guna yaitu konversi energi angi menjadi energi listrik. Minyak bumi, batubara, gas (energi fosil) saat ini merupakan sumber energi dominan di Indonesia dan bahan baku industri petrokimia, pemanfaatannya relatif mudah, namun ketersediaannya terbatas. Dirjen Listrik dan Pemanfaatan Energi

PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 2

(DESDM, 2005) menyatakan bahwa cadangan minyak bumi Indonesia pada tahun 2008 berjumlah 8,2 x 109 barel, sedangkan tingkat produksi 3,57 x 108 barel/tahun. Dengan tingkat produksi seperti 2008, dan tanpa penemuan cadangan baru, cadangan minyak bumi Indonesia akan habis dalam waktu 23 tahun mendatang. Dalam Blueprint Pengelolaan Energi Nasional (DESDM, 2005), pada tahun 2005, sekitar 95% dari kebutuhan energi primer berasal dari bahan bakar fosil. Selanjutnya, jika tanpa usaha optimalisasi pengelolaan energi, pada tahun 2025 diperkirakan proporsi akan menjadi 97%. (Dirjen Listrik dan Pemanfaatan Energi Nasional, 2009) Saat ini pemanfaatan energi angin di Indonesia belum menjadi perhatian yang sangat penting. Dengan demikian diperlukan inovasi dalam energi terbarukan konversi energi angin ke energi listrik. Penelitian dan riset sangat diperlukan untuk mendukung terciptanya mekanisme konversi energi angin ke energi listrik yang optimal dan efektif. Departemen ESDM (2005) menyatakan bahwa secara umum, pemanfaatan tenaga angin di Indonesia memang kurang mendapat perhatian. Sampai tahun 2004, kapasitas terpasang dari pemanfaatan tenaga angin hanya mencapai 0.5 MW dari 9.29 GW potensi yang ada. Hal ini disebabkan karena harga energi terbarukan belum kompetitif bila dibandingkan dengan harga energi fosil sebagai akibat penerapan kebijakan penetapan harga energi melalui subsidi (Indarto, 2006). Potensi energi angin yang potensial untuk dikembangkan adalah potensi energi angin yang terdapat di sepanjang pantai selatan. Potensi energi angin di sepanjang pantai selatan adalah sampai dengan 10 MW dan


khusus di pantai Sundak, Srandakan, Baron, dan Samas potensi energi angin dapat mencapai 10 MW – 100 MW (Dinas Pekerjaan Umum, 2009). Tentunya dalam mengembangkan teknologi energi terbarukan ini harus memperhatikan aspek – aspek pendukung lainnya seperti perancangan kincir angin yang digunakan. Dalam pemilihan bahan dasar pembuatan sudu-sudu juga mempengaruhi performa dari kincir yang akan diteliti. Pemilihan bahan dasar kayu dirasa cukup kuat , ringan, murah, tidak korosi, dan mudah didapatkan di seluruh wilayah Indonesia. Sekalipun data yang di dapat berasal dari kincir yang berdiameter 80 cm, namun dengan melakukan penelitian ini dapat diketahui parameter unjuk kerja yang paling berpengaruh terhadap prestasi sebuah kincir dalam mengkonversikan daya yang disediakan angin. Besarnya presentase daya kinetik angin yang tersedia dapat menunjukan prestasi sebuah kincir dalam pemanfaatan atau mengkonversikan daya mekanis, yang selanjutnya diteruskan ke alat konversi lainnya melalui poros kincir. Dengan demikian Cp (power coefficient) sebuah kincir dapat diketahui seberapa besarnya.

1.2 Perumusan Masalah Berdasarkan uraian di atas maka masalah – masalah yang ingin diteliti dalam Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Angin merupakan energi yang dapat diperoleh di daerah manapun , gratis, dan memiliki kecepatan yang dapat menggerakan sebuah kincir angin pembangkit listrik yang efektif, efisien, dan optimal.


2. Perancangan kincir yang memperhatikan aspek desain dan bahan baku pembuatan, dengan bantuan generator akan mampu menghasilkan listrik, sehingga dapat menghasilkan efisiensi yang tinggi. 3. Pengaruh sudut kelengkungan sudu pada kincir angin poros horizontal terhadap torsi dan koefisien daya.

1.3 Tujuan Penelitian Tujuan Tugas Akhir ini adalah : 1. Merancang dan membuat kincir angin propeller dengan jumlah 3 sudu terbuat dari bahan kayu berlapis seng dengan diameter kincir dinding kerucut berdiameter d kecil = 15 cm dan d besar 45 cm. 2. Mengetahui unjuk kerja kincir angin poros horisontal dari bahan kayu berlapis seng dengan diameter d kecil = 15 cm dan d besar 45 cm. 3. Mengetahui model kincir yang menghasilkan Cpmax diantara modelmodel yang diteliti.

1.4 Batasan Masalah Pembuatan kincir angin dengan memperhatikan batasan – batasan sebagai berikut : 1. Model kincir angin yang digunakan adalah kincir angin poros horisontal dengan jumlah 3 sudu dan mengunakan bahan kayu dan seng dengan diameter kerucut d kecil = 15 cm, d besar = 45 cm.


2. Penelitian dilakukan dengan menggunakan sebuah terowongan angin (wind tunnel) di laboratorium konversi energi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma. 3. Variasi yang diambil adalah variasi penentuan pemotongan sektor sudut kelengkungan dengan variasi 600, 700 , dan 800 yang bermula dari konstruksi dinding kerucut berdiameter d kecil = 15 cm dan d besar 45 cm. 4. Data yang diambil pada saat penelitian adalah kecepatan angin, putaran poros kincir, dan gaya pengimbang torsi.

1.5 Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat mengembangkan pengetahuan mengenai energi terbarukan khususnya energi angin dan pemanfaatannya. Untuk menjaga kestabilan sumber daya alam dan melestarikan bumi dari eksploitasi besar besaran dalam pertambangan. Dalam proses perancangan kincir pada akhirnya dapat mengetahui karakteristik dari masing – masing kincir yang dibuat. Dalam aspek pemanfaatan bahan baku memacu seorang perancang kincir untuk memilih bahan yang murah dan sederhana.


BAB II LANDASAN TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Landasan Teori Angin yang merupakan gerakan udara dari tekanan udara yang lebih tinggi ke tekanan udara yang lebih rendah. Perbedaan tekanan udara disebabkan oleh perbedaan suliu udara akibat pemanasan atmosfir yang tidak merata oleh sinar matahari. Karena bergerak angin memiliki energi kinetik. Energi angin dapat dikonversi atau ditransfer ke dalam bentuk energi lain seperti listrik atau mekanik dengan menggunakan kincir atau turbin angin. Oleh karena itu, kincir atau turbin angin sering disebut sebagai Sistem Konversi Energi Angin (SKEA). (Soelaiman et.al: 2006). Kincir angin adalah sebuah alat yang digunakan untuk menangkap atau memperoleh energi angin yang dipergunakan tidak hanya sebagai penumbuk biji – bijian dan memompa air untuk mengairi sawah tetapi dapat juga dikonversikan menjadi tenaga listrik. Berdasarkan posisi porosnya, kincir angin dibedakan menjadi dua kelompok utama, yaitu: kincir angin poros horizontal dan kincir angin poros vertikal. Dalam kurun waktu operasional yang lama, propeller kincir angin mungkin terpapar pada lingkungan dengan temperatur rendah ( ≤ -200C) atau temperatur yang sangat tinggi (≥ 500C). Beberapa polimer akan menjadi rapuh jika dipapar pada temperatur yang sangat rendah (Schwartz, 1996).


2.1.1 Kincir Angin Poros Horizontal

Kincir angin ini memiliki poros utama sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai dengan arah angin. Kincir ini terdiri dari sebuah menara sedangkan kincir berada pada puncak menara tersebut. Poros kincir dapat berputar 3600 terhadap sumbu vertikal untuk menyesuaikan arah angin. Beberapa jenis kincir angin horisontal yang sudah umum dikenal dan dikembangkan:

1. Kincir Angin Windmill Propeller, seperti yang ditunjukan dalam Gambar 2.1. 2. Kincir angin Dutch four arm. seperti yang ditunjukan dalam Gambar 2.2.

Gambar 2.1 Kincir Angin Windmill Propeller (Sumber:https://ayahaan.wordpress.com/2010/04/20/tan gkap-angin-salurkan-air/)


Gambar 2.2 Kincir Angin Dutch four arm (Sumber:https://ayahaan.wordpress.com/2010/04/20/ta ngkap-angin-salurkan-air/)

Kelebihan dan kekurangan kincir angin poros horizontal : 1. Kelebihan a. Dasar menara yang tinggi membolehkan akses ke angin yang lebih kuat. b. Mampu mengkonversikan energi angin pada kecepatan tinggi. c. Memberikan kinerja yang lebih baik pada produksi energi dibandingkan dengan turbin angin dengan sumbu vertikal. 2. Kekurangan a. Menara yang tinggi serta bilah yang panjangnya bisa mencapai 90 meter sulit diangkut. Diperkirakan besar biaya transportasi bisa mencapai 20% dari seluruh biaya peralatan turbin angin. b. Kincir yang tinggi sulit dipasang, membutuhkan derek yang sangat tinggi dan mahal serta para operator yang trampil.


c. Konstruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyangga bilah-bilah yang berat, gearbox, dan generator. d. Kincir membutuhkan mekanisme kontrol yaw tambahan untuk membelokkan kincir ke arah angin.

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

1. Kincir Angin Savonius, seperti yang ditunjukan dalam Gambar 2.3. 2. Kincir Angin Darrieus, seperti yang ditunjukan dalam Gambar 2.4


Gambar 2.3 Kincir Angin Savonius (Sumber:http://sudahtaukah.blogspot.com/2011/07/s udah-taukah-10-kincir-angin-tercanggih.html)

Gambar 2.4 Kincir Angin Darrieus (Sumber:http://sudahtaukah.blogspot.com/2011/07/s udah-taukah-10-kincir-angin-tercanggih.html) Kelebihan dan kekurangan kincir angin poros vertical : 1. Kelebihan a. Menerima angin dari segala arah b. Komponen-komponennya dapat dipasang dekat dengan permukaan tanah. c. Mudah dirawat dan diperbaiki. Menara lebih ringan. d. Secara teoritis menggunakan sedikit material.


2. Kekurangan a. Karena umum dipasang di dekat dengan permukaan tanah maka kualitas angin yang didapat kurang bagus. b. Gaya sentrifugal membuat sudu-sudu mengalami tegangan. c. Kurang mampu mengawali putaran sendiri. d. Keseluruhan rotor harus dilepas untuk penggantian bantalan. e. Performa dan keandalannya kurang bagus.

2.1.3 Rumus-Rumus Perhitungan Daya yang disediakan angin dengan densitas udara, ρ, yang bergerak dengan kecepatan, v, dan melewati suatu luasan vertikal, A, dapat dinyatakan sebagai Pin =

ρ A v3

(1)

sedangkan daya output, Pout, yang dihasilkan kincir, dapat dihitung berdasarkan besar beban torsi, T, yang diberikan pada poros kincir dan kecepatan puntir, n, yang dihaslikan kincir Pout = T π

(2)

Untuk menentukan kecepatan kecepatan sudut (ω) didapat dari ω

=n. =n.

ω

=

rad/s

(3)


Untuk menentukan nilai – nilai koefisien daya, Cp, daya output terhitung, Pout, selanjutnya dibandingkan dengan daya teoritis yang diberikan oleh angin, Pin, yang dapat dirumuskan sebagai (

⁄

)

(4)

Koefisien daya ini akan digambarkan hubungannya dengan tip speed ratio ( tsr ) yang merupakan perbandingan kecepatan keliling lingkar terluar rotor kincir dengan kecepatan angin, v, (

⁄

)

(5)

yang dalam hal ini : n

= kecepatan putar atau putaran per menit (rpm) poros kincir dan

rk

= jari – jari kincir,

Sebuah kincir yang ideal dapat mengekstraksi daya hingga 16/27 atau 0,593 dari daya yang disediakan angin. Faktor ini biasanya disebut koefisienBetz ( Betz coefficient). Dalam kenyataannya, daya angin yang diekstraksi dengan memakai kincir actual selalu lebih kecil dari nilai ini. Jika nilai koefisien daya, Cp, puncakyang dicapai olehkincir aktual yang sudah dianggap baik adalah sekitar 35 – 40 persen dalam kondisi optimal (Johnson, 2006). 2.2 Tinjauan Pustaka Beberapa hasil penelitian sejenis dapat dijadikan perbandingan untuk penelitian ini. Salah satu diantaranya adalah hasil yang dilakukan oleh Rines dalam penelitian model kincir angin propeler tiga sudu datar berbentuk persegi


panjang telah pula diselidiki oleh Rines yang memberikan hasil bahwa Cpmax dicapai oleh model kincir dengan lebar sudu 15 cm dan pitch angle 100, yakni sekitar 0,3 pada tsr optimal 3,1 (Rines , 2013). Model kincir angin propeller tiga sudu berbahan PVC telah diteliti oleh Yesaya dengan kemiringan sudu 28,7° memperoleh Cpmax sebesar 22,7% pada tsr 5,06. Kincir angin dengan kemiringan sudu 34° memperoleh Cpmax sebesar 25% pada tsr 5. Kincir angin dengan kemiringan sudu 39,8° memperoleh Cpmax sebesar 23% pada tsr 4,8. (Yesaya, 2013)


BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Bahan-bahan Bahan-bahan yang diperlukan dalam penelitian ini dapat diklasifikasikan sebagai berikut: a. Bahan untuk sudu-sudu kincir. Sudu-sudu kicir angin dipilih dari bahan kayu, tepatnya dari pelat-pelat tripleks (plywood) dengan ketebalan 3 mm. b. Bahan untuk pengikat pangkal-pangkal sudu kincir. Pengikat pangkal-pangkal sudu umumnya menggunakan bahan kayu atau tripleks dengan ketebalan 10 mm, selebihnya menggunakan cetakan bahan resin. c. Bahan-bahan untuk poros utama kincir. Poros utama kincir yang dipasang tetap pada naf kincir dan ditahan oleh dua bantalan tiang penahan pada tiang penahan kincir, menggunakan bahan pejal silindris berdiameter ¾ inci. d. Bahan-bahan untuk tiang penahan kincir. Tiang penahan kincir dibuat dari pipa baja berdiameter 1 inci. Di tengahtengah tiang terdapat rumah bantalan untuk tumpuan poros kincir yang didesain dari pelat-pelat baja dengan ketebalan 6 mm.


e. Bahan-bahan untuk pelapis sudu. Sudu-sudu yang dibuat dilapisi dengan pelat seng tipis berukuran 0.25 mm, supaya menahan kekuatan tekukan pada triplek yang dibentuk lengkungan dan supaya lebih kuat. f. Bahan-bahan untuk perekat dan pembuat sektor sudut lengkungan. Dalam proses perekatan antara celah potongan segmen pelat triplek digunakan serbuk kayu halus yang ditaburkan pada seluruh bagian celah, kemudian bagian tersebut dilumeri dengan lem G agar mongering dengan cepat dan kuat. g. Bahan-bahan untuk rotor. Rotor terbuat dari bahan kayu triplek yang dilapisi dengan seng tipis sehingga memperkokoh performa dalam menopang sudu saat dirakit di rotor. h. Bahan-bahan untuk penyambung, pengikat dan lain-lain. 1. Baut-baut berdiameter 4 mm, dan 6 mm dengan mur dan ring. 2. Pipa alumunium berdiameter ½ in untuk poros penghubung rotor kincir dan mekanisme pengereman. 3. Paku ½ in dan 1 in. 3.2 Alat-alat Alat-alat yang diperlukan dalam penelitian ini dapat diklarifisikan dalan dua kelompok, yaitu: a. Alat-alat kerja atau alat untuk pembuatan, meliputi: 1. Mesin bubut; 2. Mesin bor 3. Gergaji


b. Alat-alat dan alat bantu pengukuran, meliputi: 1. Terowongan angin yang dilengkapi blower, untuk pengkondisian angin; 2. Anemometer untuk pengukuran kecepatan angin yang dihasilkan blower; 3. Takometer untuk pengukuran putaran kincir; 4. Mekanisme pengereman atau alat ukur gaya tangensial. 5. Neraca pegas untuk pengukuran pembebanan yang diberikan pada saat pengereman yang diasumsikan sebagai pengimbang torsi dinamis. 6. Mekanisme pengereman berfungsi sebagai pengerem atau penghambat putaran kincir dalam melakukan pengambilan data torsi dan daya kincir. c. Tiang penahan kincir di dalam terowongan angin. Rangka penahan kincir angin yang akan dibuat dalam penelitian ini adalah seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.5. Secara garis besar rangka penahan yang dipasang dalam terowongan angin ini terdiri atas tiga bagian, yakni tumpuan atas, tumpuan bawah dan rumah bantalan tempat kedudukan poros kincir. Terdapat dua bantalan yang akan dipasang di sebelah depan dan sebelah belakang rumahnya. Kedua bantalan ini digunakan untuk menumpu poros utama kincir angin. d. Naf (hub) penjepit pangkal sudu kincir. Piringan pada naf dibuat dari tripleks setebal 10 mm. Pada alat ini terdapat penjepit yang dibuat dari dua pasangan pelat siku alumunium berukuran 3 cm x 1,5 cm x 8 cm.


e. Poros utama kincir Poros kincir yang dibuat berbahan dasar baja dengan bentuk dan ukuran yang sudah disesuaikan dengan kincir. Poros ini dipasang pada naf atau pusat kincir dan selanjutnya sebagian ujungnya (ujung belakang) dipasang pada tiang penyangga kincir melalui dua bantalan berdiameter 15 mm.

3.3 Desain Sudu Kincir Sudu-sudu kincir yang dipilih memiliki penampang lengkung kerucut yang dibedakan dalam tiga variasi. Pangkal sudu (root) dibuat tiga variasi porsi busur lengkung atau sudut sektor (α), yakni 60o, 70o,dan 80o bagian dari belahan dinding sebuah kerucut.

Gambar 3.1. Bentuk belahan sudu pada permukaan selimut kerucut. Perbedaan sudu-sudu yang terbuat dari belahan dinding silinder dan dari belahan dinding kerucut adalah sudu dinding silinder menampilkan sudu tanpa puntiran (twist), sedangkan sudu dinding kerucut akan menampilkan sudu dengan puntiran. Berdasarkan teori aerodinamika, sudu dengan puntiran memberikan


performa yang lebih baik daripada sudu tanpa puntiran, karena akan memberikan sudut serang (attack angle) angin yang labih seragam sepanjang sudu sebagai penyeimbang (counterbalance) dari kecepatan yang bervariasi sepanjang sudu. Kesamaan pada ketiga variasi sudu ini adalah : 1. Diameter kecil kerucut sebesar 15 cm. 2. Diameter besar kerucut sebesar 45 cm. 3. Panjang sudu sebesar 37 cm. 4. Lebar ujung sudu 5 cm. 5. Menggunakan cetakan yang sama. Dalam penelitian ini, dinding kercut dibentuk dari potongan atau segmen yang diambil dari 10o bagian dari kerucut dengan menggunakan pelat-pelat plywood (triplek) dengan tebal triplek 3 mm, seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.2 untuk pembentukan belahan dinding kerucut.


Gambar 3.2. Tampilan sisi cekung pada sudu setelah proses pengemalan dan pelapisan seng dengan variasi sektor sudut kelengkungan 600, 700, dan 800.

Pelapisan pada permukaan cekung menggunakan pelat seng tipis dengan cara dilem secara rapat dengan pelat triplek. Setelah tertempel dengan rapat, sisi permukaan triplek pada bagian cembung diberi garis acuan sesuai dengan ukuran potongan atau segmen yang sudah ditentukan sesuai rancangan. Kemudian garis diiris dengan menggunakan cutter sesuai garis yang dibuat pada bagian sisi cembung triplek. Setelah semua garis terisis, sudu akan mudah dibnetuk menjadi


lengkung. Sehingga permukaan cekung sudu setelah menempel dengan rapat selanjutnya dapat dilengkungkan dengan menggunakan paku yang digoreskan pada garis yang sudah di mal pada sisi cekung pelat seng. Dalam proses pembentukan kelengkungan sudu supaya mendapatkan bentuk sesuai dengan sektor sudut yang dirancang maka diperlukan sebuah cetakan atau mal, seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.3. Setelah sudu sudah terpotong sesuai dengan sektor sudut masi-masing kemudian sudu dimal. Pada proses pengelaman pada celah garis irisan sisi cembung diisi dengan serbuk kayu dan dilumeri dengan lem G,

supaya

kelengkungan

dapat

permanen

hasilnya

dan

menghasilkan

kelengkungan yang keras.

Gambar 3.3. Mal pembentukan sektor sudut kelengkungan. Setelah pembuatan sudu-sudu, kemudian sudu-sudu dirakit sehingga membentuk rotor kincir. Rotor-rotor kincir yang dibuat memiliki tiga sudu. Bentuk tipikal dan ukuran garis besar model rotor kincir yang akan dibuat adalah seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.4.


Gambar 3.4. Model rotor kincir yang akan dibuat dalam penelitian.

3.4 Variabel Penelitian Beberapa variabel penelitian yang harus ditentukan sebelum melakukan penelitian adalah sebagi berikut : 1. Variasi kecepatan angin dalam penelitian ini adalah: 8,5 m/s 2. Variasi sektor sudut kelengkungan sudu kincir permukaan kerucut adalah: 600, 700, dan 800. 3. Variasi sudu dinding kerucut yang akan menampilkan sudu dengan puntiran. 3.5 Variabel Yang Diukur Sesuai dengan tujuan, variabel yang akan diukur adalah sebagai berikut: 1. Kecepatan angin (v) 2. Gaya pengimbang (F) 3. Putaran poros kincir (n)


3.6 Parameter Yang Dihitung Untuk mendapatkan karakteristik yang didapat dalam penelitian menggunakan parameter sebagai berikut: 1. Daya angin ( 2. Daya kincir (

) )

3. Koefisien daya (Cp) 4. Tip Speed Ratio (tsr)

3.7 Langkah Percobaan Pengambilan data kecepatan angin, beban, dan kecepatan putar poros kincir dilakukan secara bersama-sama. Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Konversi Energi Prodi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dengan memakai sebuah terowongan angin yang dilengkapi dengan sebuah blower berkapasitas 5,5 kW. Skema susunan alat-alat uji dalam proses penelitian ini adalah seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.5.

Gambar 3.5. Skema susunan alat-alat pengujian.


Blower digunakan untuk menarik udara masuk ke dalam terowongan angin. Proses pengukuran bisa dilakukan saat kondisi di dalam terowongan sudah siap. Parameter yang divariasikan(sebagai variabel) adalah beban pengereman yang diberikan pada mekanisme rem yang setiap kali pengujian gaya tangensial akibat aksi pengereman diatur besarnya dengan memakai neraca pegas. Dengan demikian, setiap kali pengujian, beban torsi yang diberikan pada poros kincir dapat dihitung besarnya. Parameter-parameter yang diukur dalam setiap kali pengujian adalah kecepatan angin, putaran poros kincir dan temperature udara, kecepatan angin diukur dengan menggunakan anemometer yang dipasang sekitar 1 m di depan rotor kincir. Putaran poros atau rotor kincir diukur dengan menggunakan takometer (tachometer). Pada neraca pegas dipasangkan tali pengait yang akan dihubungkan dengan sistem pembebanan. Dalam satu siklus (running) pengujian, pengambilan data pengukuranselalu diawali dari tanpa beban atau tanpa pengereman, selanjutnya dengan beban yang secara bertahap ditambah sedikit demi sedikit samapai kincir berhenti berputar. Untuk satu model rotor kincir dilakukan tiga kali (tiga siklus) pengujian.

3.8 Langkah Pengolahan Data Data-data yang diperoleh dari hasil pengukuran diolah melalui beberapa tahapan. Untuk setiap siklus pengujian, dari kecepatan angin (vw) terukur, daya yang disediakan angin (Pw) dihitung dengan menggunakan Pers. (1). Gaya tangensial hasil pengukuran dikalikan dengan panjang lengan torsi (l) yang diatur


sepanjang 10 cm untuk menghasilkan torsi yang membebani poros kincir. Torsi terhitung selanjutnya dikalikan dengan kecepatan sudut (ω) yang diperoleh dari hasil pengukuran putaran poros kincir (n) akan menghasilkan outputdaya mekanis (Po) yang dihasilkan oleh kincir atau mengikuti Pers. (2). Berikutnya koefisien daya (Cp) dapat dihitung dengan membandingkan output daya (Po) dan daya yang disediakan angin (Pw) atau seperti yang dinyatakan dalam Pers. (3). Kemudian, menghitung nilai tip speed ratio (tsr) berdasarkan Pers. (4). Dengan demikian nilai-nilai Cp dan tsr yang dihasilkan dari satu kali pengujian ini berlaku untuk sebuah kondisi kecepatan angin dan pembebanan tertentu. Cara analisis yang sama dilakukan untuk menghitung nilai-nilai Cp dan tsr untuk kondisi yang lain. Bila nilai Cp dan tsr untuk semua kondisi pembebanan telah dihitung, maka langkah selanjutnya adalah menggambarkan sebuah grafik yang telah menunjukan hubungan Cp dan tsr untuk satu model kincir angin tertentu. Nilai-nilai Cpmax yang didapat dijadikan sebagai perbandingan diantara model-model kincir yang diteliti, karena

menunjukan

efisiensi

maksimum

dari

sebuah

kincir

dalam

mengkonversikan daya kinetik angin menjadi daya mekanis yang dihasilkan kncir. Grafik hubungan Cp dan tsr ini disajikan serupa seperti yang umum digunakan dalam pustaka-pustaka untuk menunjukan karakteristik dari tipe-tipe kincir yang telah dikenal, seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.6. Pengolahan data untuk penelitian ini seluruhnya akan dilakukan dengan menggunakan spreadsheet Microsoft Excel.


Gambar 3.6.Diagram Cp vs tsr (Sumber: Johnson, 2006, hal. 18)


BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Percobaan Hasil pengujian kincir angin, yang meliputi : kecepatan angin (m/s), putaran poros (rpm), gaya pengimbang (N), dan α (°). Dalam penelitian ini kecepatan angin rata-rata yang digunakan sebesar 8,5 m/s. Pengambilan data dengan variasi sektor sudut kelengkungan sudu 600, 700, dan 800 dapat dilihat pada Tabel (4.1), (4.2), (4.3). Tabel 4.1. Hasil pengambilan kelengkungan sudu 600. No 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Siklus percobaan

I

II

III

Putaran Kincir n (rpm) 1209 1001 910,5 887,6 848,8 745,9 728,2 624,8 1214 1072 963,9 928,4 891,6 838,7 776,3 743,1 598,2 1200 1029 935,3 860,6 853,2 837,7 770,8 755,4 698,2

data

kincir

Gaya Pengimbang F (gram) 0 350 470 510 550 600 670 740 0 270 400 470 520 580 630 670 720 0 280 410 460 490 520 580 630 670

sektor

sudut


Tabel 4.2. Hasil pengambilan data kincir sektor sudut kelengkungan sudu 700. No

Putaran Kincir n (rpm)

Gaya Pengimbang F (gram)

1

1106

0

2

960

360

3

821

470

774,3

520

708,9

580

6

660,2

670

7

467,5

700

1

1093

0

2

943,6

290

3

783,4

440

4

770

500

730,2

550

6

685,7

600

7

640,1

650

8

599,3

660

1

1085

0

2

941

270

3

803,6

400

4

764

450

727,5

530

6

698,3

560

7

671,8

600

8

603,1

650

9

540,3

680

4 5

5

5

Siklus percobaan

I

II

III


Tabel 4.3. Hasil pengambilan data kincir sektor sudut kelengkungan sudu 800. No

Putaran Kincir n (rpm)

Gaya Pengimbang F (gram)

1

1099

0

2

895,9

370

3

837,4

440

4

811,9

510

766

570

6

725,4

610

7

577,3

690

8

560

740

9

375

810

1

1092

0

2

929,2

300

3

828

450

4

802,7

520

787,6

560

6

737,6

610

7

635,4

700

8

538,5

760

9

358

800

1

1081

0

2

926

300

875,4

410

4

738,3

510

5

553,8

740

5

5

3

Siklus percobaan

I

II

III

4.2 Perthitungan Data yang digunakan dalam contoh perhitungan di bawah menggunakan data pecobaan kincir sektor kelengkungan 600 , pada siklus percobaan pertama langkah ke 8. 4.2.1 Perhitungan Daya Angin Langkah-langkah perhitungan dapat dilihat pada contoh sampel yang diambill dari tabel:


4.2.2 Daya Kincir Daya yang dihasilkan angin pada kincir angin dengan A= 0,5024

dan

kecepatan angin 8,5 m/s, dapat dicari dengan menggunakan Pers. (1). Dengan diketahui : ρ

=1.18 kg/m3

r kincir

= 0.4 m

V angin

= 8,5 m/s

maka, Pin

=

.ρ.

=

. 1,18 . (π . r2) . (8,53)

A . V3

= 182,04 watt

4.2.3 Tip Speed Ratio Daya yang dihasilkan oleh kincir angin dapat dicari dengan menggunakan Pers. (2), untuk mendapatkan daya kincir harus diketahui kecepatan sudut dan torsi. Maka perlu dicari terlebih dahulu menggunakan Pers. (3): Maka kecepatan sudut dan torsi kincir adalah: ω

=

rad/s

=

rad/s

= 77,817 rad/s


Untuk mencari torsi digunakan rumus : T

=F.r

Dengan diketahui F

= 6,566 N

r (lengan torsi) = 0,1 m maka, T

=F.r = 6,566 N. 0,1 m = 0,657 Nm

Pout

=T.ω = 0,657 Nm . 77,817 rad/s = 51,095 watt

tsr

=

= = 3,662 4.2.4 Koefisien Daya Kincir Koefisien daya kincir dapat dicari dengan menggunakan persamaan (4): Cp

=

=

. 100%

. 100%

= 28,068 %


4.3 Data Hasil Perhitungan Parameter yang diperoleh dari penelitian diolah dengan menggunakan Microsoft Excell, hasil perhitungan masing-masing posisi sudu kincir dapat dilihat pada Tabel (4.4), (4.5), (4.6). Tabel 4.4. Data perhitungan untuk variasi sudu sektor kelengkungan 600. No

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Siklus

I

II

III

Gaya penyeimbang gram

Gaya penyeimbang N

Putaran kincir (n) rpm

Torsi (T) Nm

Kec. Sudu tω rad/s

Daya output Po Watt

TSR

CP (%)

0 270 400 470 520 580 630 670

0.00 2.65 3.92 4.61 5.10 5.68 6.17 6.57

1214 1072 963.90 928.4 891.6 838.7 776.3 743.1

0.00 0.26 0.39 0.46 0.51 0.57 0.62 0.66

127.1 112.3 100.9 97.2 93.4 87.8 81.3 77.8

0.0 29.7 39.6 44.8 47.6 49.9 50.2 51.1

6.0 5.3 4.8 4.6 4.4 4.1 3.8 3.7

0.0 16.3 21.7 24.6 26.1 27.4 27.6 28.1

720 0 350 470 510 550 600 670

7.06 0.00 3.43 4.61 5.00 5.39 5.88 6.57

598.2 1209 1001 910.5 887.6 848.8 745.9 728.2

0.71 0.00 0.34 0.46 0.50 0.54 0.59 0.66

62.6 126.6 104.8 95.3 92.9 88.9 78.1 76.3

44.2 0.0 36.0 43.9 46.5 47.9 45.9 50.1

2.9 6.0 4.9 4.5 4.4 4.2 3.7 3.6

24.3 0.0 19.8 24.1 25.5 26.3 25.2 27.5

740 0 280 410 460 490 520 580 630

7.25 0.00 2.74 4.02 4.51 4.80 5.10 5.68 6.17

624.8 1200 1029 945.3 860.6 853.2 837.7 770.8 755.4

0.73 0.00 0.27 0.40 0.45 0.48 0.51 0.57 0.62

65.4 125.7 107.8 99.0 90.1 89.3 87.7 80.7 79.1

47.4 0.0 29.6 39.8 40.6 42.9 44.7 45.9 48.8

3.1 5.9 5.1 4.7 4.2 4.2 4.1 3.8 3.7

26.1 0.0 16.2 21.8 22.3 23.6 24.6 25.2 26.8

670

6.57

698.2

0.66

73.1

48.0

3.4

26.4


Tabel 4.5. Data perhitungan untuk variasi sudu sektor kelengkungan 700. No 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9

siklus

I

II

III


Gaya penyeimbang N


Torsi (T) Nm

Kec. Sudu tω rad/s

0 360 470 520 580 670 700 0 290 440 500 550 600 650 660 0 270 400 450 530 560 600 650 680

0.00 3.53 4.61 5.10 5.68 6.57 6.86 0.00 2.84 4.31 4.90 5.39 5.88 6.37 6.47 0.00 2.65 3.92 4.41 5.19 5.49 5.88 6.37 6.66

1106 960 821.00 774.3 708.9 660.2 467.5 1093 943.6 783.4 770 730.2 685.7 640.1 599.3 1085 941 803.6 764 727.5 698.3 671.8 603.1 540.3

0.00 0.35 0.46 0.51 0.57 0.66 0.69 0.00 0.28 0.43 0.49 0.54 0.59 0.64 0.65 0.00 0.26 0.39 0.44 0.52 0.55 0.59 0.64 0.67

115.8 100.5 86.0 81.1 74.2 69.1 49.0 114.5 98.8 82.0 80.6 76.5 71.8 67.0 62.8 113.6 98.5 84.2 80.0 76.2 73.1 70.4 63.2 56.6

Daya output Po Watt 0.0 35.5 39.6 41.3 42.2 45.4 33.6 0.0 28.1 35.4 39.5 41.2 42.2 42.7 40.6 0.0 26.1 33.0 35.3 39.6 40.1 41.4 40.2 37.7

tsr

CP (%)

5.45 4.73 4.05 3.82 3.49 3.25 2.30 5.39 4.65 3.86 3.79 3.60 3.38 3.15 2.95 5.35 4.64 3.96 3.76 3.59 3.44 3.31 2.97 2.66

0.0 19.5 21.8 22.7 23.2 24.9 18.4 0.0 15.4 19.4 21.7 22.6 23.2 23.5 22.3 0.0 14.3 18.1 19.4 21.7 22.0 22.7 22.1 20.7


Tabel 4.6. Data perhitungan untuk variasi sudu sektor kelengkungan 800. No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6

Siklus

I

II

III


Gaya penyeimbang N


Torsi (T) Nm

Kec. Sudu tω rad/s

0 370 440 510 570 610 690 740 810 0 300 450 520 560 610 700 760 810 280 410 460 490 520

0.000 3.626 4.312 4.998 5.586 5.978 6.762 7.252 7.938 0.000 2.940 4.410 5.096 5.488 5.978 6.860 7.448 7.938 2.744 4.018 4.508 4.802 5.096

1099 895.9 837.40 811.9 766 725.4 577.3 560 375 1092 929.2 828 802.7 787.6 737.6 635.4 538.5 358 1081 926 875.4 738.3 553.8

0.00 0.36 0.43 0.50 0.56 0.60 0.68 0.73 0.79 0.00 0.29 0.44 0.51 0.55 0.60 0.69 0.74 0.79 0.27 0.40 0.45 0.48 0.51

115.1 93.8 87.7 85.0 80.2 76.0 60.5 58.6 39.3 114.4 97.3 86.7 84.1 82.5 77.2 66.5 56.4 37.5 113.2 97.0 91.7 77.3 58.0

Daya output Po Watt 0.0 34.0 37.8 42.5 44.8 45.4 40.9 42.5 31.2 0.0 28.6 38.2 42.8 45.3 46.2 45.6 42.0 29.8 31.1 39.0 41.3 37.1 29.6

tsr

CP (%)

5.42 4.41 4.13 4.00 3.77 3.57 2.84 2.76 1.85 5.38 4.58 4.08 3.96 3.88 3.63 3.13 2.65 1.76 5.33 4.56 4.31 3.64 2.73

0.0 18.7 20.8 23.3 24.6 24.9 22.5 23.4 17.1 0.0 15.7 21.0 23.5 24.9 25.4 25.1 23.1 16.3 17.1 21.4 22.7 20.4 16.2


4.4 Grafik Hasil Perhitungan Dari data yang telah diperoleh, kemudian diolah kembali ke dalam bentuk grafik untuk mengetahui hubungan antara torsi (N.m) dengan kecepatan putar kincir (rpm), daya yang dihasilkan kincir (Pout) dengan kecepatan putar kincir (rpm) dan koefisien daya kincir (CP) dengan Tip Speed Ratio (tsr). Grafik yang disajikan untuk setiap variasi percobaan dapat dilihat pada grafik berikut ini 1400

Putaran Poros, n (rpm)

1200 1000 800 600 400 200 0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Torsi , T ( Nm) Gambar 4.1. Hubungan antara putaran poros dan torsi untuk variasi kelengkungan sudu 600.


Daya Output , Pout (watt)

35

50 40 30 20 10 0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Torsi, T (Nm) Gambar 4.2. Hubungan antara daya output kincir dan torsi untuk variasi kelengkungan sudu 600.

30 3.662, 28.068

25

Cp , %

20 15 10 5 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

tsr Gambar 4.3. Hubungan antara CP dan tsr untuk variasi kelengkungan sudu 600. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.1, bahwa semakin besar kecepatan putar kincir maka semakin kecil torsi yang dihasilkan. Dalam percobaan ini menggunakan kecepatan angin 8,5 m/s, torsi maksimal yang dihasilkan 0,71 N.m dan kecepatan putar maksimal yang tercapai adalah 1214 rpm.


Gambar 4.2. memperlihatkan bahwa semakin besar kecepatan putar kincir maka semakin besar daya yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu (maksimal) kemudian daya mengecil. Untuk kecepatan angin 8,5,m/s, daya maksimal yang dicapai pada torsi 0,66 N.m sebesar 51,1 watt. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.3. dapat dilihat bahwa semakin besar tsr maka semakin besar CP yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu (maksimal) kemudian CP mengecil. Untuk kecepatan angin 8,5 m/s, hubungan antara CP dengan tsr menunjukan nilai maksimal CP 28,1 % pada tsr 3,7.


1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Torsi, T (Nm) Gambar 4.4. Hubungan antara putaran poros dan torsi untuk variasi kelengkungan sudu 700.


Daya Output, Pout (watt)

50 40 30 20 10 0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8


30 3.25, 24.9

25

Cp, %

20 15 10 5 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

tsr Gambar 4.6. Hubungan antara CP dan tsr untuk variasi kelengkungan sudu 700.

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.4, bahwa semakin besar kecepatan putar kincir maka semakin kecil torsi yang dihasilkan. Dalam percobaan ini


menggunakan kecepatan angin 8,5 m/s, torsi maksimal yang dihasilkan 0,66 N.m dan kecepatan putar maksimal yang tercapai adalah 1106 rpm. Gambar 4.5. memperlihatkan bahwa semakin besar kecepatan putar kincir maka semakin besar daya yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu (maksimal) kemudian daya mengecil. Untuk kecepatan angin 8,5,m/s, daya maksimal yang dicapai pada torsi 0,66 N.m sebesar 45,4 watt. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.6. dapat dilihat bahwa semakin besar tsr maka semakin besar CP yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu (maksimal) kemudian CP mengecil. Untuk kecepatan angin 8,5 m/s, hubungan antara CP dengan tsr menunjukan nilai maksimal CP 24,9 % pada tsr 3,25.


1200 1000 800 600 400 200 0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Torsi, T (Nm) Gambar 4.7. Hubungan antara putaran poros dan torsi untuk variasi kelengkungan sudu 800.


Daya Output, Pout (watt)

50 40 30 20 10 0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8


30 25

CP , %

20 15 10 5 0 0

1

2

3

4

5

6

tsr Gambar 4.9. Hubungan antara CP dan tsr untuk variasi kelengkungan sudu 800.

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.7, bahwa semakin besar kecepatan putar kincir maka semakin kecil torsi yang dihasilkan. Dalam percobaan ini menggunakan kecepatan angin 8,5 m/s, torsi maksimal yang dihasilkan 0,79 N.m dan kecepatan putar maksimal yang tercapai adalah 1092 rpm.


Gambar 4.8. memperlihatkan bahwa semakin besar kecepatan putar kincir maka semakin besar daya yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu (maksimal) kemudian daya mengecil. Untuk kecepatan angin 8,5,m/s, daya maksimal yang dicapai pada torsi 0,60 N.m sebesar 46,2 watt. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.9. dapat dilihat bahwa semakin besar tsr maka semakin besar CP yang dihasilkan, sampai kondisi tertentu (maksimal) kemudian CP mengecil. Untuk kecepatan angin 8,5 m/s, hubungan antara CP dengan TSR menunjukan nilai maksimal CP 25,4 % pada tsr 3,63.

4.5 Grafik Dari Hasil Perhitungan 3 Variasi Sektor Sudut Pada gambar 4.10 ditunjukan grafik perbandingan perhitungan Cp dan tsr dari 3 model kincir yang diteliti dengan variasi sudut kelengkungan 600, 700, dan 800.

30 25

60

CP , %

20

70

15

80 10 5 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

tsr Gambar 4.10 Hubungan CP dan tsr untuk 3 variasi kelengkungan sektor sudu 600, 700, dan 800.


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan Pengujian karakteristik kincir angin poros horisontal berbahan kayu dilapisi pelat seng tipis berdiameter 80 cm dengan jumlah sudu 3, termodifikasi dengan variasi sudut kelengkungan sudu sebesar 60°, 70°, dan 80°, dengan menggunakan kecepatan angin rata-rata saat pengambilan semua data sebesar 8,5 m/s dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Telah berhasil dibuat kincir angin poros horisontal berbahan kayu triplek dilapisi pelat seng tipis dengan jumlah 3 sudu

termodifikasi dengan

diameter sudu turbin yaitu 80 cm. Pemilihan tersebut didasarkan pada terbatasnya ukuran diameter blower, yaitu 120 cm. 2. Kincir angin dengan variasi sudut kelengkungan sudu 600 menghasilkan Cpmax sebesar 28,1% pada tsr 3,7. Kincir angin dengan variasi sudut kelengkungan sudu 700 menghasilkan Cpmax sebesar 24,9% pada tsr 3,25. Kincir angin dengan variasi sudut kelengkungan sudu 800 menghasilkan Cpmax sebesar 25,4% pada tsr 3,63. 3. Dari data pengujian 3 model kincir angin yang sudah diteliti, variasi kincir angin dengan sudut kelengkungan 600 memperoleh data yang tertinggi dengan perolehan Cpmax sebesar 28,1% pada tsr 3,7.


5.2 Saran Setelah dilakukan penelitian ada beberapa hal yang dapat menjadi saran untuk penelitian selanjutnya : 1. Untuk pembuatan kincir angin gunakan bahan yang bervariasi agar mendapatkan karakteristik yang lebih bagus dan berbeda dengan kincir angin yang sudah pernah diuji. 2. Inovasi kreatifitas dalam prancangan desain kincir angin yang akan dibuat. 3. Pada saat proses pengujian, dikondisikan semua alat ukur dalam keadaan normal. 4. Perbanyak variasi untuk pembuatan sudu dan pengambilan data. 5. Memperhatikan masing-masing sudu dalam satu model agar sama ukurannya dan keseimbangannya.


DAFTAR PUSTAKA

Darrieus, Darrieus. 2005, Macam-macam kincir angin poros vertikal. http://sudahtaukah.blogspot.com/2011/07/sudah-taukah-10-kincir-angintercanggih.html ,diakses pada : 9 Desember 2014. Dinas Pekerjaan Umum. 2009, Rencana Umum Energi Daerah Provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta, Bagian Energi dan Sumber Daya Mineral Dinas Pekerjaan Umum Provinsi DIY. Dirjen Listrik dan Pemanfaatan Energi Nasional. 2009, Strategi Pengelolaan Energi Nasionaldalam Menjamin Keamanan Ketersediaan Energi Bagi Industri Nasional, WorkshopPerencanaan Pengembangan Faktor-faktor Utama Sektor Industri dalam MencapaiVisi Indonesia Sebagai Negara Maju Tahun 2020”, Jakarta. Dutch Four Arm, American WindMill. 2005, Macam-macam kincir angin poros horizontal. https://ayahaan.wordpress.com/2010/04/20/tangkap-angin-salurkan-air/, diakses pada : 9 Desember 2014. Indarto. 2006, Sumber, Konversi dan Konservasi Energi, Pidato pengukuhan guru besar UGM. Johnson, Gary L. 2006, “Wind Energy Systems”. Wind Energy Rines. 2013, Kincir Angin Propeller Tiga Sudu Datar Berbentuk Persegi Panjang, Penelitian, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Schwartz, M.M. 1996, The influence of Environmental Effects, Composite Materials, Properties, Nodestructive, Testing and Repair, pp. 117-119. Soelaiman fauzi T A., P Nathanael, Tandian, Rosidin Nanang. 2006, "Perancangan, Pembuatan dan Pengujian Prototipe SKEA Menggunakan Rotor Savonius dan Winside untuk PeneranganJalanTo".YTB,bandwids. Yesaya, Y.2013,Yogyakarta. Unjuk Kerja Kincir Angin Poros Horisontal Berbahan PVC Dengan Variasi Kemiringan Sudu,Tugas Akhir,Teknik Mesin,Universitas Sanata Dharma,Yogyakarta.

43


LAMPIRAN

Gambar L.1 Model kincir angin propeller sektor sudut 600.




Gambar L.4 Blower

45


Gambar L.5 Anemometer

Gambar L.6 Tachometer

Gambar L.7 Neraca Pegas

46

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Recommend Documents