UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL 2 SUDU DIAMETER 1 METER BERBAHAN KOMPOSIT DENGAN LEBAR MAKSIMAL 10 SENTIMETER DARI PUSAT POROS

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL 2 SUDU DIAMETER 1 METER BERBAHAN KOMPOSIT DENGAN LEBAR MAKSIMAL 10 SENTIMETER DARI PUSAT POROS

SKRIPSI Untuk memenuhi sebagian persyaratan Memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin

oleh : STEPHANUS YERIKHO NIM : 125214065

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

i


THE PERFORMANCE OF TWO-BLADED COMPOSITE HORIZONTAL AXIS WIND TURBINE WITH 1 METER IN DIAMETER AND MAXIMALLY 10 CENTIMETER OF WIDTH FROM THE CENTER OF THE AXIS

FINAL PROJECT Aspartial fullfilment of the requirement to obtain Sarjana Teknik Mesin degree

by : STEPHANUS YERIKHO Student Number : 125214065

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






ABSTRAK

Energi merupakan kebutuhan penting dalam kehidupan pada era modern ini. Sebagian besar energi yang digunakan selama ini berasal dari sumber daya energi fosil, yang jumlahnya terbatas dan tidak dapat diperbaharui kembali. Oleh karena itu, Indonesia yang memiliki potensi angin yang cukup baik dan angin sendiri merupakan salah satu energi terbarukan dapat dimanfaat sebagai sumber energi yang dapat mengurangi penggunakan energi yang sudah ada dengan cara mengubah energi angin menjadi energi listrik dengan kincir angin yang porosnya terhubung dengan generator. Pada tugas akhir ini menggunakan model kincir angin poros horizontal 2 sudu diameter 1 meter dengan lebar maksimal 10 sentimeter dari pusat poros berbahan komposit. Tujuan tugas akhir ini adalah mengetahui a) daya kincir, b) torsi, c) koefisien daya dan d) tip speed ratio. Hasil penelitian terhadap kincir angin poros horizontal 2 sudu adalah a) daya terbesar yang dihasilkan dari kincir angin yaitu 23,08 watt pada torsi 0,64 N.m dengan kecepatan angin 9 m/s. b) Torsi terbesar yang dihasilkan oleh kincir angin 0,7 N.m pada kecepatan putar kincir 398 rpm terjadi pada kecepatan angin 9 m/s. c) Koefisien daya tertinggi yang didapatkan 13,02 % pada tsr 3,9 dengan kecepatan

vii


angin 7 m/s. d) Tip speed ratio tertinggi yang didapatkan 4,8 pada kecepatan putar kincir 629 rpm terjadi pada kecepatan angin 7 m/s. Kata kunci : sudu berbahan komposit, daya kincir, torsi, koefisien daya, tip speed ratio.

viii


ABSTRACT

Energy is one of the most important things in this modern era. Most of the energy that has been used until now comes from fossil, which is classified as unrenewable energy and it could be running out as the time goes by. Indonesia has a great potential in wind energy and it would be very important to maximize it. Wind is one of the natural sources that can be transformed as a renewable energy with a windmill. With the windmill that connected with the generator, the wind energy could be transformed into electrical energy. The type of windmill that has been used in this final project is the two-bladed composite horizontal axis windmill with one meter in diameter and maximally 10 centimeters width from the center of the axis. The purpose of this final project is to determine a) windmill output power, b) torque, c) coefficient of performance, and d) tip speed ratio. The final result of the experiment using this two-bladed horizontal axis windmill are: a) The biggest ouput power of the windmill is 23,08 Watt, with the torque of 0,64 N.m and the wind speed of 9 m/s. b) The biggest torque of the windmill is 0,7 N.m, with the rotation speed of 398 rpm and the wind speed of 9 m/s. c) The biggest coefficient of power of the windmill is 13,02%, with the tip speed ratio of 3,9 and the wind speed of 7 m/s. d) The biggest tip speed ratio of the windmill is 4,8 with the rotation speed of 629 rpm and the wind speed of 7 m/s. Keywords: composite blade, output power of windmill, torque, coefficient of power, tip speed ratio

ix


KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha atas limpahan rahmatNya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik dan tepat pada waktunya. Skripsi ini merupakan salah satu syarat wajib bagi setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma untuk mendapatkan gelar S1 Teknik Mesin. Berkat

bimbingan,nasihat,

dan

doa

yang

diberikan

oleh

berbagai

pihak,akhirnya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik dan juga maksimal. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati dan ketulusan,penulis mengucapkan terima kasih sbesar-besarnya kepada : 1. Sudi Mungkasi, 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 Universitas Sanata Dharma Yogyakarta dan sekaligus sebagai Dosen Pembimbing Akademik. 3. Doddy Purwadianto, ST., M.T selaku Dosen Pembimbing Skripsi. 4. Herman Yosef Sumarto dan Anastasia Sumarni sebagai kedua orang tua saya yang selalu memberi semangat baik berupa materi maupun spiritual. 5. Bernardus Morgan Wijayanto, dan Kukuh Wahyu Aji Sukma yang tak hentihentinya memberi bantuan dan semangat kepada penulis .

x


6. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma atas semua ilmu yang telah diberikan kepada penulis selama perkuliahan. 7. Seluruh Tenaga Kependidikan Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi yang telah membantu penulis selama perkuliahan hingga selesainya penulisan skripsi ini. 8. Semua teman-teman Teknik Mesin dan pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah memberikan bantuan moril maupun material sehingga proses penyelesaian skripsi ini berjalan dengan lancar. Akhir kata, penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini tidaklah sempurna,karena tidak ada gading yang tak retak sehingga kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca sangat diharapkan demi penyempurnaan skripsi ini di kemudian hari.Akhirnya, besar harapan penulis agar skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Yogyakarta, 26 Juli 2016

Penulis

xi


DAFTAR SIMBOL

Simbol

Keterangan

ρ

Massa jenis (kg/m3)

r

Jari-jari kincir (m)

A

Luas penampang (m2) Kecepatan angin (m/s) Kecepatan sudut (rad/s)

n

Kecepatan putar rotor (rpm)

F

Gaya pengimbang (N)

T

Torsi (Nm)

Pin

Daya angin (watt)

Po

Daya listrik (watt)

Pout

Daya kincir (watt)

TSR

Tip Speed Ratio

Cp

Koefisien daya (%) massa udara (kg)

Ek

Energi kinetik (Joule) Volume (m3)

V

Tegangan (Volt)

I

Arus (Ampere) Panjang (m) Waktu (s)

xii


DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL …………………………………………………………

i

TITLE PAGE ………………………………………………………………….

ii

HALAMAN PERSETUJUAN ……………………………………………….

iii

HALAMAN PENGESAHAN ……………………………………………….

iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ……………………………………..

v

LEMBAR PERNYATAAN PBLLIKASI KARYA ILMIAH ……………. ...

vi

ABSTRAK ……………………………………………………………………

vii

ABSTRACT ..…………………………………………………………………

ix

KATA PENGANTAR ………………………………………………………..

x

DAFTAR SIMBOL … ………………………………………………………..

xii

DAFTAR ISI ………………………………………………………………. ....

xiii

DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………....

xvi

DAFTAR TABEL …………………………………………………………….

xx

BAB I PENDAHULUAN …………………………………………………….

1

1.1. Latar Belakang ……………………………………………………

1

1.2. Rumusan Masalah ………………………………………………...

3

1.3. Tujuan Penelitian …………………………………………………

4

1.4. Batasan Masalah ………………………………………………….

4

1.5. Manfaat Penelitian ………………………………………………..

5

BAB II DASAR TEORI …………………………………………………….. 2.1. Energi Angin …………………………………………………….. xiii

7 7


2.2. Kincir Angin ……………………………………………………..

8

2.2.1. Potensi Kincir Angin …………………………………..

8

2.2.2. Jenis Kincir Angin ……………………………………..

11

2.2.3. Rumus Perhitungan ……………………………...……..

16

2.3. Kincir Angin Poros Horizontal Berbahan Komposit …………….

20

2.4. Komposit …………………………………………………………

21

2.4.1. Fasa Penyusun Komposit ………………………………

22

2.5. Fiberglass ………………………………………….......................

30

2.6. Resin Epoksi …..…………………………………………………

32

2.7. Keistimewaan Komposit …………………………………………

32

2.8. Tinjauan Pustaka …………………………………………………

33

BAB III METODE PENELITIAN …………………………………………...

34

3.1. Diagram Alir ……………………………………………………...

34

3.2. Objek Penelitian …………………………………………………..

35

3.3. Alat dan Bahan …………………………………………………....

35

3.3.1. Alat ……………………………………………………...

35

3.3.2. Bahan ……………………………………………………

42

3.4. Desain Kincir Angin ………………………………………………

45

3.5. Pembuatan Sudu / Blade Kincir Angin …………………………..

48

3.6. Waktu Penelitian …………………………………………………

51

3.7.Variasi Penelitian dan Variasi Ukur ………………………………

52

3.7.1. Variasi penelitian ………………………………………..

52

3.7.2. Variasi Ukur …………………………………………….

52

3.8. Parameter yang Dihitung …………………………………………

52

xiv


3.9. Langkah Penelitian ……………………………………………….

53

4.0. Langkah Pengolahan Data ………………………………………..

54

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ………………………….

57

4.1. Data hasil Penelitian ……………………………………………...

57

4.2. Pengolahan Data ………………………………………………….

59

4.2.1. Perhitungan Daya Angin ……………………………….

59

4.2.2. Perhitungan Daya Kincir ……………………………….

59

4.2.3. Perhitungan Koefisien Daya ……………………………

60

4.2.4. Perhitungan Tip Speed Ratio …………………………...

61

4.3. Data Hasil Perhitungan …………………………………………...

61

4.4. Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan ………………………

62

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ……………………………………...

66

5.1. Kesimpulan ……………………………………………………….

66

5.2 Saran ……………………………………………………………....

67

DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………………...

68

LAMPIRAN ………………………………………………………………….

69

xv


DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1

Contoh Kincir Propeler Tiga Sudu …………………………...

12

Gambar 2.2

Contoh Kincir American Multi Blade ………………………..

12

Gambar 2.3

Contoh Kincir Angin Dutch four arm ………………………...

13

Gambar 2.4

Contoh Kincir Angin Sumbu Vertikal Tipe Savonius ………..

14

Gambar 2.5

Contoh Turbin Angin Sumbu Vertikal Tipe Darrieus ………..

15

Gambar 2.6

Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) dan tip Speed Ratio (tsr) ……………………………………...

Gambar 2.7

20

Contoh Kincir Angin Sumbu Horizontal dengan Desain Sudu Setengah Aerofoil Naca 2412 ………………………….

21

Gambar 2.8

Contoh Komponen Bahan Komposit …………………………

22

Gambar 2.9

Klasifikasi Komposit Berdasarkan Bentuk Matriksnya ……....

23

Gambar 2.10 Contoh Particulate Composites ……………………………….

27

Gambar 2.11 Contoh Fibre Composites …………………………………….

28

Gambar 2.12 Contoh Structural Compositses Laminate …………………....

29

Gambar 2.13 Contoh Structural Composites Sanwich Panel ……………….

29

Gambar 2.14 Contoh Fiberglass ………………………………………….....

30

Gambar 2.15 Contoh Resin Epoksi …………...…………………………….

32

Gambar 3.1

Diagram Alir Penelitian Kincir Angin Berbahan Komposit …

35

Gambar 3.2

Desain Sudu / Blade ………………………………………….

36

Gamabr 3.3

Dudukan Sudu ………………………………………………..

37

Gambar 3.4

Anemometer ………………………………………………….

38

Gambar 3.5

Takometer …………………………………………………….

38

xvi


Gambar 3.6

Timbangan Digital …………………………………………....

39

Gambar 3.7

Generator ……………………………………………………..

39

Gambar 3.8

Fan Blower ……………………………………………………

40

Gambar 3.9

Voltmeter ……………………………………………………..

40

Gambar 3.10 Ampermeter …………………………………………………..

41

Gambar 3.11 Skema Pembebanan Lampu ………………………………….

41

Gambar 3.12 Epoksi / Resin ………………………………………………..

42

Gambar 3.13 Hardener / Katalis ……………………………………………

43

Gambar 3.14 Fiberglass …………………………………………………….

43

Gambar 3.15 Alumunium Foil ……………………………………………...

44

Gambar 3.16 Pipa Wavin 8 inci ………………………………………….....

45

Gambar 3.17 Dempul ……………………………………………………...

45

Gambar 3.18 Skema Penampang Pipa Pvc 8 Inci sebagai Bahan Sudu .......

45

Gambar 3.19 Skema Penampang Pipa Pvc 8 Inci di Sketsa Ukuran Dalam Satuan Sentimeter ……………………………………

46

Gambar 3.20 Skema Penampang Pipa Pvc 8 Inci Setelah di Potong Sesuai dengan Ukuran Spesifik ……………………………..

46

Gambar 3.21 Dimensi Kincir Angin Dalam Penelitian, Ukuran Dalam Satuan Sentimeter …………………………………………...

47

Gambar 3.22 Dimensi Kincir Angin Dalam Penelitian, Ukuran Dalam Satuan Sentimeter …………………………………………...

47

Gambar 3.23 Posisi Lebar Maksimal Sudu Pada Saat Pengaplikasian Dan Penelitian ……………………………………………….

47

Gambar 3.24 Skematik Dimensi Jincir Angin ……………………………..

48

Gambar 4.1

Hubungan Putaran Poros dan Torsi Kincir Angin Poros

xvii


Horizontal 2 Sudu Diameter 1 Meter Berbahan Komposit Pada 3 Variasi Kecepatan Angin …………………………...... Gambar 4.2

64

Hubungan Koefisien Daya Mekanis Kincir (Cp) dan Torsi Kincir Angin Poros Horizontal 2 Sudu Diameter 1 Meter Berbahan Komposit Pada 3 Variasi Kecepatan Angin ……….

Gambar 4.3

64

Hubungan Koefisien Daya Mekanis Kincir (Cp) dan Tip Speed Ratio (TSR) Kincir Angin Poros Horizontal 2 Sudu Diameter 1 Meter Berbahan Komposit Pada 3 Variasi Kecepatan Angin ……………………………..

Gambar 6.1

Hubungan Putaran Poros dan Torsi Kincir Angin Poros Horizontal 2 Sudu Diameter 1 Meter Berbahan Komposit …..

Gambar 6.3

69


Gambar 6.4

69


Gambar 6.3

64

70

Hubungan Koefisien Daya Mekanis Kincir (Cp) dan Torsi Kincir Angin Poros Horizontal 2 Sudu Diameter 1 Meter Berbahan Komposit ………………………………………….

Gambar 6.5

70


Gambar 6.6

70


Gambar 6.7

Hubungan Koefisien Daya Elektris Kincir (Cp) dan Torsi

xviii

71


Kincir Angin Poros Horizontal 2 Sudu Diameter 1 Meter Berbahan Komposit …………………………………………. Gambar 6.8

72

Hubungan Koefisien Daya Elektris Kincir (Cp) dan Torsi Kincir Angin Poros Horizontal 2 Sudu Diameter 1 Meter Berbahan Komposit ………………………………………….

Gambar 6.9

72

Hubungan Koefisien Daya Elektris Kincir (Cp) dan Torsi Kincir Angin Poros Horizontal 2 Sudu Diameter 1 Meter Berbahan Komposit ………………………………………….

73

Gambar 6.10 Hubungan Koefisien Daya Mekanis (Cp) dengan Tip Speed Ratio (TSR) Kincir Angin Poros Horizontal 2 Sudu Diameter 1 Meter Berbahan Komposit ..……………………..

73


74


74

Gambar 6.13 Hubungan Koefisien Daya Elektris (Cp) dengan Tip Speed Ratio (TSR) Kincir Angin Poros Horizontal 2 Sudu Diameter 1 Meter Berbahan Komposit ...……………………..

75

Gambar 6.14 Hubungan Koefisien Daya Elektris (Cp) dengan Tip Speed Ratio (TSR) Kincir Angin Poros Horizontal 2 Sudu Diameter 1 Meter Berbahan Komposit ...…………………….. Gambar 6.15 Hubungan Koefisien Daya Elektris (Cp) dengan Tip Speed Ratio (TSR) Kincir Angin Poros Horizontal 2 Sudu

xix

75


Diameter 1 Meter Berbahan Komposit ...……………………..

76

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1

Grafik Kincir Angin Hingga Tahun 2010 ……………….......

2

Tabel 2.1

Grafik Kapasitas Kincir Angin yang Telah Terpasang ……..

9

Tabel 2.2

Grafik Kincir Angin yang Baru Dipasang …………………..

9

Tabel 2.3

Grafik Pertambahan Kapasitas Kincir Angin Tahun 2008 - 2009 Menurut Wiser and Bolinger ( 2009 ) ....………

10

Tabel 2.4

Tabel Jenis dan Karakteristik Material Komposit ...………...

26

Tabel 2.5

Typical Proerties of Reinforcing Fiber ……………………...

28

Tabel 2.6

Sifat-sifat Dari Berbagai Jenis Fiberglass …………………...

31

Tabel 2.7

Komposisi Kimia Jenis – Jenis Fiberglass ………………… .

31

Tabel 4.1

Hasil Dari Pengambilan Data Dengan Kecepatan Angin Rata – Rata 9 m/s ...………………………………………….

Tabel 4.2

Hasil Dari Pengambilan Data Dengan Kecepatan Angin Rata – Rata 8 m/s ……………………………………………

Tabel 4.3

62


Tabel 4.6

58


Tabel 4.5

58


Tabel 4.4

57

62


xx

62


BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Pada peradaban era modern ini, banyak bermunculan penemuan – penemuan untuk menunjang berbagai aspek kehidupan manusia yang masih banyak bertumpu pada pasokan energi. Dilihat dari tingkat konsumsi energi belakangan ini mengalami peningkatan, terlebih pada penggunaan sumber energi yang berasal dari sumber daya fosil. Sumber daya energi fosil merupakan salah satu sumber energi yang paling banyak digunakan oleh manusia. Namun, tingginya tingkat konsumsi manusia terhadap sumber daya fosil ini dapat menjadi ancaman sendiri bagi manusia dimasa depan karena sumber daya fosil merupakan sumber daya alam yang sifatnya terbatas dan tidak dapat diperbaharui. Oleh karena itu diperlukan solusi yang dapat mengimbangi kebutuhan manusia akan energi yang semakin meningkat. Salah satu solusi yang tepat yaitu beralih dari energi fosil ke energi terbarukan. Energi terbarukan merupakan energi yang akhir – akhir ini banyak digunakan untuk menggantikan energi yang berasal dari fosil, selain energi terbarukan bersifat tidak terbatas dan dapat diperbaharui lagi, hal ini menjadi salah satu keunggulan dari energi terbarukan. Sumber energi terbarukan dapat berasal dari sinar matahari, aliran sungai dan angin. Diantara beberapa pilihan tersebut, Indonesia memiliki potensi angin yang

1

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 2

bagus. Dimana perbedaan tekanan udara akan menghasilkan hembusan angin sehingga dapat dibuat alat rekayasa angin untuk memanfaatkannya seperti kincir angin. Kincir angin dapat mengubah angin menjadi energi listrik dengan prinsip angin akan menggerakan sudu – sudu kincir angin yang terhubung dengan poros generator dan dari generator tersebut dihasilkanlah energi listrik dari putaran kincir angin. Menurut data dari World Wind Energy Association ( 1997 – 2010 ) , kapasitas kincir angin yang terpasang di seluruh dunia mengalami peningkatan yang pesat dari tahun ke tahun dalam kurun waktu 13 tahun terakhir yang laju pertumbuhannya dapat dilihat pada grafik berikut ini :

Grafik 1.1 Grafik Kincir Angin Hingga Tahun 2010

Hal ini menunjukan bahwa kincir angin merupakan salah satu energi terbarukan yang menjanjikan dan Indonesia merupakan salah satu negara yang memiliki potensi angin


yang cukup baik untuk dapat memanfaatkan kincir angin sebagai sumber energi terbarukan karena menurut Bidang Konversi Energi Dirgantara ( 2006 ) , Indonesia memiliki potensi angin sebesar 3 – 5 m/s. Menurut jenisnya, kincir angin terbagi menjadi dua jenis, yaitu kincir angin dengan poros horizontal dan kincir angin dengan poros vertikal. Pada penelitian ini, penulis akan meneliti kincir angin poros horizontal berjenis propeller. Karakteristik material komposit yang ringan bobotnya, memiliki tingkat kekuatan yang tinggi dan dapat menahan beban yang cukup tinggi. Oleh karena itu, pada penelitian ini penulis ingin mengetahui besarnya daya, kecepatan putar poros kincir dan tingkat efisiensi dari kincir angin poros horizontal berjenis propeller dari material komposit dengan matriks epoksi dan serat kaca.

1.2. Rumusan Masalah Masalah yang akan dipecahkan dalam Tugas Akhir ini adalah : 1.

Pemanfaatan angin yang merupakan salah satu energi terbarukan, dalam artian angin yang keberadaanya tidak pernah habis dan tidak terbatas jumlahnya, akan tetapi potensi dari energi angin ini belum dimanfaatkan secara maksimal oleh negara kita, terlebih di Indonesia yang memiliki potensi angin yang bagus.


2.

Untuk memaksimalkan pemanfaatan potensi energi angin yang bagus di Indonesia, dibutuhkan alat rekayasa tenaga angin yaitu kincir angin yang nantinya dapat mengubah angin menjadi energi listrik yang mampu menghasilkan daya yang besar dan efisiensi yang cukup tinggi sehingga mampu menggantikan energi yang sudah ada.

3.

Agar kincir angin dapat menghasilkan daya energi listrik yang besar dan memiliki efisiensi yang cukup tinggi, dibutuhkan model kincir angin dengan bahan material dan jumlah sudu – sudu yang terbaik.

1.3. Tujuan Penelitian Tujuan Tugas Akhir ini adalah : 1.

Merancang dan membuat kincir angin poros horizontal 2 sudu diameter 1 m dari material komposit dengan matriks epoksi dan serat kaca.

2.

Menentukan koefisien daya terbaik dari masing – masing variasi kecepatan angin.

3.

Mengetahui unjuk kerja kincir angin poros horizontal 2 sudu diameter 1 meter.

1.4. Batasan Masalah


Pembuatan kincir angin dengan memperhatikan batasan – batasan sebagai berikut : Batasan-batasan yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1.

Kincir angin menggunakan bahan komposit.

2.

Kincir angin menggunakan desain bilah dari potongan pipa pvc 8 inch dengan lebar sudu maksimal 10 cm dari pusat poros.

3.

Diameter kincir yang dirancang hanya skala laboratorium yaitu berdiameter 100cm.

4.

Dilakukan 3 variasi kecepatan angin yaitu pada kecepatan angin 9 m/s , 8 m/s, dan 7 m/s.

5.

Mekanisme pembebanan (dump load) pada sistem kincir angin pada penelitian ini yaitu menggunakan beban lampu pijar sebanyak 12 buah.

6.

Digunakan generator DC magnet permanen dengan efisiensi 70% sebagai alat penunjang penelitian.

7.

Penelitian dilaksanakan dengan cara meletakkan sistem kincir di depan blower 15 HP 1450 rpm dan volume 2250 m3/m.

8.

Penelitian dilaksanakan di laboratorium konversi energi Universitas Sanata Dharma.

1.5. Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian adalah :


1.

Mengetahui unjuk kerja kincir angin angin poros horizontal 2 sudu diameter 1m dari material komposit dengan matriks epoksi dan serat kaca.

2.

Memperluas dan menambah pengetahuan tentang pembuatan kincir angin dari bahan komposit dengan matriks epoksi dan serat kaca.

3.

Penghematan bahan bakar fosil dan penggantinya adalah kincir angin untuk menjaga dan melestarikan bumi ini.

4.

Sebagai wujud kontribusi penulis dalam pengembangan energi terbarukan, khususnya energi angin menjadi energi listrik.


BAB II DASAR TEORI

2.1. Energi Angin

Energi angin merupakan salah satu energi yang telah lama ada, dan secara konversi energi angin menjadi bentuk energi memanaskan tanah dan hal tersebut akan mengakibatkan atmosfer menjadi hangat. Ketika suatu udara panas naik, hal ini menyebabkan tekanan atmosfer bumi berkurang dan udara akan bergerak untuk berpindah ke tempat tersebut. Udara dingin yang bergerak inilah yang disebut sebagai angin. Angin sejak jaman dulu sudah banyak dimanfaatkan untuk mendorong kapal yaitu dengan menggunakan layar. Pada saat ini, energi angin banyak dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik dengan cara mengubah energi kinetik menjadi energi listrik. Selain itu, angin merupakan salah satu sektor energi terbarukan yang paling berpotensi dan maju di tahun – tahun mendatang karena memiliki rasio yang tinggi sebagai pemasok kebutuhan energi dunia saat ini.

Energi angin merupakan sumber energi terbarukan yang keberadaaanya tidak dapat habis dibandingkan dengan bahan bakar fosil dan energi angin yang tersedia di atmosfer lima kali lebih banyak daripada konsumsi energi dunia saat ini.

7


Indonesia yang secara geografis terletak pada jalur katulistiwa memiliki potensi angin dengan kecepatan rata – rata 3 – 5 m/s termasuk tertinggal dalam memanfaatkan energi angin sebagai sumber energi listrik. Indonesia yang memiliki garis pantai yang panjang dapat menjadi potensi besar untuk memanfaatkan energi angin yang ada dan perubahan iklim yang terjadi akibat dari pemanasan global ternyata meningkatkan potensi angin di Indonesia terutama di daerah – daerah tertentu seperti Sumatera, pantai Selatan Jawa, Nusa Tenggara dan Sulawesi.

2.2. Kincir Angin Kincir angin adalah sebuah alat yang digerakkan oleh energi angin sehingga menghasilkan energi gerak atau energi mekanik. Dahulu, kincir angin banyak ditemukan di negara Belanda, Denmark dan negara – negara eropa lainnya yang pada saat itu dimanfaatkan untuk menumbuk hasil pertanian, penggilingan gandum dan irigasi. Sekarang, kincir angin dapat dimanfaatkan sebagai penghasil energi listrik.

2.2.1. Potensi Kincir Angin Kincir angin merupakan salah satu energi terbarukan yang paling banyak digunakan di seluruh dunia hingga saat ini. Dari tahun ke tahun, kapasitas kincir angin yang terpasang di seluruh dunia mengalami peningkatan pesat dalam kurun waktu 10 tahun terakhir.


Grafik 2.1 Grafik Kapasitas Kincir Angin yang telah terpasang ( 2010 )

Laju pertambahan kincir angin baru yang dipasang setiap tahunnya mengalami peningkatan secara drastis. Menurut World Wind Energy Association ( 2010 ), laju pertumbahan kincir angin bertambah dari yang semula 21,3 % pada 2004 bertambah secara konstan hingga 31,7 % tahun 2009.

Grafik 2.2 Grafik Kincir Angin yang baru dipasang ( 2010 ) Menurut Wiser dan Bolinger ( 2009 ), dari negara – negara di seluruh dunia yang memanfaatkan kincir angin sebagai sumber energi terbarukan. Amerika Serikat


memimpin dengan total kapasitas kincir angin yang terpasang sebesar 35,1 GW, China sebesar 26 GW, dan Jerman sebesar 25,7 GW. Tetapi, Amerika Serikat hanya menggunakan 2% saja dalam memanfaatkan energi angin untuk menyuplai listrik. Dalam urusan pemanfaatan energi angin untuk menyuplai listrik, Denmark memimpin dengan persentase sebesar 20%, Portugal sebesar 15%, dan Spanyol sebesar 14%.

Grafik 2.3 Grafik Pertambahan Kapasitas Kincir Angin Tahun 2008 - 2009 Menurut Wiser and Bolinger ( 2009 )

2.2.2. Jenis Kincir Angin Jenis – jenis kincir angin dapat dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu : 1. Horizontal Axis Wind Turbine ( HAWT ) / Turbin Angin Sumbu Horizontal ( TASH ) Turbin Angin Sumbu Horizontal adalah turbin atau kincir angin yang memiliki poros utama sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai


dengan arah datangnya angin. Terdiri dari sebuah menara dan sebuah kincir yang dipasang dipuncak menara kincir. Poros kincir jenis ini dapat berputar 360o terhadap sumbu vertikal untuk menangkap dan menyesuaikan arah angin.

Kelebihan Kincir Angin Sumbu Horizontal adalah : a. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi b. Memiliki faktor keamanan yang baik karena posisi sudu yang berada dipuncak menara c. Material yang digunakan lebih sedikit Kekurangan Kincir Angin Sumbu Horizontal adalah : a. Biaya pemasangan lebih mahal dibandingkan dengan kincir angin sumbu vertikal b. Proses pembuatan dan pemasangan kincir angin sumbu horizontal cukup sulit karena memiliki konstruksi yang tinggi c. Rawan apabila dipasang di daerah padat penduduk

Beberapa jenis kincir angin horizontal yang sudah umum dikenal dan dikembangkan: a.

Kincir Angin Propeler Tiga Sudu


Gambar 2.1 Contoh Kincir Propeler Tiga Sudu Sumber : https://repository.usd.ac.id/ b.

Kincir Angin America Multi Blade

Gambar 2.2 Contoh

Kincir American Multi Blade Sumber :http://en.wikipedia.org/wiki/File:

c. Kincir Angin Dutch Four Arm


Gambar 2.3 Contoh Kincir Angin Dutch four arm Sumber: http://en.wiktionary.org/wiki/windmill

2. Vertical Axis Wind Turbine ( VAWT )/Turbin Angin Sumbu Vertikal ( TASV ) Turbin Angin Sumbu Vertikal merupakan turbin angin yang didesain untuk menerima angin dari segala arah dan mampu bekerja pada kecepatan yang rendah. Selain itu, turbin ini memiliki tingkat efisiensi yang lebih rendah dibandingkan dengan turbin angin sumbu horizontal. Ada beberapa tipe turbin angin sumbu vertikal yang sering digunakan, diantaranya adalah Tipe Savonius dan Tipe Darrieus.

a. Turbin Angin Sumbu Vertikal Tipe Savonius ini pertama kali diciptakan oleh seorang insinyur asal Filandia SJ Savonius pada tahun 1929. Kincir Turbin Angin Sumbu Vertikal ini adalah jenis turbin yang paling sederhana dan menjadi versi besar dari anemometer. Tipe Savonius ini


dapat berputar karena adanya gaya dorong dari angin, sehingga rotor tidak akan melebihi kecepatan angin. Jenis turbin ini cocok untuk aplikasi daya yang rendah dan biasanya digunakan pada kecepatan angin yang berbeda.

Gambar 2.4 Contoh Kincir Vertikal Tipe Savonius Sumber :

Angin Sumbu http://es.wikipedia.org/

b. Turbin Angin Sumbu Vertikal Tipe Darrieus ini pertama kali diciptakan oleh seorang insinyur Perancis George Jeans Maria Darrieus yang dipatenkan pada tahun 1931. 2 bentuk dari turbin darrieus ini diantaranya “ Eggbeater / Curved Bladed “ dan “ Straightbladed “ Turbin Angin Sumbu Vertikal. Kincir angin Darrieus mempunyai bilah sudu yang disusun dalam posisi simetri dengan sudu bilah yang diatur relatif terhadap poros. Dengan pengaturan tersebut, cukup efektif untuk menangkap berbagai arah angin. Kincir angin Darrieus


bergerak dengan memanfaatkan gaya angkat yang terjadi ketika angin bertiup. Bilah sudu turbin Darrieus bergerak berputar menggelilingi sumbu.

Gambar 2.5 Contoh Turbin Angin Sumbu Vertikal Tipe Darrieus Sumber : http://es.wikipedia.org/ Kelebihan Kincir Angin Sumbu Vertikal yaitu : a. Dapat dibangun pada lokasi yang relatif padat penduduk. b. Tidak membutuhkan struktur menara yang tinggi. c. Pemasangan dekat dengan tanah mempermudah menjaga bagian yang bergerak. d. Kincir angin jenis ini tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah. Kekurangan Kincir Angin Sumbu Vertikal yaitu :


a. Sebagian besar jenis Kincir Angin Sumbu Vertikal mempunyai torsi awal yang rendah dan membutuhkan energi untuk mulai berputar. b. Turbin Angin Sumbu Vertikal tidak mengambil keuntungan dari angin yang melaju lebih kencang di elevasi yang lebih tinggi. c. Sebagian besar Turbin Angin Sumbu Vertikal memproduksi energi hanya 50% dari efisiensi Turbin Angin Sumbu Horizontal karena drag tambahan yang dimilikinya saat kincir berputar.

2.2.3. Rumus Perhitungan Rumus perhitungan yang digunakan untuk mengetahui unjuk kerja kincir angin adalah : a) Energi Kinetik Energi Kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda akibat pergerakan benda tersebut,yang dapat dirumuskan : Ek = 1/2. m. v2 dimana : m

: massa udara (kg)

v

: kecepatan angin (m/s)

b) Daya Angin

(1)


Daya Angin (Pin) adalah daya yang tersedia oleh angin dimana daya ini berbanding lurus dengan pangkat tiga kecepatannya dan dapat dirumuskan sebagai berikut : Pin = 1/2 ρ A v3

(2)

dimana: Pin

: daya yang tersedia pada angin (Watt)

A

: luas penampang sudu (m2)

ρ

: massa jenis udara (kg/m3)

v


c) Torsi Torsi (T) adalah hasil perkalian besarnya gaya pembebanan (F) dengan panjang lengan torsinya (l) sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut : T=Fl

(3)

dimana: T

: torsi (N.m)

F

: gaya pembebanan (N)

l

: panjang lengan torsi (m)

d) Daya Kincir Daya Kincir (Pout) adalah daya yang dihasilkan oleh kincir sebagai akibat adanya angin yang menghantam sudu kincir sehingga sudu kincir bergerak melingkar. Daya yang dihasilkan oleh sudu kincir yang berputar adalah :


Pout = T Untuk menentukan kecepatan sudut, digunakan persamaan :

(4)

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

(5)

Untuk menentukan daya output elektris digunakan persamaan : VI dimana: Pout

: daya yang dihasilkan kincir (Watt)

T

: torsi (N.m)

n

: putaran poros kincir (rpm) : kecepatan sudut (rad/s)

V

: tegangan output generator

I

: arus output generator

e) Koefisien Daya


Koefisien Daya (Cp) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir angin dengan daya yang tersedia oleh angin sehingga bisa dirumuskan sebagai berikut : (6) dimana : Cp

: koefisien daya

Pout

: daya yang dihasilkan oleh kincir angin (Watt)

Pin

: daya yang tersedia oleh angin (Watt)

f) Tip Speed Ratio Tip Speed Ratio adalah perbandingan antara kecepatan di ujung sudu kincir angin dengan kecepatan anginnya sehingga dapat dirumuskan : (7)

dimana : tsr

: tip speed ratio

n

: kecepatan putar poros kincir angin (rpm)

r

: jari-jari sudu kincir angin (m)

v


Hubungan koefisien daya ( cp ) dengan tip speed ratio ( tsr ) dari berbagai jenis kincir angin adalah 59%. Menurut Albert Betz, teorinya tersebut dinamakan dengan Betz Limit dengan grafik sebagai berikut :


Gambar 2.6 Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) dan Tip Speed Ratio (tsr) Sumber : www.windturbine-performance.com

2.3. Kincir Angin Poros Horizontal Berbahan Komposit Pada tugas akhir ini, jenis kincir angin yang akan saya teliti adalah kincir angin poros horizontal 2 sudu diameter. Kincir angin poros horizontal 2 sudu berbahan komposit kebanyakan memiliki sudu berjumlah tiga yang berpenampang aerofoil, dimana putaran porosnya harus searah dengan arah datangnya angin.


Gambar 2.7 Contoh Kincir Angin Sumbu Horizontal dengan Desain Sudu Setengah Aerofoil Naca 2412 Sumber : www.windturbine.com Kelebihan kincir angin poros horizontal berbahan komposit adalah sebagai berikut : a. Mampu berputar pada kecepatan yang tinggi. b. Berat sudu yang lebih ringan. c. Mampu menghasilkan daya yang besar. d. Konstruksi kincir yang jauh dari tanah sehingga faktor keamanan yang lebih tinggi. 2.4. Komposit Secara umum komposit diartikan yaitu paduan dari dua atau lebih material yang tidak saling mencampur yang hasilnya membentuk sifat material yang baru


sehingga didapatkan material yang memiliki sifat lebih baik dari material penyusunnya. .

Analoginya, material A digabungkan dengan material B membentuk paduan

material A-B yang memberikan karakter material yang baru, lebih baik dari material A dan B secara terpisah. Contoh sederhana, misalkan beton bertulang, paduan beton dengan “ tuang – tulang besi “ menjadikan beton bertulang memiliki karakter tangguh untuk menopang beban yang tinggi.

Gambar 2.8 Contoh Komponen Bahan Komposit 2.4.1. Fasa Penyusun Komposit Suatu komposit tersusun atas 2 fasa, yaitu :


a. Matriks ( Bahan Utama ) Gibson R.F, ( 1994 ) mengatakan bahwa matrik dalam struktur komposit bisa berasal dari bahan polimer, logam, maupun keramik. Matrik secara umum berfungsi untuk mengikat serat menjadi satu struktur komposit. Matrik sendiri memiliki fungsi -

Mengikat serat menjadi satu kesatuan struktur

-

Melindungi serat dari kerusakan akibat kondisi lingkungan

-

Menstransfer dan mendistribusikan beban ke serat

-

Menyumbangkan beberapa sifat seperti, kekakuan, ketangguhan dan ketahanan listrik.

Berdasarkan matriksnya, komposit dapat dibedakan menjadi 3 jenis, yaitu :

Gambar 2.9 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Bentuk Matriksnya Sumber : yudiprasetyo53.wordpress.com

1) PMC ( Polymer Matrix Composites ) Bahan ini merupakan bahan komposit yang sering digunakan biasa disebut Polimer Berpenguatan Serat ( FRP – Fibre Reinforced Polymers or Plastics ). Bahan ini menggunakan suatu polimer


berdasarkan resin sebagai matriknya, dan suatu jenis serat seperti kaca , karbon dan aramid ( Kevlar ) sebagai penguatnya. PMC ( Polymer Matriks Composite ) merupakan matriks yang paling umum digunakan pada material komposit. Karena memiliki sifat yang lebih tahan karat, korosi dan lebih ringan. Matriks polymer terbagi 2 yaitu termoset dan termoplastik. Perbedaan polymer termoset tidak dapat didaur ulang sedangkan termoplastik dapat didaur ulang oleh karena itu banyak digunakan belakangan ini. 2) MMC ( Metal Matrix Composites ) Bahan ini menggunakan suatu logam seperti alumunium sebagai matrik dan penguatnya dengan serat seperti silikon karbida. Ditemukan berkembang pada industry otomotif. 3) CMC ( Ceramic Matrix Composite ) Bahan ini menggunakan keramik sebagai matrik dan diperkuat dengan serat pendek, atau serabut – serabut ( whiskers ) dimana terbuat dari silikon karbida atau boron nitrida. Jenis ini digunakan pada lingkungan bertemperatur tinggi.

b. Reinforcement ( Penguat / Pengisi ) Reinforcement memiliki fungsi untuk meningkatkan kekuatan dan kekakuan matrik. Penguatan ini biasanya dalam bentuk serat ( fiber ), atau serbuk. Serat yang sering digunakan dalam pembuatan komposit antara lain serat E – Glass,


Boron ( unsur non logam berupa serbuk abu dan lainnya ), Carbon, Aramid, Ceramics dan lain sebagainya. Apabila menggunakan fiber sebagai reinforced, fiber yang digunakan harus mempunyai diameter yang lebih kecil dari diameter matriksnya namun harus lebih kuat dari matriksnya dan harus mempunyai tensile strength yang tinggi. Sedangkan matriks yang digunakan juga harus memiliki modulus elastisitas yang lebih rendah daripada fiber, mempunyai ikatan yang bagus antara matriks dan fiber dan biasanya secara umum yang digunakan adalah polimer dan logam. Matriks yang dipadukan dengan fiber itu sendiri berfungsi sebagai : -

Pemisah antara fiber dan juga mencegah timbulnya perambatan crack dari suatu fiber ke fiber lain.

-

Penjepit fiber.

-

Melindungi fiber dari kerusakan permukaan.

-

Berfungsi sebagai medium dimana eksternal stress yang diaplikasikan ke komposit, ditransmisikan dan didistribusikan ke fiber.


Tabel 2.4 Contoh Jenis dan Karakteristik Material Komposit Sumber : KOMPOSIT Modul-1

Berdasarkan jenisnya, reinforcement dibagi menjadi 3 jenis sebagai berikut : 1) Particulate Composite ( penguat berbentuk partikel ) Material komposit pertikel terdiri dari satu atau lebih partikel yang tersuspensi di dalam dmatriks dari matriks lainnya. Partikel logam dan non-logam dapat digunakan sebagai matriks.


Gambar 2.10 Contoh Particulate Composites Sumber : www.studyblue.com

2) Fibre Composite ( penguat berbentuk serat ) Merupakan komposit yang terdiri dari satu lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat ( fiber ). Serat yang digunakan berupa glass fiber, carbon fibers, aramid fibers dan masih banyak yang lainnya. Serat ini dapat disusun secara acak maupun orientasi tertentu, bahkan dapat pula dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman.


Gambar 2.11 Contoh Fibre Composites Sumber : www.studyblue.com Setiap jenis serat mempunyai karakteristik atau kekhasan sendiri – sendiri, berikut ini contoh jenis bahan yang mempengaruhi kekuatan serat : Tabel 2.5 Typical Properties of Reinforcing Fiber Sumber : KOMPOSIT Modul-1


3) Structural Composite ( penggabungan komposit ) Terdiri atas sekurang – kurangnya dua material berbeda yang direkatkan bersama – sama. Proses pelapisan dilakukan dengan mengkombinasikan aspek terbaik dari masing masing – masing lapisan untuk memperoleh bahan yang berguna.

Gambar 2.12 Contoh Structural Composites Laminate Sumber : www.fao.org

Gambar 2.13 Contoh Structural Composites Sanwich Panel Sumber : www.acmgf.com


2.5. Fiberglas adalah kaca cair yang ditarik menjadi serat tipis dengan garis tengah sekitar 0,005 mm – 0,01 mm. Serat ini dapat dipintal menjadi benang atau ditenun menjadi kain, yang kemudian diresapi dengan resin sehingga menjadi bahan yang kuat dan tahan korosi.

Gambar 2.14

Contoh Fiberglass Sumber : fiberglassajm.wordpress.com

Sifat – sifat dari fiberglass yaitu sebagai berikut : 1) Tahan korosi 2) Tensile strength cukup tinggi 3) Density cukup rendah 4) Resisten terhadap dingin dan panas Tabel 2.6 Sifat-sifat Dari Berbagai Jenis Fiberglass


Keuntungan dari penggunaan fiberglass yaitu sebagai berikut : 1) Tahan terhadap korosi 2) Biaya murah Beberapa jenis fiberglass antara lain sebagai berikut : 1) E-glass 2) C-glass 3) S-glass Tabel 2.7 Komposisi Kimia Jenis-Jenis Fiberglass


2.6. Resin Epoksi Epoksida adalah senyawa eter siklik dengan cincin yang memiliki tiga anggota. Struktur dasar dari epoksida terdiri dari sebuah atom oksigen yang diikat oleh dua atom karbon berdekatan yang berasal dari hidrokarbon.Tegangan dari ketiga anggota tersebut membuat senyawa epoksida menjadi lebih reaktif daripada senyawa eter siklik.

Gambar 2.15 Contoh Resin Epoksi Sumber : www.slideshare.net

2.7. Keistimewaan Komposit Salah satu

sifat

istimewa komposit

dibandingkan dengan material

konvensional lainnya. Selain kuat, kaku dan ringan, komposit juga memiliki sifat ketahan korosi yang tinggi serta memiliki ketahanan terhadap beban dinamis. Dewasa ini pertumbuhan kendaraan mengalami kenaikan yang cukup signifikan. Kebutuhan material logam untuk pembuatan komponen kendaraan semakin meningkat. Untuk


mengurangi ketergantungan terhadap konsumsi bahan logam tersebut, berbagai industri manufaktur mulai mencari bahan material non fero yang dapat digunakan sebagai pengganti. GFRP ( glass fiber reinforced plastics ) merupakan salah satu solusi untuk mengatasi ketergantungan material logam, dalam pembuatan komponen kendaraan dan alat –alat lainnya. Selain pembuatannya mudah tetapi juga harganya relatif lebih ekonomis. 2.8. Tinjauan Pustaka Pada penelitian kincir angin poros horizontal berbahan PVC 9 inci, diameter 110 cm dengan variasi bentuk kemiringan sudu 28,7o, 34o dan 39,8o. Pengujian dilakukan dengan wind tunnel menghasilkan koefisien daya tertinggi 29,5% pada tip speed ratio 5. Diperoleh dengan model kincir angin bersudut 34o, menurut Isiodorus (2013). Selain itu, pada Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII ( SNTTM XII ) di Bandar Lampung dengan judul “ Pengaruh Posisi Sirip Sudu Terhadap Karakteristik Kincir Angin Petani Garam Di Pantai Utara Jawa “ dengan model kincir angin sudu plat datar bersirip, diameter 80 cm, ukuran sirip 30x70 cm2, jumlah sudu 2 dengan 4 variasi posisi sirip sudu ( 10o,20o,30o,40o ) didepan wind tunnel menghasilkan koefisien daya maksimum sebesar 21% dengan posisi sirip 10o pada kecepatan angin sekitar 7 m/detik menurut Doddy Purwadianto dan Trio Pordomuan (2013).


BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Diagram Alir Langkah kerja dalam penelitian yang penulis laksanakan tersaji dalam diagram alir sebagai berikut :

Mulai Perancangan sudu kincir angin propeller Pembelian alat dan bahan yang digunakan untuk membuat kincir

Pembuatan sudu kincir angin matriks (epoksi) dan reinforced (serat fiberglass)

Perakitan kincir angin

Uji coba pengoperasian kincir angin disertai mekanisme pembebanan di depan fan blower laboratorium Universitas Sanata Dharma

A

A

34


Pengambilan data kecepatan angin, putaran rotor, beban, tegangan dan arus

Pengolahan data untuk menentukan daya angin, daya kincir, CP, TSR, membandingkan putaran poros dengan torsi, lalu CP dengan TSR pada masing – masing variasi kecepatan angin

Analisa serta pembahasan

Selesai Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian Kincir Angin Poros Horizontal 2 Sudu Berbahan Komposit

3.2. Objek Penelitian Objek penelitian ini adalah kincir angin poros horizontal 2 sudu diameter 1 m berbahan komposit dengan lebar maksimal 10 sentimeter dari pusat poros, yaitu campuran antara epoksi dan serat fiberglass sebagai fasa penyusun kompositnya. Campuran tersebut memiliki peran masing – masing, epoksi berperan sebagai matriks sedangkan serat fiberglass berperan sebagai reinforced. 3.3. Alat dan Bahan 3.3.1. Alat


Alat yang digunalan dalam penelitian kincir angin dengan bahan komposit ini antara lain : 1. Sudu kincir angin Sudu kincir angin merupakan daerah untuk menerima sapuan angin sehingga nantinya berawal dari sudu inilah energi angin akan diubah menjadi energi listrik. Sudu kincir angin pada penelitian ini berjumlah 2, jenis propeller dan terbuat dari bahan komposit yaitu epoksi dan serat fiberglass. Dimensi dari kincir angin yang dipakai yaitu memiliki radius 50 cm, lebar pangkal 15,8 cm dan lebar ujung sudu 3 cm.

Gambar 3.2 Desain Sudu / Blade

2. Dudukan Sudu Dudukan sudu merupakan salah satu komponen penting yang berfungsi sebagai komponen untuk pemasangan sudu kincir angin, selain itu


dudukan sudu juga memiliki fungsi lain untuk mengatur sudut kemiringan sudu sesuai dengan yang diinginkan. Dudukan sudu yang akan digunakan pada penelitian ini berupa piringan alumunium dengan tebal 4 cm berbentuk bulat, memiliki lubang yang berjumlah 12 lubang dan dengan mudah mengatur sudut kemiringan sesuai yang diinginkan oleh peneliti, hanya dengan memutar plat dudukan sudu.

Gambar 3.3 Dudukan Sudu

3. Anemometer Anemometer adalah sebuah alat pengukur kecepatan angin sehingga dapat dicatat nantinya besar kecepatan angin yang digunakan untuk memutar kincir angin dan juga untuk mengukur suhu angin disekitar tempat pengambilan data.


Gambar 3.4 Anemometer

4. Takometer Takometer adalah sebuah alat untuk mengukur kecepatan putaran poros kincir angin, takometer ini dinyatakan dalam satuan rpm ( rotation perminute ).

Gambar 3.5 Takometer

5. Timbangan Digital Merupakan komponen yang berfungsi untuk mengetahui beban pada generator pada saat kincir berputar.


Gambar 3.6 Timbangan Digital

6. Generator Generator merupakan alat untuk mengubah energi mekanis menjadi energi listrik sehingga melalui generator ini nantinya daya listrik yang dihasilkan oleh kincir angin dapat diketahui.

Gambar 3.7

Generator

7. Fan Blower Fan blower berfungsi untuk menghembuskan angin ke sudu – sudu kincir angin agar sudu dapat berputar.


Gambar 3.8 Fan Blower

8. Voltmeter Merupakan komponen yang berfungsi untuk mengatur tegangan yang dihasilkan oleh kincir angin.

Gambar 3.9 Voltmeter

9. Amperemeter Merupakan komponen yang berfungsi untuk mengukur arus yang dihasilkan oleh kincir angin.


Gambar 3.10 Amperemeter

10. Pembebanan Pembebanan yang dilakukan dengan menggunakan lampu bermaksud untuk mengetahui performa kincir angin. Varisasi voltase lampu yang diberikan bermaksud supaya data yang dihasilkan lebih bervariasi.

Gambar 3.11 Skema pembebanan lampu 3.3.2. Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian kincir angin ini yaitu :


1. Epoksi / Resin Epoksi / resin adalah senyawa eter siklik dengan cincin yang memiliki tiga anggota. Struktur dasar dari sebuah epoksi berisi sebuah atom oksigen yang diikat pada dua atom karbon berdekatan yang berasal dari hidrokarbon.

Gambar 3.12

Epoksi / Resin

2. Hardener / Katalis Hardener / katalis adalah zat yang dapat mempercepat atau memperlambat reaksi yang pada akhir reaksi dilepaskan kembali dalam bentuk semula.


Gambar 3.13 Hardener / Katalis

3. Fiberglass Fiberglass adalah kaca cair yang ditarik menjadi serat tipis dengan garis tengah sekitar 0,005 mm - 0,01 mm. Serat ini dapat dipintal menjadi benang atau ditenun menjadi kain, yang kemudian diselimuti dengan resin sehingga menjadi bahan yang kuat dan tahan korosi.

Gambar 3.14

Fiberglass

4. Alumunium Foil Alumunium foil adalah bahan berupa lembaran logam alumunium yang padat dan tipis. Pada penelitian ini, alumunium foil digunakan untuk melapisi pipa sebelum mendapat saputan epoksi.


Gambar 3.15 Alumunium Foil

5. Pipa Wavin 8 inci Pipa Wavin 8 inci merupakan pipa yang digunakan oleh peneliti untuk membuat cetakan sesuai dengan desain yang diinginkan.

Gambar 3.16 Pipa Wavin 8 inci 6. Dempul Dempul merupakan salah satu komponen penting proses pembuatan sudu berbahan komposit, dalam hal ini dempul berguna dalam proses finishing yaitu berguna untuk menambal bagian yang berlubang pada hasil pencetakan komposit.


Gambar 3.17 Dempul

3.4. Desain Kincir Angin Desain kincir angin yang peneliti pilih memiliki penampang silinder dari potongan pipa pvc 8 inci. Posisi paling lebar sebagai penangkap angin berada 10 sentimeter diatas pusat poros. Lebar ujung sudu 3 sentimeter.

Gambar 3.18 Skema penampang pipa pvc 8 inci sebagai bahan sudu.


Gambar 3.19 Skema penampang pipa pvc 8 inci sebagai bahan sudu disketsa dengan ukuran spesifik.

Gambar 3.20 Skema penampang pipa pvc 8 inci setelah dipotong sesuai dengan ukuran spesifik.


Gambar 3.21 Dimensi kincir angin dalam penelitian, ukuran dalam satuan sentimeter.

Gambar 3.22 Dimensi kincir angin dalam penelitian, ukuran dalam satuan sentimeter.

Gambar 3.23 Posisi lebar maksimal sudu pada saat pengaplikasian dan penelitian.


Gambar 3.24 Skematik dimensi kincir angin.

3.5. Pembuatan Sudu / Blade Kincir Angin Dalam proses pembuatan sudu / blade dilakukan dengan beberapa langkah, langkah – langkahnya sebagai berikut : A. Pembuatan Cetakan 1) Membuat mal dengan kertas Ini merupakan langkah awal dalam proses pembuatan sudu / blade kincir angin. Mal yang telah dibuat sesuai dengan desain yang diinginkan ini bertujuan untuk digunakan dalam membuat mal pada pipa waving 8 inci. Selain itu, pembuatan mal dengan kertas akan lebih memudahkan peneliti daripada harus membuat langsung pada pipa. 2) Pemotongan pipa wavin 8 inci sesuai dengan mal kertas


Pada langkah berikut ini, pipa waving 8 inci yang memiliki panjang 50 cm dipotong tega lurus menjadi 2 bagian. Setelah pipa tersebut terpotong menjadi 2 bagian, tempelkan mal dari kertas diatas potongan pipa dan garislah dengan pensil atau spidol pada bagian paling luar mal sebagai penanda mal di bagian pipa. Langkah berikutnya setelah pipa sudah diberikan mal, potong pipa sesuai mal yang sudah ada dengan menggunakan gergaji besi atau serkel. 3) Menghaluskan pipa Amati hasil dari potongan pipa tersebut apakah sudah sesuai dengan mal yang diinginkan dan apakah pada bagian terluar pipa sudah halus. Dalam tahap ini, apabila potongan pipa belum sesuai dengan mal, maka pipa harus mendapat modifikasi sedikit yaitu dengan menghaluskan bagian yang belum sesuai dengan mal tersebut menggunakan amplas atau gerindra agar pipa sesuai seperti mal.

A. Pembuatan sudu / blade 1) Pelapisan cetakan pipa Potongan pipa yang telah selesai dibuat tersebut sebelum melalui langkah selanjutnya, harus dilapisi dengan menggunakan alumunium foil. Pelapisan dengan menggunakan alumunium foil ini berguna dalam proses pelepasan campuran resin yang sudah kering, ditambahkan juga sedikit


olesan vaselin pada alumunium foil yang tujuannya sama untuk mempermudah proses pelepasan resin. 2) Pencampuran epoksi / resin dengan hardener / katalis Sebelum langkah selanjutnya, campurkan terlebih dahulu epoksi dengan hardener. Dengan perbandingan kira – kira ¼ kg epoksi dicampurkan 8 -10 cc hardener. Semakin banyak campuran hardener, maka akan semakin cepat kering campuran tersebut. Akan tetapi, kekurangan dari campuran hardener yang berlebih membuat cetakan pipa menjadi lembek yang dapat mempengaruhi hasil cetakan tersebut.

3) Pembuatan sudu / blade Proses pembuatan sudu / blade dengan menggunakan komposit yang terdiri dari epoksi, hardener dan fiberglass harus dilakukan dengan cepat, karena ketika epoksi sudah tercampur dengan hardener maka campuran tersebut akan cepat kering. Pada pelapisan ini, dibutuhkan 4 lembar fiberglass dan disetiap lembar fiberglass mendapakan saputan epoksi pada bagian bawah dan atas lembaran fiberglass agar berat dan kekuatan dari komposit tersebut sesuai dengan desain yang diharapkan. Berikut langkah – langkah pembuatan sudu dari komposit : a. Oleskan campuran epoksi dan hardener tersebut pada alumunium foil yang telah diolesi terlebih dahulu dengan vaselin


b. Setelah campuran epoksi dan hardener sudah dioleskan pada alumunium foil, tempelkan serat fiberglass lalu oleskan lagi campuran epoksi dan hardener hingga 2 fiberglass. c. Lalu pasang plat alumunium dan diolesi lagi dengan campuran epoksi dan hardener serta tempelkan fiberglass seperti proses diatas. d. Lakukan langkah tersebut berulang kali sampai 4 lapis fiberglass. 4) Pengeringan dan finishing sudu / blade Setelah proses pembuatan telah selesai, keringkan sudu / blade dibawah matahari agar sudu / blade cepat kering. Jemur kira – kira 2 – 3 hari sudu / blade. Kemudian apabila sudu / blade sudah kering, potong hasil cetakan campuran epoksi dan hardener sesuai dengan mal pipa pada bagian paling dasar agar cetakan komposit tersebut sesuai dengan mal dan rapikan dengan amplas jika masih kurang sesuai dengan mal.

3.6. Waktu Penelitian Proses pembuatan kincir angin berbahan material komposit ini dilakukan pada semester genap tahun ajaran 2014/2015 hingga pertengahan semester genap tahun ajaran 2015/2016. Sedangkan proses pengambilan data, pengolahan hasil, serta pembuatan analisis beserta pembahasan dilakukan pada pertengahan semester genap tahun ajaran 2015/2016 hingga akhir semester genap tahun ajaran 2015/2016.


Pembuatan, penelitian dan pengambilan data dilakukan di Laboratorium Konservasi Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3.7. Variabel Penelitian dan Variabel Ukur 3.7.1. Variabel Penelitian A.Variasi kecepatan angin dilakukan dengan cara penempatan rangkaian kincir angin pada 3 posisi yang berbeda di depan blower. B.Variasi pembebanan dilakukan sampai menemukan beban maksimum. 3.7.2. Variabel Ukur Variebel yang diukur pada penelitian kincir angin berbahan komposit ini adalah : 1. Kecepatan angin 2. Kecepatan putar poros kincir angin 3. Gaya pengimbang 4. Tegangan output generator 5. Arus output generator 3.8. Parameter yang Dihitung a. Daya angin


b. Daya kincir c. Daya listrik d. Kecepatan sudut e. Torsi f. Omega g. CP h. Tip Speed Ratio

3.9. Langkah Penelitian Prosedur pengambilan data yang akan dilakukan oleh penulis yaitu dengan memasangkan sistem kincir angin yang dapat beroperasi sebagai pembangkit listrik di depan blower yang sudah ditentukan range kecepatan anginnya. Penulis akan melakukan variasi kecepatan angin untuk mendapatkan karakteristik kincir angin propeller tiga sudu yang akan diteliti. Sebagai langkah penelitian untuk pengambilan data, dilakukan dengan cara sebagai berikut A. Langkah awal dari percobaan yaitu mempersiapkan alat-alat penunjang pengambilan data seperti timbangan, takometer, multitester, anemometer, beban lampu, obeng, terminal, dan sudu kincir angin B. Memasang anemometer di depan blower lalu menentukan jarak antara kincir angin dan blower yang arahnya tegak lurus agar berada pada range kecepatan angin yang diinginkan untuk pengambilan data.


C. Memasang timbangan yang dihubungkan dengan lengan generator yang posisinya tegak lurus. D. Memasang sudu kincir angin. E. Memasang multitester untuk mengukur tegangan dan arus keluaran generator, kemudian dihubungkan dengan beban lampu. F. Setelah semua terpasang dan sudah siap, maka blower dinyalakan. G. Posisi kincir dikalibrasi kembali dan apabila telah memenuhi range kecepatan angin yang ditentukan, maka pengambilan data dapat dilakukan. H. Awal pengambilan data dilakukan dari beban lampu nol atau tanpa beban. Dilakukan 12 variasi beban lampu dan dimulai dengan pencatatan data kecepatan angin, putaran rotor yaitu dengan mengarahkan takometer tegak lurus dengan casing generator, gaya pengimbang, tegangan keluaran generator, dan arus keluaran generator. I. Langkah tersebut diulangi sampai mendapatkan beban maksimum pada setiap variasi kecepatan angin dan pengambilan data dilakukan pada 3 variasi kecepatan angina yang berbeda.

4.0. Langkah Pengolahan Data


Setelah dilakukan penelitian dan proses pengambilan data ( data yang diambil adalah kecepatan angin, kecepatan putar poros kincir angin, dan pembebanan ) selanjutnya data siap diolah dengan prosedur : 1. Dari data kecepatan angin yang telah didapat ( v ) dan menghitung luasan dari sudu kincir angin ( A ), maka akan didapat daya angin ( Pin ) melalui rumus yang telah tertera pada persamaan ( 2 ) pada bab dasar teori. 2. Dari data pembebanan, maka didapat gaya ( F ) sehingga nilai dari torsi ( T ) dapat dicari dengan menggunakan rumus yang telah tertera pada persamaan ( 3 ) pada bab dasar teori. 3. Setelah nilai torsi ( T ) didapat, maka dengan cara menggunakan data torsi ( T ) dan kecepatan putar kincir angin ( Pout ) melalui rumus yang tertera pada persamaan ( 4 ) pada bab dasar teori. 4. Setelah didapat daya yang dihasilkan oleh kincir angin ( Pout ) dan juga daya yang dihasilkan oleh kincir angin ( Pin ) , maka dapat dihitung nilai koefisien dayanya ( Cp ) dengan menggunakan rumus yang tertera pada persamaan ( 6 ) pada bab dasar teori. 5. Setelah didapatkan nilai koefisien dayanya ( Cp ), maka dapat diamati efisiensi dari kincir angin dengan material komposit ini. 6. Kemudian langkah yang terakhir adalah mencari tip peed ratio – nya ( TSR ) dengan menggunakan data kecepatan angin ( v ) yang telah didapat dan juga data kecepatan putar poros kincir angin ( n ), dan jari – jari sudu kincir


angin ( r ) sesuai dengan rumus yang telah tertera pada persamaan ( 7 ) pada bab dasar teori.


BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Data Hasil Penelitian Hasil pengujian kincir angin yang meliputi kecepatan angin ( v ), kecepatan putar poros kincir angin ( n ), gaya pengimbang ( N ), tegangan ( V ), dan arus ( A ) disajikan pada tabel 4.1, 4.2, dan 4.3. Pengambilan data kincir angin dengan variasi kecepatan angin dari blower angin 9 m/s, 8 m/s dan 7 m/s. Tabel 4.1 Hasil dari pengambilan data dengan kecepatan angin rata – rata 9 m/s. No beban rpm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

734 728 713 720 685 671 656 642 565 540 524 459 398

beban gram 70 70 90 120 140 150 160 180 190 230 240 260 280

57

tegangan arus volt ampere 48,6 0 48,2 0,02 46,6 0,14 45,4 0,16 42,3 0,27 43,4 0,31 42,7 0,32 41,4 0,43 37,3 0,52 34,7 0,6 32,5 0,71 29,7 0,75 25,3 0,81


Tabel 4.2 Hasil dari pengambilan data dengan kecepatan angin rata – rata 8 m/s. No beban rpm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

707 674 662 638 627 607 587 585 547 508 486 424 389

beban gram 80 90 100 120 130 140 150 170 190 200 210 220 250

tegangan arus volt ampere 46,7 0 41,5 0,11 42,3 0,13 40,4 0,24 37,5 0,25 39 0,27 38,5 0,3 36,2 0,4 34,9 0,49 31,7 0,53 33,5 0,56 26,8 0,58 23,3 0,6

Tabel 4.3 Hasil dari pengambilan data dengan kecepatan angin rata – rata 7 m/s. No beban rpm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

629 609 555 543 538 519 510 452 435 414 404 397 390

beban gram 80 100 110 110 130 140 140 140 150 160 160 170 170

tegangan arus volt ampere 39,8 0 40,1 0,05 37,9 0,12 34,9 0,17 35,6 0,24 34,2 0,27 31,1 0,29 29,9 0,3 23,4 0,31 27,9 0,34 23,1 0,34 21,4 0,35 25,3 0,38


4.2. Pengolahan Data dan Perhitungan Langkah – langkah perhitungan dapat dilihat pada contoh sampel yang diambil dari table diatas. 4.2.1. Perhitungan Daya Angin Daya yang dihasilkan angin pada kincir angin dengan A = 0,5 m2 dapat dicari dengan menggunakan Persamaan (2). Sample data untuk contoh perhitungan diambil dari tabel 2.6 pada baris nomor 10. Pin = 1/2 ρ A v3 = 1/2 . 1,2 .

. 0,52 . 9,623

= 419,32 watt 4.2.2. Perhitungan Daya Kincir Daya yang dihasilkan oleh kincir angin dapat dicari dengan menggunakan Persamaan (5), untuk mendapatkan daya kincir harus diketahui kecepatan sudut dan torsi. Maka perlu dicari terlebih dahulu menggunakan Persamaan (4) dan Persamaan (3) :


T=Fl T=

T=

T = 0,61 Nm

Pout = T = 0,61 Nm . 56,52 rad/s = 34,47 watt 4.2.3. Perhitungan Koefisien Daya ( Cp ) Koefisien daya kincir dapat dicari dengan menggunakan persamaan (6) :


8,2 4.2.4. Perhitungan Tip Speed Ratio Untuk mengetahui besarnya perbandingan kecepatan ujung kincir dengan kecepatan angin atau tip speed ratio dapat dicari dengan menggunakan Persamaan (7) :

4.3. Data Hasil Perhitungan Parameter yang diperoleh dari penelitian diolah dengan menggunakan software Microsoft Excell untuk menampilkan grafik hubungan antara putaran rotor dengan torsi yang dihasilkan, grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio, dan grafik hubungan antara daya dengan torsi yang dihasilkan untuk tiga variasi kecepatan angin.


Tabel 4.4 Hasil dari pengambilan data dengan kecepatan angin rata – rata 9 m/s. No

beban

rpm

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

734 728 713 720 685 671 656 642 565 540 524 459 398

beban gram 70 70 90 120 140 150 160 180 190 230 240 260 280

tegangan arus w volt ampere rad/s 48,6 0 76,9 48,2 0,02 76,2 46,6 0,14 74,7 45,4 0,16 75,4 42,3 0,27 71,7 43,4 0,31 70,3 42,7 0,32 68,7 41,4 0,43 67,2 37,3 0,52 59,2 34,7 0,6 56,5 32,5 0,71 54,9 29,7 0,75 48,1 25,3 0,81 41,7

torsi Nm

Pin Po mekanis watt watt 416,92 14,25 416,92 14,13 416,92 17,80 416,92 23,96 416,92 26,60 416,92 27,92 416,92 29,11 416,92 32,05 416,92 29,78 416,92 34,45 416,92 34,88 416,92 33,10 416,92 30,91

TSR 0,19 0,19 0,24 0,32 0,37 0,40 0,42 0,48 0,50 0,61 0,64 0,69 0,74

4,00 3,97 3,89 3,93 3,74 3,66 3,58 3,50 3,08 2,95 2,86 2,50 2,17

Pout watt 0,00 0,96 6,52 7,26 11,42 13,45 13,66 17,80 19,40 20,82 23,08 22,28 20,49

CPm 3,42 3,39 4,27 5,75 6,38 6,70 6,98 7,69 7,14 8,26 8,37 7,94 7,41

v rotor m/s 38,43 38,12 37,33 37,70 35,87 35,13 34,35 33,62 29,58 28,27 27,44 24,03 20,84

CPl 0,00 0,23 1,56 1,74 2,74 3,23 3,28 4,27 4,65 4,99 5,53 5,34 4,92


beban

rpm

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

707 674 662 638 627 607 587 585 547 508 486 424 389

beban gram 80 90 100 120 130 140 150 170 190 200 210 220 250

tegangan arus w volt ampere rad/s 46,7 0 74 41,5 0,11 70,6 42,3 0,13 69,3 40,4 0,24 66,8 37,5 0,25 65,7 39 0,27 63,6 38,5 0,3 61,5 36,2 0,4 61,3 34,9 0,49 57,3 31,7 0,53 53,2 33,5 0,56 50,9 26,8 0,58 44,4 23,3 0,6 40,7

torsi Nm

TSR 0,21 0,24 0,26 0,32 0,34 0,37 0,40 0,45 0,50 0,53 0,56 0,58 0,66

4,69 4,47 4,39 4,23 4,16 4,02 3,89 3,88 3,63 3,37 3,22 2,81 2,58


Pout watt 0,00 4,57 5,50 9,70 9,38 10,53 11,55 14,48 17,10 16,80 18,76 15,54 13,98

CPm 6,75 7,24 7,90 9,14 9,73 10,15 10,51 11,87 12,41 12,13 12,18 11,14 11,61

v rotor m/s 37,02 35,29 34,66 33,41 32,83 31,78 30,74 30,63 28,64 26,60 25,45 22,20 20,37

CPl

v rotor m/s 32,93 31,89 29,06 28,43 28,17 27,17 26,70 23,67 22,78 21,68 21,15 20,79 20,42

CPl

0,00 1,96 2,37 4,17 4,04 4,53 4,97 6,23 7,36 7,23 8,07 6,69 6,02


beban

rpm

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

629 609 555 543 538 519 510 452 435 414 404 397 390

beban gram 80 100 110 110 130 140 140 140 150 160 160 170 170

tegangan arus w volt ampere rad/s 39,8 0 65,9 40,1 0,05 63,8 37,9 0,12 58,1 34,9 0,17 56,9 35,6 0,24 56,3 34,2 0,27 54,3 31,1 0,29 53,4 29,9 0,3 47,3 23,4 0,31 45,6 27,9 0,34 43,4 23,1 0,34 42,3 21,4 0,35 41,6 25,3 0,38 40,8

torsi Nm

TSR 0,21 0,26 0,29 0,29 0,34 0,37 0,37 0,37 0,40 0,42 0,42 0,45 0,45

4,77 4,62 4,21 4,12 4,08 3,94 3,87 3,43 3,30 3,14 3,07 3,01 2,96


Pout watt 0,00 2,01 4,55 5,93 8,54 9,23 9,02 8,97 7,25 9,49 7,85 7,49 9,61

CPm 9,02 10,91 10,94 10,70 12,53 13,02 12,79 11,34 11,69 11,87 11,58 12,09 11,88

0,00 1,30 2,94 3,83 5,52 5,96 5,83 5,79 4,69 6,13 5,07 4,84 6,21


4.4. Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan Data yang telah diperoleh dan dioleah dengan menggunakan Microsoft excel, kemudian data diolah kembali ke dalam bentuk grafik untuk mengetahui hubungan antara kecepatan putar kincir (rpm) dengan torsi (N.m), koefisien daya mekanis kincir (Cp) dengan torsi dan koefisien daya mekanis kincir dengan tip speed ratio (tsr). Grafik yang disajikan untuk setiap variasi percoban dapat dilihat pada grafik berikut ini :

Gambar 4.1 Hubungan putaran poros dan torsi kincir angin poros horizontal 2 sudu diameter 1 meter berbahan komposit pada 3 variasi kecepatan angin


Gambar 4.2 Hubungan koefisien daya mekanis kincir (Cp) dan torsi kincir angin poros horizontal 2 sudu diameter 1 meter berbahan komposit pada 3 variasi kecepatan angin

Gambar 4.3 Hubungan koefisien daya mekanis kincir (Cp) dan tip speed ratio (tsr) kincir angin poros horizontal 2 sudu diameter 1 meter berbahan komposit pada 3 variasi kecepatan angin


Seperti yang ditunjukan pada Gambar 6.2 memperlihatkan bahwa semakin besar torsi yang dihasilkan oleh kincir maka kecepatan putar kincir semakin kecil. Untuk variasi kecepatan angin 9 m/s torsi maksimal yang dihasilkan oleh kincir sebesar 0,74 Nm pada kecepatan putar sebesar 398 m/s. Seperti yang ditunjukan pada Gambar 6.3 memperlihatkan bahwa semakin besar torsi yang dihasilkan oleh kincir maka semakin besar pula Cp yang dihasilkan, hingga pada kondisi tertentu ( maksimal ) kemudian Cp mengecil. Dari gambar grafik diatas, Cp maksimal diperoleh sebesar 13,02% dengan torsi sebesar 0,37 Nm pada variasi kecepatan angin 8 m/s. Seperti yang ditunjukan pada Gambar 6.4 memperlihatkan bahwa semakin besar tsr kincir maka semakin besar Cp yang dihasilkan, sampai pada kondisi tertentu ( maksimal ) kemudian Cp mengecil. Dari gambar grafik diatas, tsr maksimal sebesar 4,77 diperoleh Cp sebesar 9,02% pada variasi kecepatan angin 7 m/s.


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Pengujian model kincir angin berjenis propeller 2 sudu berbahan komposit dengan variasi kecepatan angin 9 m/s, 8 m/s dan 7 m/s dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Telah berhasil dibuat kincir angin poros horizontal berjenis propeller 2 sudu berbahan komposit dengan desain dari potongan pipa pvc 8 inci berdiameter 1 meter. 2. Kincir angin yang diterpa angin rata – rata 9 m/s menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 8,37% pada tip speed ratio 2,96. Kincir angin yang diterpa angin rata – rata 8 m/s menghasilkan daya maksimal sebesar 12,41% pada tip speed ratio 3,63. Kincir angin yang diterpa angin rata – rata 7 m/s menghasilkan daya maksimal sebesar 13,02% pada tip speed ratio 3,94. 3. Torsi terbesar yang dihasilkan oleh kincir angin yaitu 0,7 Nm pada kecepatan putar kincir 398 rpm terjadi pada variasi kecepatan angin 9 m/s. Daya terbesar yang dihasilkan kincir angin yaitu 23,08 watt pada torsi 0,64 N.m. Tip speed ratio tertinggi yang didapatkan 4,8 pada kecepatan putar kincir 629 rpm terjadi pada kecepatan angin 7 m/s.

66


5.2 Saran Setelah dilakukan penelitian, ada beberapa hal yang dapat menjadi saran untuk penelitian selanjutnya : 1. Dari desain, ukuran dan bahan yang sama, diperlukan uji coba dengan kecepatan angin yang lebih rendah. 2. Perlu dilakukan pengujian di lapangan dengan variasi kecepatan angin yang berubah – ubah dari waktu kewaktu.


DAFTAR PUSTAKA

Bidang Konversi Energi Dirgantara, ( 2006 ), Indonesia. Doddy P dan Trio P., 2013, Proceding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII) ,Bandar Lampung, Indonesia. Doddy, P ., 2015, KOMPOSIT Modul-1 , Yogyakarta, Indonesia. Isidorus Mau, L., 2013, Unjuk Kerja Kincir Angin Poros Horisontal Berbahan PVC Dengan Variasi Kemiringan Sudu , Universitas Sanata Dharma , Yogyakarta Jain, P., 2011, Wind Energy Engineering , McGraw-Hills , United States of America. Milborrow, D., "Annual Power Costs Comparison: What a Difference a Year Can Make ", Wind Power Monthly ,2010, January. Mulyani ,2008, Kajian Potensi Angin Indonesia , Central Library Institute Technology Bandung,

Bandung.

World Wind Energy Association , 2010, World Wind Energy Report 2009, World Wind Energy Association, Bonn, Germany. www.dailynews.com

68


LAMPIRAN

Gambar 6.1 Hubungan putaran poros dan torsi kincir angin poros horizontal 2 sudu diameter 1 meter berbahan komposit


69


700 600

RPM

500 400 300

Kec angin 7

200 100 0 0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

Torsi


Gambar 6.4 Hubungan koefisien daya mekanis kincir (Cp) torsi kincir angin poros horizontal 2 sudu diameter 1 meter berbahan komposit

70




71


Gambar 6.7 Hubungan koefisien daya elektris kincir (Cp) torsi kincir angin poros horizontal 2 sudu diameter 1 meter berbahan komposit


72



Gambar 6.10 Hubungan koefisien daya mekanis (Cp) dengan tip speed ratio (tsr) kincir angin poros horizontal 2 sudu diameter 1 meter berbahan komposit

73




74


Gambar 6.13 Hubungan koefisien daya elektris (Cp) dengan tip speed ratio (tsr) kincir angin poros horizontal 2 sudu diameter 1 meter berbahan komposit

Gambar 6.14 Hubungan koefisien daya elektris (Cp) dengan tip speed ratio (tsr) kincir angin poros horizontal 2 sudu diameter 1 meter berbahan komposit

75



76

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL 2 SUDU DIAMETER 1 METER BERBAHAN KOMPOSIT DENGAN LEBAR MAKSIMAL 10 SENTIMETER DARI PUSAT POROS

Recommend Documents