UNJUK KERJA KINCIR ANGIN GIROMILL DENGAN SUDU NACA 0015 DAN PANJANG CHORD 18 CM SKRIPSI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN GIROMILL DENGAN SUDU NACA 0015 DAN PANJANG CHORD 18 CM

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin

Oleh: SEPTIAN KURNIAJI NIM : 125214060

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2016

i


THE PERFORMANCE OF GIROMILL WINDMILL WITH BLADES NACA 0015 AND CHORD LENGTH 18 CM

FINAL PROJECT

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

By: SEPTIAN KURNIAJI Student Number : 125214060

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2016

ii


UNJUK KERJA KINCIR ANGIN GIROMILL DENGAN SUDU NACA 0015 DAN PANJANG CHORD 18 CM

Disusun oleh: SEPTIAN KURNIAJI NIM : 125214060

Telah disetujui oleh:

Dosen Pembimbing

Ir. Rines, M. T.

Tanggal: 11 Agustus 2016

iii

t-


I I

I

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN GIROMILL DENGAII SUDU NACA OO15 DAN PANJATIG CIIORD 18 CM

Disusun oleh:

SEPTIAN IORNIAJI I\[IM : 123214M0

Telah disetujui oleh:

Dosen Pembimbing

Tanggal: 11 Agustus 2016

llr


UNJUK KERJA KINCIR AI\IGIN GIROMILL DENGAN SUDU NACA

OO15

DAN PANJAI\IG CIIORD 18 CM Yang dipersiapkan dan disusun oleh

:

NAMA : SEPTIAN KT,RIIAJI

NIM:

125214064

Telah dipErtahankan di depan Dewan Penguji Pada tanggal 29 Juli 2016

Susunan Dewan

Pen

i

Nama Lengkap

Tanda Tangan

Ketua

: Ir. Petrus Kanisius Purwadi. M.T.

Sekretaris

: Wibowo Kusbandono, S.T, M.T.

Anggota

: Ir. Rines, M.T.

Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu pe

Yoryakarta

ll

Agustus 2016 Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata f)harma Yogyakarta

S.

lY

Si., M.Math.Sc., Ptr.D.


PER}I"YATAAIY KEASLIAN TUGAS Dengaa dengan

iri

AKHIR

penulis menyatd
judul: Unjuk Kerja Kincir Angrn Giromilt dengan Sudu NACA 0015 dan Paniang Chord 18 Cm

Yang dibuat unhrk melengkapi persyaratan ytr;;g wajlb ditempuh untuk menjadi Sarjana Teknik pada program Strata-I, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan

Teknologi, Universitas Sanata Dharmq Yogyakarta Sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan dari Skripsi yang sudah dipublikasikan

di

Perguruan

tinggi manapun. Kecuali bagian informasi yang dicantumkan dalam daftat pustaka.

Dibuat

di

Pada tanggal

:

Yoryakarta

: I I Agustus 2016

Septian Kurniaji


LEMBAR PERI\-YATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAI{ UNTUK KEPBNTINGAN AKADEMIS Yang bertanda tangan dibawah ini,

sa-va mahasiswa

Universitas $auataftrarma :

Nama

: SEPTIAN KURNIAII

Nomor Mahasiswa

:

12521406A

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yangberyudul :

UnjukKerja Kincir Angin Giromill dengan Sudu NACA 0015 dan Panjang Chord 18 Cm

Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan \Jniversitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam

kntuk

media lain,

mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikanya di internet 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 Agustus 2016 Yang menyatakan

vt


ABSTRAK Kebutuhan energi sangat penting untuk perkembangan sosial-ekonomi suatu negara. Suatu negara dikatakan maju apabila didukung sumber daya manusia yang maju dan memiliki sumber energi yang bisa menghidupi seluruh rakyatnya. Atas dasar perkembangan ilmu pengetahuan maka muncul ide tentang energi yang bisa diperoleh secara berkelanjutan tanpa merusak alam yaitu energi terbarukan, contohnya yakni energi angin. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja beberapa model kincir angin seperti torsi, hubungan daya dengan rpm, hubungan koefisien daya, dan tip speed ratio dengan beberapa variasi penelitian yang dilakukan. Model kincir angin yang diteliti adalah kincir angin giromill dengan sudu NACA 0015 dan panjang chord 18 cm, menggunakan bahan triplek yang dibungkus pelat seng sebagai kulit luarnya, dan tingginya 80 cm. Terdapat dua variasi penelitian yakni dengan variasi jumlah sudu dan variasi diameter penopang sudu, variasi jumlah sudu adalah empat sudu dan tiga sudu sedangkan variasi diameter penopang sudu adalah 50 cm dan 70 cm penopang sudu berbahan dasar triplek dengan tebal 12 mm. Agar mendapatkan daya kincir, torsi, koefisien daya maksimal, dan tip speed ratio pada kincir, maka poros kincir dihubungkan ke mekanisme pengereman yang berfungsi untuk pemberian beban pada kincir, besarnya beban kincir dapat dilihat pada neraca pegas, putaran kincir angin diukur mengunakan tachometer dan kecepatan angin diukur menggunakan anemometer dan kecepatan udara rata-rata adalah 8,1 m/s . Penelitian dilakukan dengan menggunakan fan blower di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma. Dari hasil penelitian ini, kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 70 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 8,90 % pada tip speed ratio 0,59 dengan daya output maksimal sebesar 15,81 watt pada torsi 0,83 N.m. Kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 9,07 % dan pada tip speed ratio 0,75 dengan daya output maksimal sebesar 17,06 watt dan torsi 0,86 N.m. Kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 50 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 5,14 % pada tip speed ratio 0,43 dengan daya output maksimal sebesar 10.30 watt dan torsi 0,53 N.m. Kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 50 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 5,05 % pada tip speed ratio 0,64 dengan daya output maksimal sebesar 5,59 watt dan torsi 0,59 N.m. Kata kunci : Kincir angin sumbu vertikal, giromill, koefisien daya, tip speed ratio

vii


ABSTRACT The need of energy is very important for country’s socio-development. A developed-country should have been supported by the progressive human resources to support the society. Through the science and knowledge development, some sustainable and eco-friendly energy has been invented, for example the wind energy. This research aims to examine the work method of wind turbines, such as the torsion, the relation of power and rpm, power coefficient relation, and tip speed ration in various researches. The researcher examined giromill wind turbine with NACA blade 0015 and 18 cm-length chord, which was made of plywood covered with zinc-plating with 80 cm-height. There were two research variation, the blade number variation and the blade crutch diameter variation. The blade number variations were four blades and three blades, while the blade crutch diameters were 50 cm and 70 cm, which were made of plywood with 12 mm-thickness. To obtain the turbine power, torsion, maximum power coefficient, and tip ratio speed on the turbine, the axis turbine was connected to braking mechanism for giving weight to the turbine. The weight amount could be seen on spring balance, the turbine rotation was measured with tachometer and the wind speed was measured with anemometer, and the average wind speed was 8,1 m/s. The research was performed in the Konversi Energi Laboratory, Sanata Dharma University, using fan blower. From the research, four blades giromill wind turbine with 70 cm-diameter could generate the maximum power coefficient 8,90% on 0.59 tip speed ratio, with 15,81 watt maximum power output on 0,83 N.m torsion. Three blades giromill wind turbine with 70 cm-diameter could generate the maximum power coefficient 9,07% on 0,75 tip speed ratio, with 17,06 watt maximum power output on 0,86 N.m torsion. Four blades giromill wind turbine with 50 cm-diameter could generate the maximum power coefficient 5,14% on 0,43 tip speed ratio, with 10,30 watt maximum power output on 0,53 N.m torsion. Three blades giromill wind turbine with 50 cm-diameter could generate the maximum power coefficient 5,05% on 0,64 tip speed ratio, with 5,59 watt maximum power output and 0,83 Nm torsion. Keywords: vertical axis wind turbine, giromill, power coefficient, tip speed ratio

viii


KATA PENGANTAR

Puji syukur atas kasih, karunia dan rahmat yang berlimpah dari Tuhan Yesus Kristus dan Bunda Maria sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan Skripsi dengan judul “ Unjuk Kerja Kincir Angin Giromill dengan Sudu NACA 0015 dan Panjang Chord 18 cm” Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan bagi para mahasiswa/mahasiswi untuk dapat menyelesaikan jenjang pendidikan S1 pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dalam penyusunan Skripsi ini penulis banyak menerima bantuan, semangat dan doa dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan kerendahan hati penulis ingin menyampaikan rasa syukur dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1.

Sudi Mungkasi S.Si., M.Math.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2.

Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin.

3.

Ir. Rines, M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang dengan sabar dan meluangkan waktu untuk membimbing, memberikan saran, dan masukan serta pengarahan kepada penulis dalam penyusunan laporan tugas akhir ini sampai dengan selesai.

4.

Dr. Drs.Vet. Asan Damanik selaku Dosen Pembimbing Akademik.

5.

Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin yang telah mendidik dan memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.

ix


6.

Seluruh staff Fakultas Sains dan Teknologi atas kerja sama dan dukungan kepada penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir.

7.

Rubiyanta dan Partini selaku orang tua penulis yang telah memberikan dukungan material, cinta dan doa sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini.

8.

Kakak-kakakku, Herlina Noviyani Kurnianingsih, Fendika Aji Prawisma dan adikku Destya Aji Ryananda terima kasih untuk semua dukungan dan cinta.

9.

Seseorang yang ada dalam hatiku, Davita Febrielia Kana, terima kasih atas cinta, doa, motivasi dan kesabaran yang selalu menemani hari-hari indahku. Semoga keindahan kasih ini selalu bermakna dan terjaga.

10. Teman-teman seperjuangan Bernadus Maswasano, Valentinus Taufan Deca terima kasih untuk dukungan pembuatan kincir angin ini. 11. Teman-teman sekelas (Dwi, Anggi, Damar, Brian Satria, Andra, Wilson, Candra, Yerikho, Bowo). Terima kasih atas kebersamaan dan kenangankenangan indah. 12. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin, angkatan 2012 khususnya, yang yang telah memberi saran, kritik, dan dukungan kepada penulis dalam penyelesaian Skripsi ini. 13. Semua pihak yang tidak mungkin disebut satu per satu yang telah berperan serta membantu penulis untuk dapat menyelesaikan Skripsi ini. Penulis menyadari dalam penulisan Skripsi ini masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritikan yang

x


membangun untuk menyempurkan Skripsi. Akhir kata seperti penulis harapkan semoga Skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.

Yogyakarta,11 Agustus 2016

Penulis

xi


DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL............................................................................................. i TITTLE PAGE ...................................................................................................... ii HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................... iii DAFTAR DEWAN PENGUJI.............................................................................. iv PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ................................................... v LEMBAR PUBLIKASI ........................................................................................ vi ABSTRAK ............................................................................................................ vii ABSTRACT ......................................................................................................... viii KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix DAFTAR ISI ......................................................................................................... xii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiv DAFTAR TABEL ............................................................................................... xvii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .................................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah ............................................................................... 5 1.3 Batasan Masalah .................................................................................. 5 1.4 Tujuan Penelitian................................................................................. 6 1.5 Manfaat Penelitian............................................................................... 6

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Airfoil .................................................................................................. 8 2.2 Kincir Angin ........................................................................................ 9 2.2.1 Kincir Angin Sumbu Horizontal ............................................... 11 2.2.2 Kincir Angin Sumbu Vertikal ................................................... 13 2.3 Rumus Perhitungan ............................................................................. 14 2.3.1 Energi dan Daya Angin ........................................................ 15 2.3.2 Torsi Kincir Angin ............................................................... 16 2.3.3 Daya Kincir Angin ............................................................... 16 2.3.4 Tip Speed Ratio..................................................................... 17 2.3.5 Koefisien Daya ..................................................................... 18 2.4 Tinjauan Pustaka ................................................................................ 19

xii


BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Diagram Penelitian .............................................................................. 21 3.2 Bahan Untuk Penelitian ....................................................................... 22 3.3 Alat Untuk Penelitian .......................................................................... 25 3.4 Desain Kincir....................................................................................... 29 3.5 Variabel Penelitian .............................................................................. 30 3.6 Variabel yang Diukur .......................................................................... 31 3.7 Parameter yang Dihitung ..................................................................... 31 3.8 Langkah Penelitian .............................................................................. 31

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Penelitian ........................................................................... 35 4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ....................................................... 39 4.2.1 Perhitungan Torsi ................................................................. 39 4.2.2 Perhitungan Daya Kincir ...................................................... 39 4.2.3 Perhitungan tip speed ratio ................................................... 40 4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya ................................................. 40 4.3 Hasil Perhitungan ................................................................................ 41 4.4 Grafik Hasil Perhitungan ..................................................................... 45 4.5 Grafik Perbandingan dengan Variasi Diameter 50 cm dan 70 cm ....... 59

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan.......................................................................................... 63 5.2 Saran .................................................................................................... 64

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 66

LAMPIRAN .......................................................................................................... 67

xiii


DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1

Kincir Angin P. La Cour ..................................................................3

Gambar 2.1

Bagian-bagian Airfoil .......................................................................8

Gambar 2.2

NACA 0015

Gambar 2.3

Kincir Angin Horisontal dan Kincir Angin Vertikal ......................10

Gambar 2.4

Cretan Sail Windmill ......................................................................11

Gambar 2.5

American Windmill .........................................................................12

Gambar 2.6

Dutch Four Arm .............................................................................12

Gambar 2.7

Skema Kincir Angin Savonius .......................................................13

Gambar 2.8

Kincir Angin Darrieus ....................................................................14

Gambar 2.9

Kincir Angin Giromill ....................................................................14

................................................................................9

Gambar 2.10 Diagram Cp dan tip speed ratio (λ) ................................................16 Gambar 3.1

Diagram alir metode penelitian kincir angin ..................................21

Gambar 3.2

Bentuk sudu kincir angin giromill ..................................................23

Gambar 3.3

Pengikat sudu dengan dudukan sudu ..............................................23

Gambar 3.4

Dudukan sudu ukuran 50 cm ..........................................................24

Gambar 3.5

Fan Blower .....................................................................................26

Gambar 3.6

Anemometer ...................................................................................27

Gambar 3.7

Tachometer .....................................................................................28

Gambar 3.8

Sistem Pengereman ........................................................................28

Gambar 3.9

Neraca Pegas ..................................................................................28

Gambar 3.10 Rangka Sudu kincir angin Giromill ................................................29 Gambar 3.11 Model Kincir Angin .......................................................................30 Gambar 3.12 Skema susunan alat pengujian kecepatan angin .............................32 xiv


Gambar 3.13 Skema susunan alat untuk pengujian ..............................................32 Gambar 4.1

Grafik hubungan putaran kincir dengan torsi kincir angin giromil empat sudu variasi diameter 70 cm ....................................46

Gambar 4.2

Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm .......................................47

Gambar 4.3

Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 50 cm ...................................48

Gambar 4.4

Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm .......................................49

Gambar 4.5

Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 70 cm ................................................. 50

Gambar 4.6

Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm ........................................................... 51

Gambar 4.7

Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 50 cm ................................................. 52

Gambar 4.8

Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm..................................................... 53

Gambar 4.9

Grafik hubungan koefisien daya ( ) dan λ kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 70 cm ................................................. 54

Gambar 4.10 Grafik hubungan koefisien daya ( ) dengan kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm ......................................56 Gambar 4.11 Grafik hubungan koefisien daya ( ) dengan kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 50 cm ..................................57 Gambar 4.12 Grafik hubungan koefisien daya ( ) dengan kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm ......................................59 Gambar 4.13 Grafik hubungan daya output ( ) dan Torsi pada kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu dengan variasi diameter 50 cm dan 70 cm .............................................................. 60 Gambar 4.14 Grafik hubungan koefiesien daya( ) dan tip speed ratio (λ) pada kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu variasi diameter 50 cm dan 70 cm ..................................................61

xv


DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data penelitian kincir angin giromill empat sudu diameter 70 cm .....35 Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin giromill tiga sudu diameter 70 cm .........36 Tabel 4.3 Data penelitian kincir angin giromill empat sudu diameter 50 cm .....37 Tabel 4.4 Data penelitian kincir angin giromill tiga sudu diameter 50 cm .........38 Tabel 4.5 Data perhitungan empat sudu dengan variasi diameter 70 cm ............41 Tabel 4.6 Data perhitungan tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm................42 Tabel 4.7 Data perhitungan empat sudu dengan variasi diameter 50 cm ............43 Tabel 4.8 Data perhitungan tiga sudu dengan variasi diameter 50 cm................44

xvii


BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Kebutuhan energi sangat penting untuk perkembangan sosial-ekonomi suatu negara. Suatu negara dikatakan maju apabila didukung sumber daya manusia yang maju dan memiliki sumber energi yang bisa menghidupi seluruh rakyatnya. Saat ini sebagian besar negara hanya terpacu untuk memaksimalkan energi mineral atau energi fosil yang terkandung didalam bumi, contohnya minyak bumi, gas alam dan batu bara. Setiap saat energi akan berkurang di setiap sisi bumi dan eskploitasi yang besar-besaran membuat energi mineral semakin menipis. Jika energi mineral terus diambil maka dalam waktu yang kurang dari 100 tahun lagi gas alam akan habis sedangkan cadangan batubara akan habis diantara 200 tahun sampai 300 tahun (Pudjanarsa dan Nursuhud, 2006). Dalam perkembangannya ilmu pengetahuan akan terus berkembang untuk menemukan suatu energi baru, yang masyarakat luas kenal dengan energi alternatif atau energi terbarukan. Kebutuhan untuk menggunakan energi terbarukan sangat mendesak dan harus dilakukan dengan cepat dan sungguh-sungguh, energi terbarukan merupakan sebuah energi yang bisa diperoleh secara berulang ulang, contohnya sinar matahari dan angin. Energi ini adalah enegi yang ramah lingkungan yang tidak mencemari lingkungan dan tidak memberikan kontribusi tentang pemanasan global dan perubahan iklim, sehingga orang-orang berlomba untuk mencari suatu keutungan dari adanya energi ini, dimulai dari sebuah mobil ramah lingkungan 1


2

hingga peralatan rumah tangga yang menggunakan energi matahari sebagai sumber eneginya. Pengembangan energi terbarukan sedang digalakkan melalui kebijakankebijakan pemerintah untuk mendorong dan memfasilitasi pemanfaatan sumbersumber energi terbarukan seperti matahari, angin, panas bumi, dan biomassa. Energi angin merupakan energi terbarukan yang fleksibel karena pemanfaatan energi angin dapat dilakukan dimana saja, baik di daerah landau maupun dataran tinggi, bahkan di laut juga. Pemanfaatan sumber energi angin di Indonesia masih langka bahkan kurang popular, jika melihat garis pantai yang ada dari Provinsi paling barat yaitu Nanggroe Aceh Darussalam sampai Nusa Tenggara Timur akan beberapa ribuan kilometer yang bisa dijadikan tempat untuk pembangunan sistem pembangkit listrik tenaga angin, namun sangat disayangkan bahwa hanya beberapa daerah saja yang mulai mengembangkan energi ini contohnya di Provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta tepatnya di Pantai Baru Kabupaten Bantul, menjadikan daerah ini sebagai daerah wisata dan tempat belajar mengenai kincir angin, karena di tempat ini ada ratusan kincir angin yang berdiri. Kincir

angin

atau

Turbin

Angin

pertama

kali

digunakan

untuk

membangkitkan listrik dibangun oleh P. La Cour dari Denmark diakhir abad ke19. Setelah perang dunia I, layar dengan penampang melintang menyerupai sudut propeler pesawat sekarang disebut kincir angin type „propeler', kincir angin P La Cour dapat ditunjukan pada Gambar 1.1 . Eksperimen kincir angin sudut kembar dilakukan di Amerika Serikat tahun 1940, ukurannya sangat besar yang disebut


3

mesin Smith-Putman, karena dirancang oleh Palmer Putman, kapasitasnya 1,25 MW yang dibuat oleh Morgen Smith Company dari York Pensylvania. Diameter propelernya 175 ft(55m) beratnya 16 ton dan menaranya setinggi 100 ft (34m). Tapi salah satu batang propelernya patah pada tahun 1945.

Gambar 1.1 Kincir Angin P. La Cour (Sumber : isaacbrana.wordpress.com) Kincir angin dibedakan menjadi dua jenis berdasarkan sumbu putarnya, Kincir Angin Sumbu Vertikal dan Kincir Angin Sumbu Horizontal. Pada penelitian ini kincir angin yang digunakan untuk pengujian adalah kincir angin sumbu Vertikal dengan tipe giromil. Giromill merupakan modifikasi dari kincir angin Darrieus yang juga dipantenkan oleh George Darrieus pada tahun 1927. Giromill sangat terkenal untuk bentuk dan desain sudu yang sederhana (Mathew, 2006), perbedaan kincir angin giromill dengan Darrieus terletak pada sudu yang melengkung dari sumbu atas sampai bawah, sedangkan giromill bentuk sudu yang vertikal dengan penopang atas dan bawah sudu, untuk perbedaan


4

dengan H-Rotor adalah batang penyangga sudu yang diletakkan diporos utama. Cara kerja kincir angin giromil tidak berbeda dengan kincir angin Darrieus, angin yang datang akan langsung mendorong sudu, sudu yang aerodinamis akan lebih berpengaruh terhadap gaya dorong sudu (Richard Smith, 2007). Pada tahun 1989 di Inggris Raya sebuah kincir angin giromill terbesar di Eropa dibuat dengan tinggi 45 m dan diameter 38 m, selesai pemasngan pada tahun 1991, namun setelah beberapa bulan kincir angin giromill mengalami kerukasan karena salah satu sudunya patah, diduga karena adanya kesalahan pada pembuatan sudu yang terbuat dari fiberglass. 20 tahun berikutnya pada tahun 2010 di Swedia, kincir angin giromill dibuat dan merupakan kincir angin giromill yang terbesar dibuat di Swedia, mempunyai sudu tiga dan mampu memperolah daya sekitar 200 kW, kincir angin giromill ini dibuat dengan material komposit dari kayu untuk sudunya dan baja digunakan untuk strukturnya. Beberapa penelitian

yang dilakukan

dengan kincir

angin

giromill

menggunakan bentuk sudu airfoil yang simetris seperti NACA 0015 dan NACA 0018, mendapatkan daya output yang besar di tip speed ratio yang rendah (Prathamesh Despande et al, 2013). Dengan hasil penelitian diatas sebagai salah satu acuan maka, penelitian ini dimaksudkan untuk memperoleh nilai kentungan penggunaan kincir angin sumbu vertikal dengan judul penelitian “ Unjuk Kerja Kincir Angin Giromill Dengan Sudu Naca 0015 Dan Panjang Chord 18cm”. Kincir angin yang telah dibuat masih kurang berfungsi secara optimal, oleh karena itu dilakukannya modifikasi diharapkan menghasilkan koefisien daya yang semakin meningkat.


5

1.2 Perumusan Masalah Permasalahan yang dapat dirumuskan untuk penelitian ini adalah sebagai berikut : a. Indonesia memiliki garis pantai yang sangat panjang dan negara kepulauan yang mempunyai sumber energi yang sangat melimpah, namun energi angin tersebut memiliki kecepatan rendah. b. Energi fosil adalah energi yang suatu saat akan habis, sedangkan energi terbarukan selalu tersedia melimpah yang bila dimanfaatkan akan memberikan energi yang ramah lingkungan. c. Indonesia harus mulai menggunakan energi yang ramah lingkungan sebagai alternatif pengganti energi fosil yang ketersediaannya terbatas. d. Kebutuhan energi terbarukan menjadi sangat mendesak mengingat bumi yang semakin rusak karena penggunaan energi yang tidak ramah lingkungan. e. Sumber energi angin memiliki potensi untuk dikembangkan dan tidak menimbulkan berbagai dampak negatif bagi lingkungan dan masyarakat.

1.3 Batasan Masalah Pembuatan kincir angin dengan memperhatikan batasan-batasan sebagai berikut : a. Model kincir angin yang digunakan adalah kincir angin giromill dengan panjang chord sudu 18 cm dan tingginya 80 cm.


6

b. Penelitian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma. c. Sudu kincir menggunakan penampang airfoil dengan tipe NACA 0015. d. Data yang diambil pada saat penelitian adalah kecepatan angin, putaran poros kincir dan gaya pengimbang torsi.

1.4 Tujuan Penelitian Tujuan Penelitian ini adalah : a. Membuat model kincir angin giromill dengan sudu NACA 0015, panjang chord 18 cm, empat sudu dan tiga sudu, yang terbuat dari triplek (polywood) dan dibungkus dengan pelat seng, untuk dua variasi diameter : 50 cm dan 70 cm. b. Mendapatkan hubungan putaran poros dan torsi kincir angin giromill yang diteliti. c. Mendapatkan hubungan daya output dan torsi kincir angin giromill yang diteliti. d. Mendapatkan hubungan koefisien daya (cp) dan tip speed ratio (tsr) kincir angin giromill yang diteliti.

1.5 Manfaat penelitian Manfaat pembuatan kincir angin ini adalah : a. Dapat dipergunakan sebagai sumber informasi bagi masyarakat luas agar bisa dikembangkan sebagai alternatif pembangkit listrik.


7

b. Memperluas dan menambah pengetahuan tentang pembuatan kincir angin berbahan pelat seng dan triplek (polywood) c. Menambah modifikasi kincir angin, khususnya tipe model giromill. d. Menambah kepustakaan di bidang energi terbarukan.


BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Airfoil Airfoil adalah salah satu bentuk bodi aerodinamika sederhana yang berguna untuk dapat memberikan gaya angkat (lift) tertentu terhadap suatu bodi lainnya. Bagian-bagian airfoil dapat dilihat pada Gambar 2.1. Bagian airfoil meliputi permukaan atas (upper surface), permukaan bawah (lowerer surface), mean camber line adalah tempat kedudukan titik-titik antara permukaan atas dan bawah airfoil, leading edge adalah titik paling depan pada mean camber line, trailing edge adalah titik paling belakang pada mean camber line, camber adalah jarak maksimum antara mean camber line dan garis chord yang diukur tegak lurus terhadap garis chord, dan ketebalan (thickness) adalah jarak antara permukaan atas dan permukaan bawah yang diukur tegak lurus terhadap garis chord

Gambar 2.1 Bagian-bagian Airfoil (Sumber : http://michael-suseno.blogspot.co.id)

8


9

Gambar 2.2 NACA 0015 (Sumber : www.homebuiltairplanes.com)

NACA 0015 merupakan seri 4 digit dari beberapa macam seri, antara lain : NACA seri 5 digit, NACA seri 1 (16), NACA seri 6, NACA seri 7, dan NACA seri 8. Dari tipe 0015 digit pertama menyatakan persen maksimum chamber pada chord, digit kedua menyatakan sepersepuluh persen maksimum chamber pada chord dari leading edge, sedangkan kedua digit terakhir menyatakan persen ketebalan airfoil terhadap chord, jadi NACA 0015 merupakan airfoil simetris dengan ketebalan maksimum 15% dari panjang chord, bentuk NACA 0015 dapat dilihat pada Gambar 2.2 2.2 Kincir Angin Turbin angin atau yang kita kenal dengan kincir angin merupakan sarana pengubah energi kinetik angin menjadi energi mekanik untuk memutar generator


10

listrik. Sejarah penggunan kincir angin yang pertama kali digunakan adalah di Persia pada abad 5. Kemudian kincir angin tersebut menyebar ke seluruh Eropa. Di Belanda sendiri, kincir angin digunakan pertama kali sekitar abad 13. Kincir angin dibedakan menjadi dua jenis berdasarkan sumbu porosnya,sumbu horisontal dan sumbu vertikal, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Kincir Angin Horisontal dan Kincir Angin Vertikal (Sumber : ecowatchcanada.wordpress.com) Sumbu Horisontal atau HAWT (Horisontal Axis Wind Turbin) dan Sumbu Vertikal atau VAWT (Vertical Axis Wind Turbin) memiliki beberapa jenis lagi dan beberapa karakteristik yang berbeda, Kincir Angin sumbu horizontal memiliki poros rotor utama dan generator listrik di puncak menara. Turbin angin sumbu vertikal/tegak (atau TASV) memiliki poros/sumbu rotor utama yang disusun tegak lurus. Kelebihan utama susunan ini adalah turbin tidak harus diarahkan ke angin agar menjadi efektif, kelebihan ini sangat berguna di tempat-tempat yang arah anginnya sangat bervariasi. Sumbu Kincir Angin Vertikal (VAWT) mampu mendayagunakan angin dari berbagai arah. Dengan sumbu yang vertikal,


11

generator serta gearbox bisa ditempatkan di dekat tanah, jadi menara tidak perlu menyokongnya dan lebih mudah diakses untuk keperluan perawatan. Karena sulit dipasang di atas menara, turbin sumbu tegak sering dipasang lebih dekat ke dasar tempat ia diletakkan, seperti tanah atau puncak atap sebuah bangunan. Kecepatan angin lebih pelan pada ketinggian yang rendah, sehingga yang tersedia adalah energi angin yang sedikit. Aliran udara di dekat tanah dan obyek yang lain mampu menciptakan

aliran

yang

bergolak,

yang

bisa

menyebabkan

berbagai

permasalahan yang berkaitan dengan getaran, diantaranya kebisingan dan bearing wear yang akan meningkatkan biaya pemeliharaan atau mempersingkat umur turbin angin.

2.2.1 Kincir Angin Sumbu Horizontal Kincir angin sumbu horizontal memiliki contoh – contoh seperti berikut : 1. Cretan Sail Jenis kincir ini dibuat pada tahun 1976, dengan bahan atau material utamanya kayu dan sebuah kain di sudunya, kincir ini terletak pada daerah pesisir pantai, bentuk kincir angin Cretan Sail dapat dilihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Cretan Sail Windmill (Sumber : pinterest.com)


12

2. American Windmill American Windmill atau Wind Engine dirancang oleh Daniel Halladay pada tahun 1854. Sebagian besar digunakan untuk mengangkat air dari sumur, sedangkan untuk versi yang lebih besar digunakan untuk penembakan dan penggilingan gabah serta memotong jerami. Gambar 2.5 menunjukan bentuk dari kincir angin American Windmill.

Gambar 2.5 American Windmill Sumber : (xaharts.org) 3. Dutch Four Arm Desain kincir angin ini tergolong sederhana, dan mungkin awal dari rancangan kincir angin di Eropa, karena bentuk dan bahan materialnya pun dari kayu dan tanah liat serta jumlah sudunya model ini sangat terkenal di Belanda. Pada Gambar 2.6 dapat dilihat bentuk kincir angin Ducth Four Arm.

Gambar 2.6 Dutch Four Arm (Sumber : travelwriterstales.com)


13

2.2.2 Kincir Angin Sumbu Vertikal Kincir Angin Sumbu Vertikal adalah salah satu jenis kincir angin yang bisa menangkap atau mengkonversi angin dari segala arah, sudunya yang tegak lurus arah angin akan memutar kincir dengan orientasi arah kincir horizontal. Berikut adalah tipe-tipe dari Kincir Angin Sumbu Vertikal :

1. Kincir Angin Savonius Kincir Angin Savonius pertama kali ditemukan oleh Sigurd J Savonius yang berasal dari Negara Finlandia sekitar tahun 1922. Savonius menggunakan sudu dengan cara memotong silinder Fletter menjadi 2 paruhan sepanjang garis pusat dan memposisikan 2 pruhan tersebut membentuk seperti huruf ‘S” yang diletakan pada lingkaran batas sudu seperti yang ditunjukan Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Skema Kincir Angin Savonius (Sumber : www.ecosources.info) 2. Kincir Angin Darrieus Darrius sama seperti model Savonius namun desain sudu / blades menggunakan sistem aerofoil. Desain ini dipatenkan oleh Georges Darrieus, seorang insinyur aeronautika dari Perancis pada tahun 1927. Bentuk kincir angin ini dapat dilihat pada Gambar 2.8


14

Gambar 2.8 Kincir Angin Darrieus (Sumber : www.wind-works.org) 3.

Kincir Angin Giromill Kincir angin giromill merupakan modifikasi dari kincir angin darrieus,

diciptakan dan dipatenkan oleh Georges Darrieus pada tahun 1927. Desain kincir angin giromill mempunyai kemiripan dengan H-Rotor dan Darrieus, di sudu yang berbentuk aerodinamis serta menggunakan airfoil, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2.9.

Gambar 2.9 Kincir Angin Giromill Sumber : (www.wind-works.org)


15

2.3 Rumus-Rumus Perhitungan Berikut ini adalah rumus-rumus yang dipergunakan dalam perhitungan unjuk kerja kincir angin : 2.3.1 Energi dan Daya Angin Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetic yang dirumuskan berikut ini : (1) dengan

adalah energi kinetic (joule),

kecepatan angin (

adalah massa (

) , dan

adalah

)

Dari persamaan (1) , dapat diketahui daya adalah energi per satuan waktu (J/s) maka persamaan tersebut dapat ditulis menjadi : (2) dengan

adalah daya yang dihasilkan angin ( J/s = watt) ,

udara yang mengalir per satuan waktu (kg/s) , dan

adalah massa

adalah kecepatan angin

(m/s). Dengan : (3) dimana (

adalah massa jenis udara (1.18 kg/

),

adalah luas frontal kincir

).

Dengan substitusi, persamaan (2) dan persamaan (3), daya angin ( dirumuskan menjadi : ( Yang dapat disederhanakan menjadi :

)

) dapat


16

(4)

2.3.2 Torsi Kincir Angin Torsi adalah sebuah gaya yang bekerja pada poros yang dihasilkan olah gaya dorong pada sumbu kincir, dimana gaya dorong ini memiliki jarak terhadap sumbu poros yang berputar. Torsi sebuah kincir angin dapat dihitung menggunakan persamaan (Yanus A. Cengel, 2006) : (5) dengan

adalah torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (Nm) ,

adalah gaya pengimbang atau gaya pada poros akibat dari puntiran (N), dan adalah jarak lengan torsi ke poros (m). 2.3.3 Daya Kincir Angin Daya kincir angin adalah daya yang dihasilkan oleh poros kincir akibat energi angin yang melintasi sudu-sudu kincir. Berdasarkan penelitan yang dilakukan oleh seorang ilmuan Jerman bernama Albert Betz, didapatkan efisiensi maksimum kincir angin, yaitu sebesar 59,3 % angka ini disebut Betz Limit. Gambar 2.10 menunjukan karakteristik dari beberapa tipe kincir :

Gambar 2.10 Diagram Cp dan tip speed ratio (λ) (Sumber : http://www.intechopen.com)


17

Rumusan teori daya kincir yang dihasilkan oleh gerak melingkar pada poros kincir angin adalah : (6)

Dengan

adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt) ,

dinamis (Nm), dan

adalah torsi

adalah kecepatan sudut (rad/s).

Kecepatan sudut ( ) dapat didapat dari :

rad / s

Dengan demikian daya yang dihasilkan oleh kincir dinyatakan dengan persamaan : = = dengan

adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt),

(7) adalah

putaran poros (rpm).

2.3.4 Tip Speed Ratio (tsr) Tip Speed Ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir angin yang berputar melingkar dengn kecepatan angin yang melewatinya. Rumus kecepatan di ujung sudu ( ) adalah : (

)


18

dengan

adalah kecepatan ujung sudu,

adalah kecepatan sudu (rad/s), dan

adalah jari-jari kincir (m). Sehingga

dapat dirumuskan dengan :

Yang dapat disederhanakan menjadi : (8) dengan

adalah jari-jari kincir (m),

adalah putaran poros (rpm) ,dan

adalah kecepatan angin (m/s).

2.3.5. Koefisien Daya (Cp) Koefisien daya atau power coefficience ( daya yang dihasilkan oleh kincir angin ( oleh angin (

) adalah perbandingan antara ) dengan daya yang dihasilkan

) . Sehingga dapat dirumuskan: (9)

dengan

adalah daya yang dihasilkan kincir (watt),

adalah daya yang

dihasilkan angin (watt).

2.4 Tinjauan Pustaka Giromill sangat terkenal untuk bentuk dan desain sudu yang sederhana (Mathew, 2006), perbedaan kincir angin giromill dengan Darrieus terletak pada sudu yang melengkung dari sumbu atas sampai bawah, sedangkan giromill bentuk sudu yang vertikal dengan penopang atas dan bawah sudu, untuk perbedaan


19

dengan H-Rotor adalah batang penyangga sudu yang diletakkan diporos utama. Beberapa penelitian yang dilakukan dengan kincir angin giromill menggunakan bentuk sudu airfoil yang simetris seperti NACA 0015 dan NACA 0018, mendapatkan daya output yang besar di tip speed ratio yang rendah (Prathamesh Despande et al, 2013). Cara kerja kincir angin giromil tidak berbeda dengan kincir angin Darrieus, angin yang datang akan langsung mendorong sudu, sudu yang aerodinamis akan lebih berpengaruh terhadap gaya dorong sudu (Richard Smith, 2007). Pada tahun 2010, M Samanaudy, Ghorab dan Youssef meneliti tentang kincir angin giromill dengan variasi sudut pemasangan, jumlah sudu, model airfoil (NACA 0024 NACA 4420 NACA 4520) dan panjang chord. dalam penelitian yang dilakukan M Samanaudy, Ghorab dan Youssef koefisien daya maksimum sebesar 25% menggunakan tipe airfoil simetris NACA 0024 dengan panjang chord 15 cm , sudut pemasangan 10o dan menggunakan empat sudu. Untuk airfoil simetris seperti NACA 0024 dalam pengujian ini diperoleh koefisien daya maksimum sebesar 25% pada tip speed ratio optimal 1,4 dengan variasi pitch angle 100 ,dan menggunakan empat sudut, sedangkan untuk penelitian variasi model airfoil non simetris NACA 4420, pada kondisi yang sama diperoleh koefisien daya maksimum 16 % pada tip speed ratio optimal 1,2 , dan pengujian NACA 4520 diperoleh koefisien daya maksimal 13 % pada tip speed ratio optimal 1.1. penelitian yang dilakukan oleh M Samanaudy, Ghorab dan Youssef menunjukan bahwa airfoil simetris bisa mencapai koefisien daya tertinggi dibandingkan dengan airfoil non simetris seperti NACA 4420 dan NACA 4520.


20

Pada penelitian yang dilakukan oleh Indra Siregar pada tahun 2012 menggunakann tipe kincir angin H-Rotor dengan model penampang airfoil NACA 0018 variasi penelitian dalam kecepatan angin 3 m/s dan 3,67 % dan sudut pitch angle 150, 200, 250 dengan pembebanan 300, 200 dan 50 gram. Pada penelitian ini diperoleh koefisien daya maksimum 7,8 % pada tip speed ratio 1,25 dengan variasi kecepatan angin 3 m/s menggunakan tiga sudu dan pada pitch angle 150.


BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Diagram Penelitian Langkah kerja dalam penelitian ini dimulai dari perencanaan hingga analisis data. Dapat ditujukan dalam diagram alir seperti dalam Gambar 3.1: Mulai

Perencanaan Kincir Angin Giromill dengan Sudu NACA 0015

Pembuatan Kincir Angin berbahan dasar triplek (polywood) dan dibungkus dengan pelat seng

Pengambilan data, untuk mengetahui kecepatan kincir, kecepatan angin dan beban pengereman pada kincir angin

Pengolahan data untuk mencari hubungan putaran poros dan torsi, daya output dan torsi serta koefisien daya dan tip speed ratio

Analisa serta pembahasan data dan pembuatan laporan

Selesai

Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin

21


22

Ada tiga jenis perlakuan metode untuk melakukan penelitian ini, yaitu : 1.

Penelitian Kepustakaan (Library Research) Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur –literatur yang

berhubungan dengan penulisan tugas akhir ini serta dapat dipertanggungjawabkan kebenarannya.

2. Pembuatan Alat Pembuatan alat uji kincir angin giromill dilakukan di Laboratorium Konversi Energi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Kincir yang sudah jadi dipasang dan motor listrik sebagai sumber tenaga untuk menghasilkan tenaga angin untuk memutar kincir.

3. Pengamatan Secara Langsung (Observasi) Metode observasi ini dilakukan dengan mengamati secara langsung terhadap objek yang diteliti yaitu kincir angin giromill.

3.2 Bahan Untuk Penelitian Bahan- bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut a. Bahan untuk sudu kincir angin Sudu-sudu menggunakan bahan papan triplek (polywood) ukuran 12 mm yang sudah dipotong dengan pola NACA 0015 dan disusun menggunakan rangka alumunium dan stainless steel dengan ketinggian 80 cm, untuk lebih kuat bagian sela antara triplek (polywood) satu dengan lain


23

diberi potongan triplek (polywood) dengan ketebalan 4 mm. Bentuk sudu dapat dilihat pada Gambar 3.2.

(a)

(b)

Gambar 3.2 Bentuk sudu kincir angin giromill a) rangka sudu, b) rangka sudu yang sudah dilapisi triplek (polywood) b. Bahan untuk pengikat ujung sudu kincir. Dimasing- masing ujung sudu terdapat alumunium dengan ketebalan 5 mm dan panjang 20 cm digunakan untuk mengikat sudu dengan dudukan sudu, seperti yag ditunjukan pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Pengikat sudu dengan dudukan sudu


24

c. Bahan untuk dudukan sudu Dudukan sudu yang merupakan komponen yang berfungsi sebagai pengikat dan pemasangan sudu. Dudukan sudu memiliki lubang disetiap sudutnya, ada enam lubang disetiap satu sudu kemudian dimur untuk mengikat sudu dengan dudukan sudu, terdapat dua dudukan sudu untuk atas dan bawah. Bentuk dudukan sudu dapat dilihat pada Gambar 3.4, dudukan sudu terbuat dari papan triplek (polywood) dengan ketebalan 12 mm diameter 70 cm dan 50 cm.

Gambar 3.4 Dudukan sudu ukuran 50 cm

d. Bahan untuk poros utama kincir Poros utama kincir terpasang pada bagian tengah dudukan sudu dari bawah sampai atas dengan ditahan oleh bantalan atas dan bantalan bawah


25

pada tiang penahan kincir. Bahan poros utama adalah pipa pvc dengan ukuran 1” dengan panjang 90 cm dan dilapisi dengan potongan pipa pvc untuk menahan dudukan sudu dibagian antar dudukan atas dan bawah.

3.3 Alat Untuk Penelitian Alat-alat yang digunakan untuk pembuatan kincir angin dan penelitian meliputi beberapa bagian, yaitu : a. Alat kerja utama : 1. Mesin bor 2. Hand bor 3. Mesin Gerinda 4. Gergaji 5. Palu

b. Alat kerja tambahan dan alat bantu pengukuran : 1. Fan Blower Fan Blower berfungsi untuk menghisap udara masuk kedalam wind tunnel dan mengeluarkannya dibagian belakang seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.6, Fan Blower ini mempunyai daya penggerak motor 5.5 kW.


26

Gambar 3.5 Fan Blower

2. Anemometer Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan angin yang dihasilkan fan blower, dapat dilihat pada Gambar 3.7.

Gambar 3.6 Anemometer


27

3. Tachometer Tachometer adalah alat yang berfungsi untuk mengukur kecepatan putaran poros, tachometer mampu membaca tiga bagian yaitu min yang menyatakan nilai terendah dari pembacaan, max menyatakan nilai tertinggi yang dibaca dan av atau average yang merupakan rata-rata dari 3 kali pembacaan dari kecepatan putaran poros. Tachometer dapat ditunjukan pada Gambar 3.8.

Gambar 3.7 Tachometer 4. Sistem Pengereman Sistem pengereman berfungsi sebagi beban pada putaran kincir yang dimana kincir diberi beban karet, karet memiliki pegas sehingga mampu memberi tekanan pada tuas pengereman untuk mampu mengetahui besarnya torsi dan kecepatan putaran kincir angin. Gambar 3.9 menunjukan sistem pengereman.


28

Gambar 3.8 Sistem Pengereman 5. Neraca Pegas Neraca Pegas berfungsi untuk mengetahui beban pengereman pada kincir angin saat berputar, Neraca Pegas diasumsikan sebagai pengimbang torsi dinamis, dapat dilihat pada Gambar 3.10.

Gambar 3.9 Neraca Pegas c. Penopang kincir angin Penopang kincir angin diletakan dibagian belakang fan blower untuk tempat kincir angin berputar, terdapat tumpuan atas dan bawah. Bantalan terdapat di bagian tumpuan atas dan bawah berguna untuk menumpu poros utama kincir angin.


29

3.4 Desain Kincir Desain sudu kincir angin giromill dengan penampang airfoil NACA 0015 panjang chord 18 cm, tinggi sudu 80 cm, Gambar 3.12 menunjukan bagian rangka sudu yang belum ditutup dengan pelat seng, dan sudu yang sudah tertutup pelat seng.

80 cm

18 cm

(a)

(b)

Gambar 3.10 Rangka Sudu kincir angin Giromill a)Rangka sudu , b) Sudu yang sudah terbungkus pelat seng

Sudu kincir angin giromill tersusun dari triplek (polywood) yang sudah berpola NACA 0015, kemudian diberi lubang untuk rangka yang terbuat dari stainless steel dan untuk rangka belakang menggunakan almunium, setelah terpasang bagian sela antara triplek (polywood) satu dengan lain diberi penguat


30

yaitu papan triplek dengan ketebalan 3 mm diikat menggunakan kawat. Untuk pengikat antara ujung sudu dan penopang sudu, menggunakan alumunium dengan panjang 20 cm, di rekatkan bagian atas sudu dan bawah dengan dilubangi lalu diberi mur. Pelapisan menggunakan pelat seng harus sesuai dengan pola NACA 0015, setelah dilengkuk pelat seng dipasang menggunakan paku sebagai pengikat dan lem dibagian ekor. Setelah pembuatan sudu-sudu, kemudian sudu-sudu dirakit sehingga membentuk rotor kincir angin, pada penelitian pertama menggunakan empat sudu. Berikut desain rotor kincir angin sudu empat bisa dilihat pada Gambar 3.14 : 70 CM70 CM

Gambar 3.11 Model kincir angin

3.5 Variabel Penelitian Variabel dalam penelitian ini adalah : 1. Variasi jumlah sudu, menggunakan empat sudu dan tiga sudu 2. Variasi diameter penopang sudu dengan diameter 50 cm dan 70 cm


31

3.6 Variable yang Diukur Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah: 1. Kecepatan angin (m/s) 2. Putaran poros (rpm) 3. Gaya pengimbang (N)

3.7 Parameter yang Dihitung Untuk mendapat karakteristik yang didapat pada penelitian menggunakan parameter sebagai berikut : 1. Daya angin (Pin) 2. Daya Kincir (Pout) 3. Gaya Pengimbang Torsi (T) 4. Koefiesien Daya (Cp)

3.8 Langkah Penelitian Penelitian ini dilasanakan di Laboratorium Konversi Energi Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma, dengan memakai fan blower berkapasitas 5.5 kW. Pengambilan data beban dan kecepatan putaran poros kincir dilakukan bersamaan, sedangkan untuk pengambilan data kecepatan angin dilakukan sebelum pengambilan data kecepatan putaran poros dan beban. Gambar 3.15 menunjukan skema pengambilan data kecepatan angin dengan menggunakan anemometer dan Gambar 3.16 menunjukan skema susunan alat untuk pengujian.


32

Gambar 3.12 Skema susunan alat pengujian kecepatan angin

Gambar 3.13 Skema susunan alat untuk pengujian

Langkah pertama yang dilakukan sebelum pengambilan data adalah pemasangan kincir angin pada tiang penyangga dan memasang mekanisme pengereman dengan poros kincir atas. Langkah-langkah dalam pengambilan data adalah sebagai berikut : 1. Poros kincir dihubungkan dengan mekanisme pengereman


33

2. Proses pengambilan data kecepatan angin dilakukan dengan pemasangan anemometer didepan fan blower dengan jarak 2 m 3. Pengambilan data kecepatan angin dilakukan sebanyak tiga puluh kali 4. Fan blower dihidupkan untuk pengambilan data kecepatan angin 5. Matikan fan blower setelah tiga puluh kali pengambilan data kecepatan angin 6. Posisikan kincir angin sejajar dengan sumbu fan blower dengan jarak 2 m di depan fan blower 7. Pemasangan

neraca

pegas

menggunakan

tali

nylon

dengan

menghubungkan lengan dari mekanisme pengereman 8. Tali nylon dipasang bagian bawah digunakan untuk menarik neraca pegas 9. Jika sudah siap fan blower kembali dihidupkan 10. Pada percobaan pertama dengan empat sudu dan variasi ukuran 70 cm , dilanjutkan dengan tiga sudu diameter 70 cm, empat sudu diameter 50 dan tiga sudu diameter 50 11. Untuk mekanisme pengereman menggunakan karet sebagai pegas untuk mengurangi kecepatan putaran poros kincir dan untuk mengetahui besar torsi dinamis yang didapat dari penelitian 12. Mengukur kecepatan putaran poros dibagian bawah kincir dengan menggunakan tachometer, pengambilan data dilakukan dengan rata-rata kecepatan putaran poros yag terdapat di tachometer 13. Mengamati selama waktu yang ditentukan


34

14. Mengulang kembali dari langkah ke 2 hingga langkah ke 12 untuk variasi sudu sudu yang berikutnya.


BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Penelitian Berikut ini adalah hasil data dari penelitian kincir angin giromil empat sudu dan tiga sudu dengan dua variasi diameter. Data yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 4.1 , Tabel 4.2 , Tabel 4.3, Tabel 4.4 . Tabel 4.1 Data penelitian kincir angin giromill empat sudu diameter 70 cm dengan kecepatan angin rata-rata 8,1 m/s No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Penelitian

1

2

3

4

5

6

7

Beban F (gram)

Putaran Kincir n (rpm)

0 0 0 120 120 120 250 250 250 450 450 450 560 560 560 600 600 600 640 640 640

269,5 276,2 274,4 262,9 264,1 245,6 221,7 224 223,3 218,8 212,9 209,3 208,2 203,2 199,9 198,1 198 198,8 195,2 197,3 197

35


36

Lanjutan Tabel 4.1 Data penelitian kincir angin giromill empat sudu diameter 70 cm dengan kecepatan angin rata-rata 8,1 m/s Beban Putaran Kincir No Penelitian F (gram) n (rpm) 22 710 192,9 23 8 710 194,3 24 710 189,7 25 850 181,1 26 9 850 174,6 27 850 179,6 28 880 155,9 29 10 880 148,3 30 880 147,1 Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin giromill tiga sudu diameter 70 cm dengan kecepatan angin rata-rata 8,1 m/s Beban Putaran Kincir No Penelitian F (gram) n (rpm) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

1

2

3

4

5

6

7

0 0 0 140 140 140 320 320 320 440 440 440 550 550 550 650 650 650 700 700 700

314,1 313,5 310,5 295,3 308,9 308,8 276,5 273,6 272,6 251,6 253,4 263,7 248,6 248,1 238 225 226,3 223 208,2 204,1 203,7


37

Lanjutan Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin giromill tiga sudu diameter 70 cm dengan kecepatan angin rata-rata 8,1 m/s Beban Putaran Kincir No Penelitian F (gram) n (rpm) 22 730 195,9 8 23 730 197,2 24 730 193,3 25 880 185,6 9 26 880 188,7 27 880 177,6 Tabel 4.3 Data penelitian kincir angin giromill empat sudu diameter 50 cm dengan kecepatan angin rata-rata 8,1 m/s No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Penelitian

1

2

3

4

5

6

7

8

F (gram)

Beban


0 0 0 80 80 80 220 220 220 340 340 340 430 430 430 530 530 530 600 600 600 650 650 650

270,2 274,6 268,7 251,8 257,9 257,2 230,9 231,9 229,7 198,1 201 193,8 186,2 187,2 189 177,1 174,6 180,2 167,1 154,6 158,3 139,5 116,4 110,4


38

Tabel 4.4 Data penelitian kincir angin giromill tiga sudu diameter 50 cm dengan kecepatan angin rata-rata 8,1 m/s F (gram)


0

301

0

307,8

3

0

302,2

4

140

291,8

140

288,1

6

140

296,7

7

220

282,1

220

287,8

9

220

280,7

10

250

271,8

250

278,3

12

250

270

13

300

263,4

300

266,1

15

300

259,5

16

350

240,9

350

242,7

18

350

238,6

19

440

201,2

440

209,4

21

440

206,3

22

540

172,9

540

141,6

540

136,6

No Penelitian 1 2

5

8

11

14

17

20

23 24

1

2

3

4

5

6

7

8

Beban


39

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan Pengolahan data menggunakan berbagai asumsi untuk mempermudah dalam proses perhitungan, yaitu sebagai berikut : a.

Percepatan gravitasi bumi

= 9,81 m/s2

b.

Massa jenis Udara

= 1,18 kg/m3

4.2.1 Perhitungan Torsi Contoh perhitungan torsi, data diambil dari pengujian yang dilakukan dari Tabel 4.1 pada pengujian ke empat dan pembebanan yang ke dua. Dari data yang diperoleh, besaran gaya dalam satuan Newton adalah (F) = 1,18 Newton dan jarak lengan torsi ke poros sebesar 0,1 m. Nilai torsi dapat dihitung sebagai berikut : T=F.l = (1,18) . (0,1) = 0,12 N.m Jadi, nilai torsi yang dihasilkan adalah sebesar 0,12 N.m 4.2.2 Perhitungan Daya Kincir Contoh perhitungan untuk daya kincir (Pout), data diambil dari Tabel 4.1 pada pengujian ke empat dan pembebanan yang ke dua. Diperoleh kecepatan angin sebesar 8,1 m/s, putaran poros (n) sebesar 262,9 rpm, dan torsi yang telah diperhitungkan pada Sub Bab 4.2.1 adalah sebesar = 0,12 N.m. Besar nilai daya kincir dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut : Pout = T . ω = 0,12 .


40

= 0,12 . = 3.24 watt Jadi, nilai daya kincir yang diperoleh adalah sebesar 3.24 watt 4.2.3 Perhitungan tip speed ratio Contoh perhitungan untuk tsr, data diambil dari Tabel 4.1 pada pengujian ke empat dan pembebanan yang ke dua. Diperoleh putaran poros kincir angin dalam rad/s adalah sebesar 27,5 rad/s, jari jari kincir angin sebesar (r) = 0,35 m, dan kecepatan angin sebesar 8.19 m/s. Nilai tip speed ratio dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut :

tsr = = = 1,23 Jadi, nilai tip speed ratio yang diperoleh adalah 1,23 4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya Contoh perhitungan koefisien daya (Cp), data diambil dari perhitugan diatas yakni, besar nilai daya angin adalah 157,8 watt dan nilai dari daya yang dihasilkan kincir angin pada Sub Bab 4.2.2 adalah sebesar 1,23 watt. Nilai koefisien daya dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut : Cp =

x 100%

=

x 100%

= 1,79 %


41

Jadi, nilai koefisien daya yang diperoleh adalah sebesar 1,79 %

4.3 Hasil Perhitungan Pengujian kincir angin sumbu vertikal tipe giromill dengan sudu NACA 0015, panjang Chord 18 cm, empat sudu dan tiga sudu, untuk dua variasi diameter : 50 cm dan 70 cm, yang sudah diuji ini diperoleh hasil data – data seperti berikut yang dapat dilihat pada Tabel 4.5, Tabel 4.6, Tabel 4.7 dan Tabel 4.8. Tabel 4.5 Data perhitungan empat sudu dengan variasi diameter 70 cm Putaran Poros

Beban

n (rpm)

Daya Output Kincir

Gaya Pengimbang

Beban Torsi

Kec. Sudu

F(gram)

N

N.m

rad/s

Watt

269,5

0

0,00

0,00

28,2

0,00

1,21

0,00

276,2

0

0,00

0,00

28,9

0,00

1,24

0,00

274,4

0

0,00

0,00

28,7

0,00

1,23

0,00

262,9

120

1,18

0,12

27,5

3,24

1,18

1,79

264,1

120

1,18

0,12

27,7

3,26

1,18

1,79

245,6

120

1,18

0,12

25,7

3,03

1,10

1,67

221,7

250

2,45

0,25

23,2

5,69

0,99

3,14

224

250

2,45

0,25

23,5

5,75

1,00

3,17

223,3

250

2,45

0,25

23,4

5,73

1,00

3,16

218,8

450

4,41

0,44

22,9

10,11

0,98

5,57

212,9

450

4,41

0,44

22,3

9,84

0,95

5,42

209,3

450

4,41

0,44

21,9

9,68

0,94

5,33

208,2

560

5,49

0,55

21,8

11,98

0,93

6,60

203,2

560

5,49

0,55

21,3

11,69

0,91

6,44

199,9

560

5,49

0,55

20,9

11,50

0,89

6,34

λ

Koefisien Daya

Cp (%)


42

Lanjutan Tabel 4.5 Data perhitungan empat sudu dengan variasi diameter 70 cm Putaran Poros

Beban

n (rpm)

F(gram)

198,1 198 198,8 195,2 197,3 197 192,9 194,3 189,7 181,1 174,6 179,6 155,9 148,3 147,1

600 600 600 640 640 640 710 710 710 850 850 850 880 880 880

Gaya Pengimbang

Beban Torsi

Kec. Sudu

Daya Output Kincir

N 5,89 5,89 5,89 6,28 6,28 6,28 6,97 6,97 6,97 8,34 8,34 8,34 8,63 8,63 8,63

N.m 0,59 0,59 0,59 0,63 0,63 0,63 0,70 0,70 0,70 0,83 0,83 0,83 0,95 0,95 0,95

rad/s 20,7 20,7 20,8 20,4 20,7 20,6 20,2 20,3 19,9 19,0 18,3 18,8 16,3 15,5 15,4

Watt 12,21 12,20 12,25 12,83 12,97 12,95 14,07 14,17 13,84 15,81 15,25 15,68 15,50 14,75 14,63

λ

0,89 0,89 0,89 0,87 0,88 0,88 0,86 0,87 0,85 0,81 0,78 0,80 0,70 0,66 0,66

Koefisien Daya

Cp (%) 6,73 6,72 6,75 7,07 7,15 7,14 7,75 7,81 7,62 8,71 8,40 8,64 8,54 8,12 8,06

Tabel 4.6 Data perhitungan tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm Beban

Gaya Pengimbang

Beban Torsi

Kec. Sudu

Daya Output Kincir

n (rpm)

F(gram)

N

N.m

rad/s

Watt

314,1

0

0,00

0,00

32,9

0,00

1,41

0,00

313,5

0

0,00

0,00

32,8

0,00

1,40

0,00

310,5

0

0,00

0,00

32,5

0,00

1,39

0,00

295,3

140

1,37

0,14

30,9

4,25

1,32

2,34

308,9

140

1,37

0,14

32,3

4,44

1,38

2,45

308,8

140

1,37

0,14

32,3

4,44

1,38

2,45

276,5

320

3,14

0,31

29,0

9,09

1,24

5,01

273,6

320

3,14

0,31

28,7

8,99

1,22

4,96

272,6

320

3,14

0,31

28,5

8,96

1,22

4,94

251,6

440

4,32

0,43

26,3

11,37

1,13

6,27

Putaran Poros

λ

Koefisien Daya

Cp (%)


43

Lanjutan Tabel 4.6 Data perhitungan tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm Putaran Poros

Beban

n (rpm)

F(gram)

253,4 263,7 248,6 248,1 238 225 226,3 223 208,2 204,1 203,7 195,9 197,2 193,3 185,6 188,7 177,6

440 440 550 550 550 650 650 650 700 700 700 730 730 730 880 880 880

Gaya Pengimbang

Beban Torsi

Kecepatan Sudu

Daya Output Kincir

N 4,32 4,32 5,40 5,40 5,40 6,38 6,38 6,38 6,87 6,87 6,87 7,16 7,16 7,16 8,63 8,63 8,63

N.m 0,43 0,43 0,54 0,54 0,54 0,64 0,64 0,64 0,69 0,69 0,69 0,72 0,72 0,72 0,86 0,86 0,86

rad/s 26,5 27,6 26,0 26,0 24,9 23,6 23,7 23,4 21,8 21,4 21,3 20,5 20,7 20,2 19,4 19,8 18,6

Watt 11,45 11,92 14,05 14,02 13,45 15,02 15,11 14,89 14,97 14,68 14,65 14,69 14,79 14,50 16,78 17,06 16,06

λ

1,13 1,18 1,11 1,11 1,07 1,01 1,01 1,00 0,93 0,91 0,91 0,88 0,88 0,87 0,83 0,84 0,79

Koefisien Daya

Cp (%) 6,31 6,57 7,74 7,72 7,41 8,28 8,33 8,20 8,25 8,09 8,07 8,09 8,15 7,99 9,24 9,40 8,85

Tabel 4.7 Data perhitungan empat sudu dengan variasi diameter 50 cm Putaran Poros

Beban

Gaya Pengimbang

Beban Torsi

Kecepatan Sudu

n (rpm)

F(gram)

N

N.m

rad/s

272,7 274,6 268,7 251,8 257,9 257,2 230,9 231,9 229,7 198,1 201

0 0 0 90 90 90 220 220 220 340 340

0,00 0,00 0,00 0,88 0,88 0,88 2,16 2,16 2,16 3,34 3,34

0,00 0,00 0,00 0,09 0,09 0,09 0,22 0,22 0,22 0,33 0,33

28,6 28,8 28,1 26,4 27,0 26,9 24,2 24,3 24,1 20,7 21,0

Daya Output Kincir

Watt 0,00 0,00 0,00 2,33 2,38 2,38 5,22 5,24 5,19 6,92 7,02

λ

Koefisien Daya

Cp (%) 0,87 0,88 0,86 0,80 0,82 0,82 0,74 0,74 0,73 0,63 0,64

0,00 0,00 0,00 1,28 1,31 1,31 2,88 2,89 2,86 3,81 3,87


44

Lanjutan Tabel 4.7 Data perhitungan empat sudu dengan variasi diameter 50 cm Putaran Poros

Beban

n (rpm)

F(gram)

193,8 186,2 187,2 189 177,1 174,6 180,2 167,1 154,6 158,3 139,5 116,4 110,4

340 430 430 430 530 530 530 600 600 600 650 650 650

Gaya Pengimbang

Beban Torsi

Kecepatan Sudu

Daya Output Kincir

N 3,34 4,22 4,22 4,22 5,20 5,20 5,20 5,89 5,89 5,89 6,38 6,38 6,38

N.m 0,33 0,42 0,42 0,42 0,52 0,52 0,52 0,59 0,59 0,59 0,64 0,64 0,64

rad/s 20,3 19,5 19,6 19,8 18,5 18,3 18,9 17,5 16,2 16,6 14,6 12,2 11,6

Watt 6,77 8,23 8,27 8,35 9,64 9,51 9,81 10,30 9,53 9,76 9,32 7,77 7,37

λ

0,62 0,60 0,60 0,60 0,57 0,56 0,58 0,53 0,49 0,51 0,45 0,37 0,35

Koefisien Daya

Cp (%) 3,73 4,53 4,56 4,60 5,31 5,24 5,41 5,67 5,25 5,38 5,13 4,28 4,06

Tabel 4.8 Data perhitungan tiga sudu dengan variasi 50 cm Putaran Poros

Beban

Gaya Pengimbang

Beban Torsi

Kecepatan Sudu

n (rpm)

F(gram)

N

N.m

rad/s

301 307,8 302,2 291,8 288,1 296,7 282,1

0 0 0 140 140 140 220

0,00 0,00 0,00 1,37 1,37 1,37 2,16

0,00 0,00 0,00 0,14 0,14 0,14 0,22

287,8 280,7 271,8 278,3 270 263,4 266,1

220 220 250 250 250 300 300

2,16 2,16 2,45 2,45 2,45 2,94 2,94

0,22 0,22 0,25 0,25 0,25 0,29 0,29

Daya Output Kincir

λ

Koefisien Daya

31,5 32,2 31,6 30,6 30,2 31,1 29,5

Watt 0,00 0,00 0,00 4,20 4,14 4,27 6,38

Cp (%) 0,96 0,98 0,97 0,93 0,92 0,95 0,90

0,00 0,00 0,00 2,31 2,28 2,35 3,51

30,1 29,4 28,5 29,1 28,3 27,6 27,9

6,50 6,34 6,98 7,15 6,93 8,12 8,20

0,92 0,90 0,87 0,89 0,86 0,84 0,85

3,58 3,50 3,85 3,94 3,82 4,47 4,52


45

Lanjutan Tabel 4.8 Data perhitungan tiga sudu dengan variasi 50 cm Putaran Poros

Beban

Gaya Pengimbang

Beban Torsi

Kecepatan Sudu

n (rpm)

F(gram)

N

N.m

rad/s

259,5 240,9 242,7 238,6 201,2 209,4 206,3 172,9 141,6 136,6

300 350 350 350 440 440 440 540 540 540

2,94 3,43 3,43 3,43 4,32 4,32 4,32 5,30 5,30 5,30

0,29 0,34 0,34 0,34 0,43 0,43 0,43 0,53 0,53 0,53

27,2 25,2 25,4 25,0 21,1 21,9 21,6 18,1 14,8 14,3

Daya Output Kincir

Watt 8,00 8,66 8,73 8,58 9,09 9,47 9,33 9,59 7,86 7,58

λ

0,83 0,77 0,78 0,76 0,64 0,67 0,66 0,55 0,45 0,44

Koefisien Daya

Cp (%) 4,41 4,77 4,81 4,73 5,01 5,21 5,14 5,28 4,33 4,17

4.4 Grafik Hasil Perhitungan Pengolahan data yang dilakuakan pada Sub Bab 4.2 dan 4.3 mendapatkan hasil grafik. Grafik – grafik hubungan tersebut yakni antara lain grafik antara daya dan torsi, grafik hubungan antara putaran poros dan torsi, dan grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio (λ) . Penjelasan untuk grafik hubungan diatas, lebih lengkapnya dapat dilihat pada grafik – grafik berikut ini :

4.4.1 Grafik Hubungan Putaran Kincir (rpm) dengan Torsi Kincir Angin Giromill Empat Sudu Variasi Diameter 70 cm Data dari Tabel 4.5 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara putaran kincir (rpm) dan torsi. Pada Gambar 4.1 menunjukan bahwa nilai torsi yang dihasilkan kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 70 cm adalah 0,95 N.m dan terjadi pada putaran sebesar 155,9 rpm.


46

300 270 240

Putaran Kincir. n (rpm)

210 180 150 120 90 60 30 0 0

0,1

0,2

0,3

0,4 0,5 0,6 Torsi. T (N.m)

0,7

0,8

0,9

1

Gambar 4.1 Grafik hubungan putaran kincir dengan torsi kincir angin giromil empat sudu variasi diameter 70 cm 4.4.2 Grafik Hubungan Putaran Kincir (rpm) dengan Torsi Kincir Angin Giromill Tiga Sudu Variasi Diameter 70 cm Data dari Tabel 4.6 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara putaran kincir (rpm) dan torsi. Pada Gambar 4.2 menunjukan bahwa nilai torsi yang dihasilkan kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm adalah 0,86 N.m dan terjadi pada putaran sebesar 177,6 rpm.


47

360 330 300


270 240 210 180 150 120 90 60 30 0 0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

Torsi. T (N.m)

Gambar 4.2 Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm 4.4.3 Grafik Hubungan Putaran Kincir (rpm) dengan Torsi Kincir Angin Giromill Empat Sudu Variasi Diameter 50 cm Data dari Tabel 4.7 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara putaran kincir (rpm) dan torsi. Pada Gambar 4.3 menunjukan bahwa nilai torsi yang dihasilkan kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 50 cm adalah 0,64 N.m dan terjadi pada putaran sebesar 110,4 rpm.


48

300 270


240 210 180 150 120 90 60 30 0 0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

Torsi. T (N.m)

Gambar 4.3 Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 50 cm

4.4.4 Grafik Hubungan Putaran Kincir (rpm) dengan Torsi Kincir Angin Giromill Tiga Sudu Variasi Diameter 50 cm Data dari Tabel 4.8 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara putaran kincir (rpm) dan torsi. Pada Gambar 4.4 menunjukan bahwa nilai torsi yang dihasilkan kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 50 cm adalah 0,53 N.m dan terjadi pada putaran sebesar 136,6 rpm.


49

360 330 300

Puataran Kincir. n (rpm)

270 240 210 180 150 120 90 60 30 0 0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

Torsi. T (N.m)

Gambar 4.4 Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm 4.4.5 Grafik Hubungan Antara Daya dengan Torsi Kincir Angin Giromill Empat Sudu Variasi Diameter 70 cm Data dari Tabel 4.5 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan torsi. Pada Gambar 4.5 menunjukan bahwa nilai daya kincir (Pout) puncak yang dihasilkan kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 70 cm adalah 15,81 watt pada torsi sebesar 0,83 N.m.

0,6


50

18,0 16,0

Daya Output, Pout (watt)

14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Torsi, T (N.m)

Gambar 4.5 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 70 cm 4.4.6 Grafik Hubungan Antara Daya dengan Torsi Kincir Angin Giromill Tiga Sudu Variasi Diameter 70 cm Data dari Tabel 4.6 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan torsi. Pada Gambar 4.6 menunjukan bahwa nilai daya kincir (Pout) puncak yang dihasilkan kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm adalah 17,06 watt pada torsi sebesar 0,86 N.m.


51

18 16

Daya Output, Pout (watt)

14 12 10 8 6 4 2 0 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Torsi, T ( N.m )

Gambar 4.6 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm 4.4.7 Grafik Hubungan Antara Daya dengan Torsi Kincir Angin Giromill Empat Sudu Variasi Diameter 50 cm Data dari Tabel 4.7 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan torsi. Pada Gambar 4.7 menunjukan bahwa nilai daya kincir (Pout) puncak yang dihasilkan kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 50 cm adalah 10,30 watt pada torsi sebesar 0,59 N.m.


52

12

Daya Output Pout (watt)

10

8

6

4

2

0 0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

Torsi, T (N.m)

Gambar 4.7 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin Giromill empat sudu variasi diameter 50 cm 4.4.8 Grafik Hubungan Antara Daya dengan Torsi Kincir Angin Giromill Tiga Sudu Variasi Diameter 50 cm Data dari Tabel 4.8 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan torsi. Pada Gambar 4.8 menunjukan bahwa nilai daya kincir (Pout) puncak yang dihasilkan kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm adalah 9,59 watt pada torsi sebesar 0,59 N.m.


53

12

Daya Output , Pout (watt)

10 8 6 4 2 0 0

0,1

0,2

0,3 Torsi, T (N.m)

0,4

0,5

0,6

Gambar 4.8 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm 4.4.9 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (

) dan tip speed ratio (λ)

Untuk Kincir Angin Empat Sudu Variasi Diameter 70 cm Pada Gambar 4.9 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya maksimal dan tsr optimal untuk kincir angin empat sudu variasi 70cm diperoleh persamaan

= -24,984

2

+ 29,839 – 0,0001 untuk menentukan nilai koefisien

daya maksimal dan tsr optimal. Nilai tsr optimal dapat dihitung dari persamaan sebagai berikut : = -24,984

2

+ 29,839 – 0,0001

0 = -49,96 + 29,839 =

= 0,597


54

Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan tip speed ratio (

optimal,

yakni sebesar 0,597

Nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai

yang dimasukan ke dalam

persamaan sebagai berikut : = -24,984 = -24,984

2

2

+ 29,839 – 0,0001 – 0,0001

+ 29,839

= 8,90 % Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan koefisien daya maksimal (Cpmax), yakni sebesar 8,90%

10

Koefisien Daya, 𝐶𝑝 (%)

9 8 7 6 5 4

𝐶𝑝 = -24,984λ2 + 29,839λ – 0,0001

3 2 1 0 0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

Tip Speed Ratio, λ

Gambar 4.9 Grafik hubungan koefisien daya ( ) dan λ kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 70 cm


55

4.4.10 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (


Untuk Kincir Angin Tiga Sudu Variasi Diameter 70 cm Pada Gambar 4.10 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya maksimal dan tsr optimal untuk kincir angin tiga sudu variasi 70 cm diperoleh persamaan

2

= -19,42

+ 29,301 – 1,9742 untuk menentukan nilai koefisien

daya maksimal dan tsr optimal. Nilai tsr optimal dapat dihitung dari persamaan sebagai berikut : = -19,42

2

+ 29,301 – 1,9742

0 = -38,84 + 29,301 =

= 0,754


optimal,

yakni sebesar 0,754

Nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai



2

2

+ 29,301 – 1,9742 + 29,301

– 1,9742

= 9,07 % Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan koefisien daya maksimal (Cpmax), yakni sebesar 9,07 %


56

10 9

Koefiesien Daya, 𝐶𝑝 (%)

8 7 6 𝐶𝑝 = -19,42λ2 + 29,301λ – 1,9742

5 4 3 2 1 0 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

Tip Speed Ratio, λ

Gambar 4.10 Grafik hubungan koefisien daya ( ) dengan kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm 4.4.11 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (


Untuk Kincir Angin Empat Sudu Variasi Diameter 50 cm Pada Gambar 4.11 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya maksimal dan tsr optimal untuk kincir angin empat sudu variasi 50 cm diperoleh persamaan

= -26,842

2

+ 23,513 untuk menentukan nilai koefisien daya

maksimal dan tsr optimal. Nilai tsr optimal dapat dihitung dari persamaan sebagai berikut : = -26,842

2

+ 23,513

0 = -53,684 + 23,513


57

=

= 0,4379


optimal,

yakni sebesar 0,4379 Nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai


persamaan sebagai berikut : = -26,842

2

+ 23,513 2

= -26,842

+ 23,513

= 5,14 % Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan koefisien daya maksimal (Cpmax), yakni sebesar 5,14 % 6

Koefiesien Daya, 𝐶𝑝 (%)

5

4

3 𝐶𝑝 = -26,842λ2 + 23,513λ 2

1

0 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Tip Speed Ratio, λ

Gambar 4.11 Grafik hubungan koefisien daya ( ) dengan kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 50 cm


58

4.4.12 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (


Untuk Kincir Angin Tiga Sudu Variasi Diameter 50 cm Pada Gambar 4.12 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya maksimal dan tsr optimal untuk kincir angin tiga sudu variasi 50 cm diperoleh persamaan = -30,285

2

+ 39,333 - 7,717 untuk menentukan nilai koefisien daya maksimal

dan tsr optimal. Nilai tsr optimal dapat dihitung dari persamaan sebagai berikut : = -30,285

2

+ 39,333 - 7,717

0 = -60,57 + 39,33 =

= 0,6493


optimal,

yakni sebesar 0,6493 Nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai



2

+ 39,333 - 7,717 2

+ 39,333

– 7,717

= 5,05 % Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan koefisien daya maksimal (Cpmax), yakni sebesar 5,05 %


59

0.6

Koefisien Daya, 𝐶𝑝 (%)

0.5

0.4

0.3

𝐶𝑝 = -30,285λ2 + 39,333λ- 7,717

0.2

0.1

0.0 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

Tip Speed Ratio, λ

Gambar 4.12 Grafik hubungan koefisien daya ( ) dengan kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm 4.5 Grafik Perbandingan Kincir Angin Giromill Empat Sudu dan Tiga Sudu dengan Variasi Diameter 50 cm dan 70 cm Berikut ini adalah grafik perbandingan dari kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu variasi diameter 50 cm dan 70 cm, grafik perbandingan daya output dan Torsi, koefisien daya (

) dan tip speed ratio (

4.5.1 Grafik Perbandingan Daya Output

Dengan Torsi Untuk Kincir

Angin Giromill Empat Sudu dan Tiga Sudu Variasi Diameter 50 cm dan 70 cm Pada Gambar 4.12, memperlihatkan data yang sudah diperoleh dapat dibandingkan antara empat variasi yang diteliti. Pada penelitian empat variasi ini diketahui bahwa, yang dihasilkan kincir angin giromill empat sudu variasi diameter


60

70 cm mendapatkan torsi paling tinggi sebesar 0,95 N.m dan menghasilkan daya output

paling tinggi 14,75 watt, untuk daya output (

) paling tinggi

terjadi pada variasi tiga sudu dengan diameter 70 cm, diperoleh daya output (

)

sebesar 17,06 watt dan torsi sebesar 0,86 N.m. untuk variasi diameter 50 cm, kincir angin giromill empat sudu menghasilkan daya output (

) sebesar 10,30 watt

daan torsi sebesar 0,64 N.m, lebih tinggi dibanding kincir angin giromill tiga sudu yang menghasilkan torsi sebesar 0,53 N.m dan daya output (

) sebesar 9,59

watt.

18

16

14

Daya Output (watt)

12 4 Sudu 70 cm

10

3 Sudu 70 cm 8

4 Sudu 50 cm 3 Sudu 50 cm

6

4

2

0 0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Torsi ( N.m)

Gambar 4.13 Grafik hubungan daya output ( ) dan Torsi pada kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu variasi diameter 50 cm dan 70 cm


61

4.5.2 Grafik Perbandingan Koefisien Daya (

) dengan tip speed ratio ( )

Untuk Kincir Angin Giromill Empat Sudu dan Tiga Sudu Variasi Diameter 50 cm dan 70 cm Pada Gambar 4.13, dapat diketahui bahwa kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm memiliki koefisien daya maksimal

lebih

besar dari kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 70 cm, empat sudu dengan diameter 50 cm, dan tiga sudu dengan variasi diameter 50 cm. Kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm menghasilkan koefisien daya maksimal

sebesar 9,07 % dan tip speed ratio (λ) sebesar 1,4, data

diperoleh dari perhitungan pada Sub Bab 4.4.10. 10,0 9,0 8,0 Koefisien Daya, 𝐶𝑝 (%)

Poly. (4 Sudu 70 cm) 7,0

Poly. (3 Sudu 70 cm)

6,0

Poly. (4 Sudu 50 cm) Poly. (3 Sudu 50 cm)

5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Tip Speed Ratio, λ

Gambar 4.14 Grafik hubungan koefiesien daya( ) dan tip speed ratio (λ) pada kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu variasi diameter 50 cm dan 70 cm


BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan Dari penelitian kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu NACA 0015 panjang chord 18 cm dengan variasi diameter 50 cm dan 70 cm yang sudah dilakukan, maka dapat disumpilkan sebagai berikut : 1. Telah berhasil membuat kincir angin giromill sudu NACA 0015 dan panjang chord 18 cm. Variasi yang dilakukan yakni kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu dengan diameter 50 cm dan 70 cm, berbahan dasar triplek (polywood) yang dibungkus pelat seng dengan tinggi 80 cm. 2. Kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 70 cm dapat menghasilkan daya output (Pout) maksimal sebesar 15,81 watt pada torsi optimal 0,83 N.m. Kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm dapat menghasilkan daya output (Pout) maksimal sebesar 17,06 watt dan torsi optimal yang dihasilkan sebesar 0,86 N.m. Kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 50 cm dapat menghasilkan daya output (Pout) maksimal sebesar 10,30 watt dengan torsi optimal 0,53 N.m. Kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 50 cm dapat menghasilkan daya output (Pout) maksimal sebesar 5,59 watt dan torsi optimal yang dihasilkan sebesar 0,59 N.m. 3. Kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 70 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal (

63

) sebesar 8,90 % pada tip


64

speed ratio

0,59. Kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi

diameter 70 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal ( sebesar 9,07 % dan pada tip speed ratio

)

0,75. Kincir angin giromill

empat sudu dengan variasi diameter 50 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal (

) sebesar 5,14 % pada tip speed ratio

0,43.

Kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 50 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal ( speed ratio


0,64.

4. Kincir angin giromill sudu tiga dengan variasi diameter 70 cm menghasilkan koefisien daya dan tip speed ratio

paling tinggi

dibandingkan kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 70 cm, kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu variasi diameter 50 cm. kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm menghasilkan koefisien daya maksimal ( speed ratio


0,75.

5.2 Saran Setelah dilakukan penelitian ada beberapa hal yang dapat menjadi saran untuk penelitian selanjutnya : 1. Persiapkan dengan matang yang menunjang penelitian dari desain dan model airfoil yang dipakai. 2. Perbanyak variasi untuk model sudu NACA dan sudut pemasangan sudu (pitch angle)


65

3. Pemilihan pelat seng yang cocok untuk ditekuk dan tidak membekas sangat perlu diperhatikan untuk efisiensi penggunaan pelat seng. 4. Memperhatikan pemasangan sudu harus presisi untuk penopang bawah dan atas. 5. Membuat penopang bawah, atas serta poros utama dengan bahan yang tepat dan kuat untuk menghidari kerusakan pada penelitian.


DAFTAR PUSTAKA

Kadir, A., 1995, “ Energi : Sumber Daya, Inovasi, Tenaga Listrik dan Potensial Ekonomi.”, Penerbit Universitas Indonesia, Jakarta. Desphande , Pratamesh., 2013, “Numerical Study of Giromill-Type Wind Turbines with Symmetrical and Non-symmetrical Airfoils”, Department of Mechanical Engineering Lamar University Beaumont , Texas El Samanoudy , M., 2010, “Effect of some design parameters on the performance of a Giromill vertical axis wind turbine”, Mesir. Diakses : 25 Mei 2016 Suseno , Michael., 2013, “Airfoil” Jakarta. Diakses : 12 Maret 2016 Johnson, G.L., 2006, “Wind Energy System”, Manhattan. Diakses : Tanggal 12 April 2015. Pudjanarso , A & Nursuhud , D., 2006, “ Mesin Konversi Energi” Andi Offset, Yogyakarta. Siregar , Indra., 2012, “Pengaruh Perubahan Sudut Pitch yang Besar Terhadap Kinerja Low Solidity Turbin Angin Sumbu Vertikal H-Rotor Dengan NACA 0018” Universitas Negeri Semarang, Diakses : Tanggal 8 Agustus 2016

66


LAMPIRAN

Hasil pengambilan data kecepatan angin 1 7,66 7,05 8,11 7,39 8,37 7,27 8,05 8,41 7,96 7,87

2 5,87 6,49 7,98 8,37 7,03 8,91 7,8 8,99 9,23 8,1

3 6,08 6,49 8,78 7,98 7,81 7,03 8,41 7,72 8,7 8,6

Rata-rata 7,817

1 8,17 8,5 8,29 8,12 7,09 8,31 8,47 8,69 8,6 8,5

2 8,66 8,32 8,31 8,14 8,36 8,3 8,69 8,18 8,91 8,67

3 8,29 8,28 8,32 7,63 8,31 8,14 8,47 8,29 8,18 8,78

Rata-rata 8,332333

1 7,27 6,77 6,9 7,94 7,74 8,23 7,94 7,45 7,71 7,22

2 7,41 7,99 7,772 8,23 7,94 7,82 7,8 7,71 8,23 7,26

3 8,04 7,4 7,4 7,99 7,78 8,23 7,26 8,04 7,45 7,24

1 8,93 8,74 9,08 8,36 8,37 8,57 8,39 7,94 8,06 8,51 1 8,43 7,41 7,02 8,14 7,72 7,84 7,17 7,65 0,83 7,26

1 8,5 8,67 8 7,88 8,31 8,29 8,69 8,37 8,04 8,74

Rata-rata 7,672067

67

2 8,65 8,66 9,08 8,87 8,92 8,99 8,42 7,94 8,86 8,35 2 8,2 8,25 8,42 8,14 7,53 7,18 7,17 7,75 7,83 7,02

2 7,88 8,3 7,87 8,29 8,66 8,15 7,16 8,38 8,47 8,19

3 8,47 8,63 9,08 8,93 8,42 7,99 8,96 8,55 7,94 8,7

Rata-rata 8,578667

3 7,41 8,13 7,53 7,69 7,3 7,17 7,75 7,83 7,45 6,06

3 8,96 8,73 8,26 8,39 8,5 7,66 8,24 8,32 8,75 8,31

Rata-rata

7,376

Rata-rata 8,063226

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 68

1 8,41 8,56 8,81 8,77 8,59 8,19 8,67 8,38 8,13 8,07

2 8,13 8,45 8,23 8,41 7,8 8,59 8,93 9,07 9,17 8,42

3 8,19 8,01 8,59 8,62 9,23 8,77 8,38 8,59 8,41 8,9

Rata-rata 8,515667

1 8,59 7,99 8,59 8,63 8,14 9,2 8,56 8,39 8,48 8,37

2 8,65 8,79 8,25 9,04 8,67 9,05 9,14 9,05 8,89 9,28

3 8,6 8,14 9,49 8,36 8,52 9,7 8,54 7,87 8,49 8,59

Rata-rata 8,668333

1 7,53 7,53 8,91 7,2 7,11 7,22 7,29 6,51 6,99 8,13

2 7,17 7,25 6,99 8,59 8,11 7,74 7,59 8,18 7,53 8,12

3 7,53 8,99 8,13 7,17 7,22 7,29 7,05 7,09 8,23 7,26

Rata-rata 7,588333

1 8,47 8,5 8,95 8,55 8,41 9,05 8,45 8,43 8,73 8,44

2 8,56 8,67 7,45 7,6 8,59 8,56 9,16 8,61 9,1 9,19

3 8,92 8,16 8,6 9,01 7,74 8,41 9,05 8,3 9,13 8,54

Rata-rata 8,577667

1 8,3 7,94 8,24 8,01 8,38 8,09 9,2 8,13 8,24 7,71

2 8,34 8,01 8,37 7,92 7,7 8,79 8,02 8,01 7,92 7,84

3 8,69 8,22 8,75 7,76 8,47 8,89 8,14 8,32 9,32 8,5

Rata-rata 8,274

Dari hasil pengambilan ke 12 data kecepatan angin maka kecepatan angin ratarata adalah 8,1 m/s

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN GIROMILL DENGAN SUDU NACA 0015 DAN PANJANG CHORD 18 CM SKRIPSI

Recommend Documents