UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU BERBAHAN KOMPOSIT BERDIAMETER 100 CM LEBAR MAKSIMUM 13 CM DENGAN JARAK 20 CM DARI PUSAT POROS

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU BERBAHAN KOMPOSIT BERDIAMETER 100 CM LEBAR MAKSIMUM 13 CM DENGAN JARAK 20 CM DARI PUSAT POROS SKRIPSI Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin S-1

Disusun Oleh : ANTONIUS WIRANTO NIM :125214069

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


THE PERFORMANCE OF WIND TUNEL HORIZONTAL SHAFT FOUR BLADE WITH COMPOSITE MATERIAL WITH DIAMETER 100 CM MAXIMUM WIDTH 13 CM WITH 20 CM DISTANCE FROM THE AXIS OF SHAFT FINAL PROJECT As Partical Fulfillment of the Requirement To Getting The Sarjana Teknik degree In Mechanical Engineering

By : ANTONIUS WIRANTO Student Number :125214069

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


iii


iv


PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Dengan ini penulis menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam skripsi dengan judul : UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU BERBAHAN KOMPOSIT BERDIAMETER 100 CM LEBAR MAKSIMUM 13 CM DENGAN JARAK 20 CM DARI PUSAT POROS

Yang dibuat untuk melengkapi persyaratan yang wajib ditempuh untuk menjadi Sarjana Teknik pada program Strata-1, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan dari Tugas Akhir yang sudah dipublikasikan di Perguruan tinggi manapun, kecuali bagian informasi yang dicantumkan dalam daftar pustaka.

Dibuat di

: Yogyakarta

Pada tanggal 25 Agustus 2016

Antonius Wiranto

v


LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama

: ANTONIUS WIRANTO

Nomor Mahasiswa

: 125214069

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU BERBAHAN KOMPOSIT BERDIAMETER 100 CM LEBAR MAKSIMUM 13 CM DENGAN JARAK 20 CM DARI PUSAT POROS Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk 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 Pada tanggal 25 Agustus 2016 Yang menyatakan

Antonius wiranto

vi


INTISARI Kebutuhan listrik di Indonesia dari tahun ke tahun mengalami peningkatan hal ini terjadi dikarenakan, bertambahnya jumlah penduduk, pertumbuhan ekonomi dan dikarenakan ketersedian bahan bakar minyak, gas maupun batu bara tersebut semakin menipis. Atas dasar kondisi tersebut, muncul adanya ide untuk menghasilkan energi alternatif yang tidak terbatas misalnya energi angin. Untuk tujuan dari penelitian ini yaitu: Merancang dan membuat desain sudu kincir angin poros horizontal empat sudu bahan komposit, mengetahui unjuk kerja kincir angin poros horizontal empat sudu, mengetahui nilai Coefisien Performance (Cp) dan tip speed ratio (TSR) dari kincir angin poros horizontal empat sudu bahan komposit. Kincir angin yang diteliti adalah kincir angin propeller poros horizontal empat sudu berbahan komposit berdiameter 100 cm lebar maksimum 13 cm berjarak 20 cm dari sumbu poros. Terdapat tiga variasi perlakuan kecepatan angin, variasi kecepatan angin pertama dengan kecepatan angin 10,2 m/s, variasi kecepatan angin kedua 8,2 m/s dan variasi kcepatan angin yang ketiga 6,2 m/s. Agar mendapatkan daya kincir, torsi, koefisien daya maksimal, dan tip speed ratio pada kincir, maka poros kincir dihubungkan ke mekanisme pembebanan dengan menggunakan lampu yang berfungsi untuk pemberian beban pada kincir. Dari hasil penelitian ini, untuk variasi kecepatan angin 10,2 m/s, menghasilkan koefisien daya mekanis maksimal sebesar 19,4% pada tip speed ratio 2,6 dengan daya output sekitar 96 watt dan torsi sebesar 1,85 N.m. Untuk variasi kecepatan angin 8,2 m/s menghasilkan koefisien daya mekanis maksimal sebesar 27,1% pada tip speed ratio 2,5 dengan daya output sekitar 70 watt dan torsi sebesar 1,70 N.m. Untuk variasi kecepatan angin 6,2 m/s menghasilkan koefisien daya mekanis maksimal sebesar 36,4% pada tip speed ratio 2,9 dengan daya output sekitar 40 watt dan torsi sebesar 1,17 N.m. Dari ketiga kincir angin yang sudah diteliti, dapat disimpulkan bahwa kincir angin dengan variasi kecepatan angin 6,2 m/s memiliki nilai koefisien daya maksimal dan tip speed ratio paling tinggi.

Kata kunci: kincir angin propeler, koefisien daya, tip speed ratio.

vii


ABSTRACT The demand for electricity in Indonesia over years has increased because the number of population increased economic growth and the lack of availability of fuel oil, gas or coal. Based on these conditions, the emerged the idea to produce alternative energy that is not limited eg wind energy. For the purposes of this study are: Designing and design blade windmill horizontal shaft four-blade composite materials, know the performance of windmills horizontal shaft fourblade, knowing the value coefficient Performance (Cp) and the tip speed ratio (TSR) of windmills horizontal shaft four-blade composite materials. The experimental windmill type was horizontal shaft windmill propeller four blades made of composites with maximum diameter of 100 cm, width 13 cm within 20 cm from the axis of the shaft. There are three variations of wind speed; 10.2 m / s, 8.2 m / s and 6.2 m / s. In order to obtain windmill power, torque, and maximum power coefficient and tip speed ratio at the wheel, the wheel shaft connected to load mechanism by using lights that function for giving the load on the wheel. The results of this experiment for variations of wind speed of 10.2 m/s produced maximum mechanical power coefficient reached at 19.4% on a tip speed ratio of 2.6 with 96 watt power output and torques 1.85 N.m. The results for variation of wind speed of 8.2 m/s produced the maximum mechanical power coefficient of 27.1% on a tip speed ratio of 2.5 with 70 watt power output and torque 1.70 N.m. For variation of wind speed of 6.2 m/s, this experiment produced mechanical power coefficient maximum at 36.4% on a tip speed ratio of 2.9 with an output power of about 40 watts and torque at 1.17 N.m. From the three windmills that have been examined, it can be concluded that the windmill with wind speed of 6.2 m/s has a maximum power coefficient and reached the highest tip speed ratio.

Keywords: windmill propellers, power coefficient, tip speed ratio.

viii


KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan berkah-Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsi. Skripsi ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Banyak hambatan yang dialami penulis selama proses penulisan skripsi. Namun karena kuasa Tuhan Yang Maha Esa, bantuan dan keterlibatan berbagai pihak, penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan baik. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih atas segala bantuan, dukungan dan dorongan, baik secara moril, materil dan spiritual antara lain kepada : 1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas segala yang telah diberikan selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. 2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan saran, bimbingan dan atas segala yang telah diberikan selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. 3. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing skripsi yang telah memberikan waktu, tenaga dan pikiran selama penulisan skripsi. 4. Segenap dosen dan staff Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta atas segala kerjasama, pelayanan dan bimbingan selama penulis menempuh kuliah dan proses penulisan skripsi.

ix


5. Markus Tukidi dan Katarina sebagai kedua orang tua penulis yang selalu memberi semangat baik berupa materi maupun spiritual. 6. Saudara-saudaraku tercinta (Yohanes Jiwanto S.T, fx.Triyanto dan Margarita Warni) yang selalu mendukung dan mendoakan. 7. Teman-teman Teknik Mesin Angkatan 2012 Universitas Sanata Dharma dan teman-teman dari penulis lainnya yang tidak bisa disebutkan satu per satu. Akhir kata, penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini tidaklah sempurna, 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 25 Agustus 2016

Penulis

x


DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL................................................................................................ i HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................... iii HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................... iv PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR .....................................................v LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI ............................................................ vi INTISARI ............................................................................................................. vii ABSTRACT ........................................................................................................ viii KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix DAFTAR ISI ......................................................................................................... xi DAFTAR GAMBAR .............................................................................................xv DAFTAR TABEL ............................................................................................. xviii DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xix DAFTAR SIMBOL ...............................................................................................xx BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................1 1.1 Latar Belakang Masalah ..........................................................................1 1.2 Rumusan Masalah ....................................................................................3 1.3 Tujuan Penelitian ......................................................................................3 1.4 Batasan Masalah .....................................................................................3 1.5 Manfaat Penelitian ...................................................................................4 BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA.........................................5 2.1 Dasar Teori ...............................................................................................5 2.1.1 Energi Angin ..........................................................................................5 2.1.2 Kondisi Angin ........................................................................................6 2.1.3 Klasifikasi Turbin Angin .......................................................................7 2.1.4 Jenis – Jenis Kincir Angin .....................................................................8 2.1.4.1 Kincir Angin Sumbu Horizontal.........................................................8 xi


2.1.4.2 Kincir Angin Sumbu Vertikal …......................................................10 2.1.5 Kandungan Energi Dalam Angin ........................................................13 2.1.6 Pengukuran Angin ...............................................................................13 2.1.7 Hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio….................14 2.1.8 Rumus Perhitungan .............................................................................15 2.1.8.1Rumus Energi Kinetik ..........................................................................15 2.1.8.2 Rumus Daya Angin .............................................................................16 2.1.8.3 Rumus Tip Speed Ratio (tsr) ................................................................17 2.1.8.4 Rumus Torsi .......................................................................................17 2.1.8.5 Rumus Daya Mekanis ..........................................................................18 2.1.8.6 Rumus Daya Listrik.............................................................................19 2.1.8.7 Rumus Koefisien Daya (Cp) ................................................................19 2.1.9 Komposit ............................................................................................20 2.1.9.1 Klasifikasi Bahan Komposit Serat ....................................................20 2.1.9.2 Tipe Komposit Serat .........................................................................22 2.1.9.3 Faktor Kekuatan Komposit ...............................................................23 2.1.10 Serat ..................................................................................................25 2.1.10.1 Serat Alami ....................................................................................26 2.1.10.2 Serat Buatan ....................................................................................29 2.1.11 Matrik ................................................................................................31 2.1.12 Jenis-jenis Polimer/Resin ..................................................................35 2.1.12.1 Resin Termoset ..............................................................................37 2.1.12.2 Resin Fenol ....................................................................................37 2.1.12.3 Resin urea-formaldehid (Resin Urea) ............................................38 2.1.12.4 Resin Melamin ...............................................................................39 2.1.12.5 Resin Epoksi ..................................................................................41 xii


2.1.12.6 Resin Poliuretan .............................................................................42 2.1.12.7 Resin Poliester Tak Jenuh ..............................................................43 2.1.13 Katalis ...............................................................................................46 2.2 Tinjauan Pustaka ....................................................................................46 BAB III METODE PENELITIAN.........................................................................50 3.1 Diagram Penelitian ................................................................................50 3.2 Alat Dan Bahan ......................................................................................51 3.3 Desain Kincir .........................................................................................56 3.4 Pembuatan Sudu / Blade Kincir Angin ...................................................57 3.4.1 Alat Dan Bahan....................................................................................57 3.4.2 Proses Pembuatan Sudu / Blade ..........................................................58 3.5 Langkah Penelitian ................................................................................63 BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN .............................................65 4.1 Data Hasil Pengujian ..............................................................................65 4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ..........................................................67 4.2.1 Perhitungan Daya Angin .....................................................................67 4.2.2 Perhitungan Torsi ................................................................................68 4.2.3 Perhitungan Daya Kincir ....................................................................69 4.2.4 Perhitungan Daya Listrik ....................................................................69 4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr) ......................................................70 4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya (Cp) .......................................................70 4.3 Data Hasil Perhitungan ..........................................................................71 4.4 Grafik Hasil Perhitungan .......................................................................75 4.4.1 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Daya Pada Variasi Kecepatan Angin Rata – Rata 10,2 m/s .............................................75 4.4.2 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Daya Pada Variasi Kecepatan Angin Rata – Rata 8,2 m/s ...............................................76

xiii


4.4.3 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Daya Pada Variasi Kecepatan Angin Rata - Rata 6,2 m/s ...............................................77 4.4.4 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Daya Mekanis Untuk Tiga Variasi Kecepatan Angin .....................................................................78 4.4.5 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Daya Elektris Untuk Tiga Variasi Kecepatan Angin .....................................................................79 4.4.6 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Torsi Untuk Kecepatan Angin Rata - Rata 10,2 m/s .................................................................80 4.4.7 Grafik Hubungan Antara Putran Poros dan Torsi Untuk Kecepatan Angin Rata - Rata 8,2 m/s ...................................................................81 4.4.8 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Torsi Untuk Kecepatan Angin Rata - Rata 6,2 m/s ...................................................................82 4.4.9 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Torsi Untuk Tiga variasi Kecepatan Angin .................................................................................83 4.4.10 Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya Pada Variasi Kecepatan Angin Rata – Rata 10,2 m/s ............................................84 4.4.11 Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien DayaPada Variasi Kecepatan Angin Rata – Rata 8,2 m/s ..............................................85 4.4.12 Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya pada Variasi Kecepatan Angin Rata – Rata 6,2 m/s ..............................................86 4.4.13 Grafik Perbandingan Koefisien Daya Mekanis Maksimal Dengan Tip Speed RatioPada Tiga Variasi Kecepatan Angin ..............................87 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................89 5.1 Kesimpulan ............................................................................................89 5.2 Saran ......................................................................................................90 DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................91 LAMPIRAN ..........................................................................................................92

xiv


DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Konsumsi Energi ..................................................................................1 Gambar 2.1 Kincir Angin Sumbu Horizontal .........................................................9 Gambar 2.2 Kincir Angin Sumbu Vertikal ...........................................................11 Gambar 2.3 Anemometer Digital ...........................................................................14 Gambar 2.4 Grafik Koefisien Daya (Cp) dengan Tips Speed Ratio (TSR) ...........15 Gambar 2.5 Klasifikasi Bahan Komposit...............................................................21 Gambar 2.6 Tipe Discontinuous Fiber ...................................................................22 Gambar 2.7 Tipe Komposit Serat...........................................................................23 Gambar 2.8 Jenis – Jenis Serat Alami ....................................................................27 Gambar 2.9 Serat Wol Dari Bulu Domba ..............................................................27 Gambar 2.10 Serat Pisang ......................................................................................28 Gambar 2.11 Serat Asbes .......................................................................................28 Gambar 2.12 Jenis Serat Buatan ............................................................................29 Gambar 2.13 Serat Kaca .......................................................................................31 Gambar 2.14 Kurva Tegangan/Regangan Sistem Matriks Ideal ............................33 Gambar 2.15 Kurva Tegangan/Regangan Terhadap Kegagalan Serat...................34 Gambar 2.16 Reaksi Resin Fenol ...........................................................................38 Gambar 2.17 Reaksi Resin Epoksi .........................................................................42 Gambar 2.18 Resin Yukalac 235 ...........................................................................46 Gambar 3.1 Diagram Alir Metode Penelitian Kincir Angin .................................50 Gambar 3.2 Blade/Sudu .........................................................................................52 Gambar 3.3 Dudukan Sudu ...................................................................................52 Gambar 3.4 Fan Blower ........................................................................................53 Gambar 3.5 Tachometer .........................................................................................53 Gambar 3.6 Timbangan Digital .............................................................................54 xv


Gambar 3.7 Anemometer .......................................................................................54 Gambar 3.8 Voltmeter ...........................................................................................55 Gambar 3.9 Amperemeter .....................................................................................55 Gambar 3.10 Skema Pembebanan Lampu ............................................................56 Gambar 3.11 Desain Kincir ...................................................................................57 Gambar 3.12 Mal/Cetakan kertas ..........................................................................58 Gambar 3.13 Pembentukan Sudu Pada Pipa .........................................................59 Gambar 3.14 Bentuk Cetakan Sudu Kincir Angin .................................................59 Gambar 3.15 Pelapisan Mal ...................................................................................60 Gambar 3.16 Resin dan Katalis ..............................................................................60 Gambar 3.17 Pengolesan Resin Dan Katalis ke Cetakan .......................................61 Gambar 3.18 Peletakan Serat Glass Pada Cetakan Sudu ......................................61 Gambar 3.19 Peletakan Plat Pada Ujung Sudu Kincir ...........................................61 Gambar 4.1 Grafik hubungan antara rpm dan daya pada variasi kecepatan angin rata – rata 10,2 m/s .................................................................................. 76 Gambar 4.2 Grafik hubungan antara rpm dan daya pada variasi kecepatan angin rata – rata 8,2 m/s .................................................................................... 77 Gambar 4.3 Grafik hubungan antara rpm dan daya pada variasi kecepatan angin rata - rata 6,2 m/s ..................................................................................... 78 Gambar 4.4 Grafik hubungan rpm dan daya mekanis untuk tiga variasi kecepatan angin .......................................................................................................... 79 Gambar 4.5 Grafik hubungan rpm dan daya elektris untuk tiga variasi kecepatan angin .......................................................................................................... 80 Gambar 4.6 Grafik hubungan rpm dan torsi untuk variasi kecepatan angin rata – rata 10,2 m/s ............................................................................................. 81 Gambar 4.7 Grafik hubungan rpm dan torsi untuk variasi kecepatan angin rata – rata 8,2 m/s ............................................................................................... 82 Gambar 4.8 Grafik hubungan rpm dan torsi untuk variasi kecepatan angin rata – rata 6,2 m/s ............................................................................................... 83

xvi


Gambar 4.9 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk tiga variasi kecepatan angin ..84 Gambar 4.10 Grafik hubungan antara tsr dan koefisien daya untuk variasi kec.angin rata – rata 10,2 m/s ............................................................. 85 Gambar 4.11 Grafik hubungan antara tsr dan koefisien daya variasi kecepatan angin rata – rata 8,2 m/s ....................................................................... 86 Gambar 4.12 Grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr variasi kecepatan angin rata – rata 6,2 m/s ....................................................................... 87 Gambar 4.13 Grafik perbandingan antara koefisien daya mekanis terhadap tip speed ratio untuk tiga variasi kecepatan angin ................................. 88

xvii


DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Potensi dan Pemanfaatan Energi Terbarukan di Indonesia ......................2 Tabel 2.1 Tingkat kecepatan angin ..........................................................................6 Tabel 2.2 Kekuatan Serat .......................................................................................26 Table 2.3 Kekuatan tarik, tekan dan lentur bahan polimer ....................................36 Tabel 2.4 (A) Alkohol dihidrat dipakai untuk resin polyester ...............................44 Tabel 2.4 (B) Asam dibasa vinil dipergunakan untuk resin polyester ...................44 Tabel 2.5 Monomor vinil dipergunakan untuk resin polyester ..............................45 Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu ...........................................................57 Tabel 4.1 Data pengujian kincir angin empat sudu kecepatan angin 10,2 m/s ......65 Tabel 4.2 Data pengujian kincir angin empat sudu kecepatan angin 8,2 m/s ........66 Tabel 4.3 Data pengujian kincir angin empat sudu kecepatan angin 6,2 m/s ........67 Tabel 4.4 Data perhitungan empat sudu propeler kecepatan angin 10,2 m/s .........72 Tabel 4.5 Data perhitungan empat sudu propeler kecepatan angin 8,2 m/s ...........73 Tabel 4.6 Data perhitungan empat sudu propeler kecepatan angin 6,2 m/s ...........74

xviii


DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Mekanis Pada Variasi Kecepetan Angin 10,2 m/s. ...........................................................92 Lampiran 2. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Listrik Pada Variasi Kecepatan Angin 10,2 m/s. ............................................................92 Lampiran 3. Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya Pada Variasi Kecepatan Angin 10,2 m/s. ............................................................93 Lampiran 4. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Mekanis Pada Variasi Kecepatan Angin 8,2 m/s. ..............................................................93 Lampiran 5. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Listrik Pada Variasi Kecepatan Angin 8,2 m/s...............................................................94 Lampiran 6. Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya Pada Variasi Kecepatan Angin 8,2 m/s ...............................................................94 Lampiran 7. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Mekanis Pada Variasi Kecepetan Angin 6,2 m/s...............................................................95 Lampiran 8. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Listrik Pada Variasi Kecepatan Angin 6,2 m/s. ..............................................................95 Lampiran 9. Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya Pada Variasi Kecepatan Angin 6,2 m/s. ..............................................................96 Lampiran 10.Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Mekanis Pada Tiga Variasi Kecepatan Angin 10,2 m/s, 8,2 m/s dan 6,2 m/s...............96 Lampiran 11.Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Listrik Pada Tiga Variasi Kecepatan Angin 10,2 m/s, 8,2 m/s dan 6,2 m/s............................97 Lampiran 12.Grafik Hubungan Antara TSR dan CP Pada Tiga Variasi Kecepatan Angin 10,2 m/s, 8,2 m/s dan 6,2 m/s..............................................97 Lampiran 13.Grafik Hubungan Antara RPM dan Torsi Pada Variasi Kecepatan Angin 10,2 m/s. ..............................................................................98 Lampiran 14.Grafik Hubungan Antara RPM dan Torsi Pada Variasi Kecepatan Angin 8,2 m/s. ...............................................................................98 Lampiran 15.Grafik Hubungan Antara RPM dan Torsi Pada Variasi Kecepatan Angin 6,2 m/s.................................................................................99 Lampiran 16.Grafik Hubungan Antara RPM dan Torsi Pada Tiga Variasi Kecepatan Angin 10,2 m/s, 8,2 m/s dan 6,2 m/s. ...........................99 xix


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 poros (rpm)

F

Gaya pembebanan (N)

T

Torsi (N.m)

Pin

Daya angin (Watt)

Po

Daya listrik (Watt)

Pout

Daya kincir (Watt)

TSR

Tip Speed Ratio

Cp

Koefisien daya (%)

Cpmax

Koefisien daya maksimal (%)

m

massa (kg)

Ek

Energi kinetic (J) Volume (m3)

V

Tegangan (Volt)

I

Arus (Ampere) Waktu (s)

ṁ

Laju aliran massa udara (kg/s)

Vt

Kecepatan di ujung sudu kincir (m/s)

L

Panjang lengan torsi (m)

Lmax

Lebar maksimal (m) xx


BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah Beberapa tahun terakhir ini, energi listrik merupakan persoalan yang krusial di Indonesia. Peningkatan permintaan energi listrik seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 1.1 disebabkan oleh pertumbuhan populasi penduduk dan pertumbuhan ekonomi yang ada di Indoneisa. Menipisnya sumber cadangan minyak dunia serta permasalahan emisi dari bahan bakar fosil memberikan tekanan kepada setiap negara untuk segera memproduksi dan menggunakan energi terbaharukan. Kebutuhan energi di Indonesia saat ini masih dipenuhi dengan bahan bakar fosil, yaitu : minyak, gas alam dan batu bara.

Gambar 1.1 Konsumsi Energi Sumber : Statistik Ekonomi Energi Indonesia 2006, DESDM

Salah satu cara mengatasi krisis energi bahan bakar fosil ini yaitu menggunakan energi alternatif, dimana energi alternatif yang dapat diperbaharuhi 1

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 2

dan banyak tersedia di alam. seperti gas, energi angin, tenaga air, panas bumi, dan bioenergi, bahan bakar yang berasal dari bahan nabati. Berikut sumber energi terbarukan yang ada di Indonesia seperti yang ditunjukkan oleh Tabel 1.1. Tabel 1.1 Potensi dan Pemanfaatan Energi Terbarukan di Indonesia.

Sumber: Rencana Usaha Penyediaan Tenaga Listrik 2006-2015, PT PLN (Persero), Juli 2005.

Pemanfaatan sumber energi angin untuk menghasilkan energi listrik di perlukan alat yaitu kincir angin, kincir angin ini akan menangkap energi angin dan menggerakkan generator yang nantinya akan berubah menjadi energi listrik pada prinsipnya kincir angin ini mengubah energi kinetic menjadi energi mekanik. Kincir angin digolongkan ke dalam dua kategori menurut arah sumbu rotasinya yaitu: Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) dan Vertikal Axis Wind Turbine (VAWT). Kincir angin yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan kincir angina poros horizontal. Penulis mencoba melakukan penelitian dengan merancang dan membuat kincir angin jenis propeller empat sudu dari bahan dasar komposit serat dengan ukuran jari – jari sudu dari keempat kincir angin ini sama yakni 45 cm dengan berat 215 gram.


1.2 Rumusan Masalah Permasalahan yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah: 1. Memaksimalkan pemanfaatan energi angin yang ada di Indonesia. 2. Mencari solusi energi baru dan terbarukan yang dapat dijadikan sebagai pengganti sumber daya alam tak terbarui.

1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Merancang dan membuat desain sudu kincir angin poros horizontal empat sudu bahan komposit. 2. Mengetahui unjuk kerja kincir angin poros horizontal empat sudu. 3. Mengetahui nilai Coefisien Performance (Cp) dan tip speed ratio (TSR) dari kincir angin poros horizontal empat sudu bahan komposit.

1.4 Batasan Masalah Dalam penulisan skripsi ini, penulis memberikan batasan - batasan masalah agar bahasan tidak melebar, diantaranya: 1. Model kincir angin dibuat tipe propeller, sudu terbuat dari bahan komposit serat fiber glass dan resin Yukalac 235, sudu berdiameter 100 cm, lebar maksimum 13 cm dengan jarak 20 cm dari pusat poros. 2. Penelitian meggunakan variasi kecepatan angin 6,2 m/s, 8,2 m/s, dan 10,2 m/s. 3. Kincir angin menggunakan sudu berjumlah empat.


4. Penelitian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma.

1.5 Manfaat Manfaat dari skripsi ini adalah : 1.

Mengetahui proses-proses pembuatan elemen-elemen Turbin Angin dan pembuatan sudu-sudu dengan bahan komposit.

2. Kincir angin ini dapat dimanfaatkan sebagai salah satu aplikasi pemanfaatan energi terbarukan. 3. Menambah pengembangan bentuk sudu yang bervariasi.


BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori 2.1.1 Energi Angin Energi merupakan suatu kekuatan yang dimiliki oleh suatu zat sehingga zat tersebut mempunyai pengaruh pada keadaan sekitarnya. Menurut mediumnya dikenal banyak jenis energi. Diantaranya, energi gelombang, energi arus laut,energi kosmos, energi yang terkandung pada senyawa atom, dan energi-energi lain yang bila dimanfaatkan akan berguna bagi kebutuhan manusia. Salah satu dari energi tersebut adalah energi angin yang jumlahnya tak terbatas dan banyak digunakan untuk meringankan kerja manusia. Angin memberikan energi gerak sehingga mampu menggerakkan perahu layar, kincir angin, dan bisa dimanfaatkan menjadi pembangkit listrik yaitu berupa turbin angin. Keberadaan energi angin ini terdapat di lapisan atmosfer bumi yang banyak mengandung partikel udara dan gas. Lapisan troposfer merupakan lapisan atmosfer terendah bumi dan dilapisan ini semua peristiwa cuaca termasuk angin terjadi. Energi angin adalah energi yang terkandung pada massa udara yang bergerak. Energi angin berasal dari energi matahari. Pemanasan bumi oleh sinar matahari menyebabkan perbedaan massa jenis (ρ) udara. Perbedaan massa jenis ini menyebabkan perbedaan tekanan pada udara sehingga akan terjadi aliran fluida dan

5


menghasilkan angin. Kondisi aliran angin dipengaruhi oleh medan atau permukaan bumi yang dilalui oleh aliran angin dan perbedaan temperatur permukaan bumi.

2.1.2 Kondisi Angin Syarat dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik dapat dilihat pada tabel 2.1 di bawah, dimana klasifikasi angin pada kelompok 3 adalah batas minimum dan angin pada kelompok 8 adalah batas maksimum dari energi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Tabel 2.1 Tingkat kecepatan angin.

Sumber : http://www.kincirangin.info/


2.1.3 Klasifikasi Turbin Angin Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik. Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. Turbin angin terdahulu banyak digunakan di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan windmill. Kini turbin angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi dan menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin. walaupun sampai saat ini penggunaan turbin angin masih belum dapat menyaingi pembangkit listrik konvensional (Co: PLTD,PLTU, dll), turbin angin masih lebih dikembangkan oleh para ilmuan karena dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui (Co: batubara dan minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan listrik Angin adalah salah satu bentuk energi yang tersedia di alam, Pembangkit Listrik Tenaga Angin (PLTA) mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Cara kerjanya cukup sederhana, energi angin yang memutar turbin angin, diteruskan untuk memutar rotor pada generator dibelakang bagian turbin angin, sehingga akan menghasilkan energi listrik. Energi listrik ini biasanya akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan.


2.1.4 Jenis – Jenis Kincir Angin Pada umumnya, kincir angin dikategorikan dalam dua jenis, yakni : 1. Kincir angin sumbu horizontal. 2. Kincir angin sumbu vertikal.

2.1.4.1 Kincir Angin Sumbu Horizontal Kincir angin sumbu horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) memiliki poros rotor utama dan generator listrik di puncak menara. Kincir berukuran kecil diarahkan oleh sebuah baling – baling angin yang sederhana, sedangkan kincir berukuran besar pada umumnya menggunakan sebuah sensor angin yang digabungkankan

ke

sebuah servo

motor.

Sebagian

besar

memiliki

sebuah gearbox yang mengubah perputaran kincir yang pelan menjadi lebih cepat berputar. Sebuah menara menghasilkan turbulensi di belakangnya, kincir biasanya diarahkan melawan arah anginnya menara. Bilah – bilah kincir dibuat kaku agar mereka tidak terdorong menuju menara oleh angin berkecepatan tinggi. Sebagai tambahan, bilah-bilah itu diletakkan di depan menara pada jarak tertentu dan sedikit dimiringkan. Turbulensi menyebabkan kerusakan struktur menara, dan realibilitas begitu penting, sebagian besar HAWT merupakan mesin upwind. Meski memiliki permasalahan turbulensi, mesin downwind dibuat agar tidak memerlukan mekanisme tambahan supaya bilah – bilah kincir tetap sejalan dengan angin, dan karena di saat angin berhembus sangat kencang, bilah-bilahnya bisa ditekuk sehingga mengurangi wilayah tiupan mereka dan dengan demikian juga mengurangi resintensi angin dari


bilah – bilah itu. Bentuk dari kincir angin sumbu horizontal ini dapat dilihat pada pada Gambar 2.1. Kelebihan dari kincir angin sumbu horizontal atau HWAT, yakni dasar menara yang tinggi membolehkan akses ke angin yang hembusannya lebih kuat di tempat – tempat yang memiliki geseran angin, perbedaan antara laju dan arah angin antara dua titik yang jaraknya relatif dekat di dalam atmosfer bumi. Di sejumlah lokasi geseran angin, setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan angin meningkat sebesar 20%.

Gambar 2.1 Kincir angin sumbu horizontal Sumber : http://www.indoenergi.com/2012/07/, diakses 1 April 2016

Selain memiliki kelebihan, adapun juga kelemahan yang dimilik oleh kincir angin sumbu horizontal atau HAWT. Menara yang tinggi serta bilah yang panjangnya


bisa mencapai 90 meter sulit diangkut. Diperkirakan besar biaya transportasi bisa mencapai 20% dari seluruh biaya peralatan kincir angin. Kelemahan dari desain kincir angin sumbu horizontal adalah sebagai berikut : a)

HAWT yang tinggi akan sulit dipasang, membutuhkan derek yang sangat tinggi dan membutuhkan operator yang profesional.

b)

Dibutuhkan konstruksi menara yang besar untuk menyangga bilah – bilah yang berat, transmisi roda gigi, dan generator.

c)

HAWT yang tinggi bisa memengaruhi radar airport.

d)

Ukurannya yang tinggi merintangi jangkauan pandangan dan mengganggu penampilan landscape.

e)

Berbagai varian downwind mengalami kerusakan struktur yang disebabkan oleh turbulensi.

f)

HAWT membutuhkan mekanisme kontrol yaw tambahan untuk membelokkan kincir ke arah angin.

2.1.4.2 Kincir Angin Sumbu Vertikal Kincir angin sumbu vertikal atau Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) memiliki poros atau sumbu rotor utama yang disusun tegak lurus. Kelebihan utama susunan ini adalah kincir tidak harus diarahkan ke angin agar menjadi efektif. Kelebihan ini sangat berguna di tempat-tempat yang arah anginnya sangat bervariasi. VAWT mampu mendayagunakan angin dari berbagai arah. Dengan sumbu yang vertikal, generator serta gearbox bisa ditempatkan di dekat tanah, jadi menara tidak


perlu menyokongnya dan lebih mudah diakses untuk keperluan perawatan. Tapi ini menyebabkan sejumlah desain menghasilkan tenaga putaran yang berdenyut. Drag atau gaya yang menahan pergerakan sebuah benda padat melalui fluida (zat cair atau gas) bisa saja tercipta saat kincir berputar. Karena sulit dipasang di atas menara, kincir 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 kincir angin. Jika tinggi puncak atap yang dipasangi menara kincir kira-kira 50% dari tinggi bangunan, ini merupakan titik optimal bagi energi angin yang maksimal dan turbulensi angin yang minimal. Bentuk dari kincir angin sumbu vertical dapat dilihat pada Gambar 2.2

a. Kincir angin Savonius

b. Kincir angin Darrieus

Gambar 2.2 Kincir angin sumbu vertikal Sumber : http://www.indoenergi.com/2012/07/, diakses 1 April 2016


Adapun kelebihan dari desain kincir angin sumbu vertikal adalah sebagai berikut : a)

Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.

b)

Karena bilah-bilah rotornya vertikal, tidak dibutuhkan mekanisme yaw.

c)

Sebuah VAWT bisa diletakkan lebih dekat ke tanah, membuat pemeliharaan bagian-bagiannya yang bergerak jadi lebih mudah.

d)

VAWT memiliki sudut airfoil (bentuk bilah sebuah baling-baling yang terlihat secara melintang) yang lebih tinggi, memberikan keaerodinamisan yang tinggi sembari mengurangi drag pada tekanan yang rendah dan tinggi.

e)

Desain VAWT berbilah lurus dengan potongan melintang berbentuk kotak atau empat persegi panjang memiliki wilayah tiupan yang lebih besar untuk diameter tertentu daripada wilayah tiupan berbentuk lingkarannya HAWT.

f)

VAWT memiliki kecepatan awal angin yang lebih rendah daripada HAWT. Biasanya VAWT mulai menghasilkan listrik pada 10km/jam (6 m.p.h.)

g)

VAWT biasanya memiliki tip speed ratio (perbandingan antara kecepatan putaran dari ujung sebuah bilah dengan laju sebenarnya angin) yang lebih rendah sehingga lebih kecil kemungkinannya rusak di saat angin berhembus sangat kencang.

h)

VAWT yang ditempatkan di dekat tanah bisa mengambil keuntungan dari berbagai lokasi yang menyalurkan angin serta meningkatkan laju angin (seperti gunung atau bukit yang puncaknya datar dan puncak bukit),

i)

VAWT tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah.


Selain memiliki kelebihan, desain kincir angin ini juga memiliki kekurangan yaitu sebagai berikut : a)

Kebanyakan VAWT memproduksi energi hanya 50% dari efisiensi HAWT karena drag tambahan yang dimilikinya saat kincir berputar.

b)

VAWT tidak mengambil keuntungan dari angin yang melaju lebih kencang di elevasi yang lebih tinggi.

c)

Kebanyakan VAWT mempunyai torsi awal yang rendah, dan membutuhkan energi untuk mulai berputar.

d)

Sebuah VAWT yang menggunakan kabel untuk menyanggahnya memberi tekanan pada bantalan dasar karena semua berat rotor dibebankan pada bantalan. Kabel yang dikaitkan ke puncak bantalan meningkatkan daya dorong ke bawah saat angin bertiup.

2.1.5 Kandungan Energi Dalam Angin Bentuk energi yang terdapat pada angin yang dapat diekstraksi oleh turbin angin adalah energi kinetiknya. Angin adalah massa udara yang bergerak, besarnya energi yang terkandung pada angin tergantung pada kecepatan angin dan massa jenis angin atau udara yang bergerak tersebut.

2.1.6 Pengukuran Angin Parameter yang diukur pada proses konversi energi angin pada umumnya adalah kecepatan dan arahnya, kecepatan angin diukur dengan menggunakan alat


anemometer. Anemometer mempunyai banyak jenis dan salah satunya adalah anemometer digital Anemometer digital merupakan alat yang terdiri atas tombol-tombol dan layar tampilan (display). Anemometer digital memiliki tiga skala pengukuran yaitu meter/sekon, km/jam, dan knots. Pada anemometer digital pengukuran dapat dilakukan berulang-ulang dan data akan otomatis tersimpan dalam memori.

Gambar 2.3 Anemometer digital Sumber: http://google.com

2.1.7 Hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio Berikut ini grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio dari berbagai jenis kincir dapat di lihat pada grafik batas Betz (betz limit diperkenalkan oleh ilmuan Jerman, Albert Betz) berikut ini :


Gambar 2.4 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) dengan Tips Speed Ratio (TSR) dari beberapa jenis kincir Sumber : Johnson, 2006, hal. 18

2.1.8 Rumus Perhitungan Rumus yang digunakan dalam melakukan perhitungan kincir angin dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

2.1.8.1 Rumus Energi Kinetik Energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda karena geraknya. Energi kinetik dipengaruhi oleh massa benda dan kecepatannya. Dapat ditulis dalam rumus sebagai berikut : Ek = m v2

(1)


yang dalam hal ini : Ek : Energi kinetik (J) m : massa benda (kg) v : kecepatan benda (m/s)

2.1.8.2 Rumus Daya Angin Daya angin adalah daya yang dihasilkan oleh angin tiap luasan sudu. Sehingga daya angin dapa digolongkan sebagai energi potensial. Pada dasarnya daya angin merupakan angin yang bergerak persatuan waktu sehingga dapat ditulis dalam rumus sebagai berikut : Daya = kerja / waktu = energi kinetik / waktu Pin = ½ . m . ν2 /t = ½ (ρ.A.d).ν2 /t = ½ . ρ. A . ν2. (d/t) = ½ . ρ . A . ν3 dalam hal ini : Pin : Daya yang disediakan oleh angin (watt)

 : massa jenis aliran (kg/m 3) ν

: kecepatan angin (m/s)

A : Luas penampang sapuan sudu (m2)

d/t = ν (2)


2.1.8.3 Rumus Tip Speed Ratio (tsr) Tip speed ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir angin dengan kecepatan angin. Kecepatan diujung sudu (Vt) dapat dirumuskan sebagai :

Vt = ω r

(3)

dengan : Vt

: kecepatan ujung sudu.

ω

: kecepatan sudut (rad/s).

r

: jari – jari kincir (m).

sehingga tsr-nya dapat dirumuskan sebagai berikut:

(4) dengan : r

: jari – jari kincir (m).

n

: putaran poros kincir tiap menit (rpm).

v

: kecepatan angin (m/s).

2.1.8.4 Rumus Torsi Torsi adalah hasil kali dari gaya pemebebanan (F) dengan panjang lengan torsi (l). Perhitungan torsi dapat dirumuskan sebagai berikut :


T=Fl

(5)

dengan : F

: gaya pembebanan (N).

l

: panjang lengan torsi ke poros (m).

2.1.8.5 Rumus Daya Mekanis Daya yang dihasilkan kincir (Pout ) adalah daya yang dihasilkan kincir akibat adanya angin yang melintasi sudu kincir. Sehingga daya kincir yang dihasilkan oleh gerakkan melingkar kincir dapat dirumuskan :

Pout ( mekanis ) = T ω

(6)

dengan : T

= torsi dinamis (N.m).

ω

= kecepatan sudut didapatkan dari = = =

Dengan ini untuk daya yang dihasilkan kincir dapat dinyatakan dengan persamaan (7), yaitu :


Pout ( mekanis )

(7)

dengan : Pout

: Daya yang dihasilkan oleh kincir angin (watt).

n

: Putaran poros (rpm).

2.1.8.6 Rumus Daya Listrik Daya yang dihasilkan (Pout) adalah daya yang dihasilkan generator. Sehingga daya kincir yang dihasilkan oleh gerakkan melingkar kincir dapat dirumuskan :

Pout ( Listrik ) = V I

(8)

Dengan : V

: Tegangan (volt)

I

: Arus (ampere)

2.1.8.7 Rumus Koefisien Daya (Cp) Koefisien Daya (Cp) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukkan perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir (Pout) dengan daya yang disediakan oleh angin (Pin). Sehingga Cp dapat dirumuskan : (9) dengan :


Cp

: Koefisien Daya.

Pout

: daya yang dihasilkan kincir (watt).

Pin

: daya yang disediakan oleh angin (watt).

2.1.9 Komposit Komposit adalah penggabungan dua atau lebih material yang berbeda sebagai suatu kombinasi yang menyatu. Bahan komposit pada umumnya terdiri dari dua unsur, yaitu serat (fiber) sebagai penguat (renforcement) dan bahan pengikat serat yang disebut matrik. Didalam komposit unsur utamanya serat, sedangkan bahan pengikatnya polimer yang mudah dibentuk. Penggunaan serat sendiri yang utama adalah menentukan karakteristik bahan komposit, seperti kekakuan, kekuatan serta sifat mekanik lainnya. Sebagai bahan pengisi, serat digunakan untuk menahan gaya yang bekerja pada bahan komposit, matrik berfungsi melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik terhadap gaya-gaya yang terjadi. Oleh karena itu untuk bahan serat digunakan bahan yang kuat, kaku dan getas, sedangkan bahan matrik dipilih bahan-bahan yang liat, lunak dan tahan terhadap perlakuan kimia.

2.1.9.1 Klasifikasi Bahan Komposit Serat Klasifikasi komposit serat ( fiber - matrik composites ) dibedakan menjadi; 1. Fibre composites (komposit serat) adalah gabungan serat dengan matrik.


2. Flake composites adalah gabungan serpih rata dengan matrik. 3. Particulate composites adalah gabungan partikel dengan matrik. 4. Filled composites adalah gabungan matrik continous skeletal. 5. Laminar composites adalah gabungan lapisan atau unsur pokok lamina. Klasifikasi komposit ditunjukkan pada gambar dibawah ini ;

Gambar 2.5 Klasifikasi Bahan Komposit (Hadi, 2001)

Bahan komposit terdiri dari dua macam, yaitu komposit partikel ( particulate Composite ) dan komposit serat (fibre composite). Bahan komposit partikel terdiri dari partikel yang diikat matrik. Komposit serat ada dua macam, yaitu serat panjang (continuos fibre) dan serat pendek (short fibre atau whisker). (Hadi, 2001)


2.1.9.2 Tipe Komposit Serat Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit, yaitu : 1. Continuous Fibre Composite Tipe ini mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina diantara matriknya. Tipe ini mempunyai kelemahan pemisahan antar lapisan. 2. Woven Fibre Composite (bi-directional) Komposit ini tidak mudah dipengaruhi pemisahan antar lapisan karena susunan seratnya mengikat antar lapisan. Susunan serat memanjangnya yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan melemah. 3. Discontinous Fibre Composite Discontinous Fibre Composite adalah tipe komposit dengan serat pendek. Tipe ini dibedakan lagi menjadi 3 : a) Aligned discontinous fibre b) Off-axis aligned discontinous fibre c) Randomly oriented discontinous fibre

a) aligned

b) off-axis

c) randomly

Gambar 2.6 Tipe discontinous fibre (Gibson, 1994)


4. Hybrid Fibre Composite Hybrid fibre composite merupakan komposit gabungan antara tipe serat lurus dengan serat acak. Tipe ini digunakan supaya dapat menganti kekurangan sifat dari kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.

Continous Fibre Composit

Randomly Oriented Discontinous

Woven Fibre Composite

Fibre Hybrid Fibre Composite

Gambar 2.7 Tipe Komposit Serat (Gibson, 1994)

2.1.9.3 Faktor Kekuatan Komposit Faktor yang mempengaruhi kekuatan komposit : 1. Faktor Serat 2. Letak Serat a. One dimensional reinforcement, mempunyai kekuatan pada arah axis serat.


b. Two dimensional reinforcement (planar), mempunyai kekuatan pada dua arah atau masing-masing arah orientasi serat. c. Three dimensional reinforcement, mempunyai sifat isotropic kekuatannya lebih tinggi dibanding dengan dua tipe sebelumnya. 3. Panjang Serat Serat panjang lebih kuat dibanding serat pendek. Oleh karena itu panjang dan diameter sangat berpengaruh pada kekuatan maupun modulus komposit. Serat panjang (continous fibre) lebih efisien dalam peletakannya daripada serat pendek. 4. Bentuk Serat Bentuk serat tidak mempengaruhi, yang mempengaruhi adalah diameter seratnya. Semakin kecil diameter serat akan menghasilkan kekuatan komposit yang tinggi. 5. Faktor Matrik Matrik berfungsi mengikat serat. Polimer sering dipakai termoplastik dan termoset. a. Thermoplastik 1. Polyamide (PI), 2. Polysulfone (PS), 3. Poluetheretherketone (PEEK), 4. Polypropylene (PP), 5. Polyethylene (PE) dll.


b. Thermosetting 1. Epoksi, 2. Polyester. 3. Resin Furan dll. 6. Katalis Katalis digunakan untuk membantu proses pengeringan (curring) pada bahan matriks suatu komposit. Penggunaan katalis yang berlebihan akan semakin mempercepat proses laju pengeringan, tetapi akan menyebabkan bahan komposit yang dihasilkan semakin getas.

2.1.10 Serat Serat adalah suatu jenis bahan yang berupa potongan-potongan komponen yang membentuk jaringan memanjang yang utuh. Saat ini terdapat berbagai macam jenis serat baik yang berasal dari alam maupun yang dibuat oleh manusia (man made), Contoh serat yang paling banyak dijumpai adalah serat pada kain. Manusia menggunakan serat dalam banyak hal, antara lain untuk membuat benang, kain atau kertas. Serat dapat digolongkan menjadi dua jenis yaitu serat alam dan serat sintetis (serat buatan manusia).


Tabel 2.2 Kekuatan Serat.

Sumber : http://imamengineering.blogspot.co.id/2015/03/makalah-mekanika-bahankomposit.html.

2.1.10.1 Serat Alami Serat alam menurut Jumaeri, (1977:5), yaitu “serat yang langsung diperoleh di alam. Pada umumnya kain dari serat alam mempunyai sifat yang hampir sama yaitu kuat, padat, mudah kusut, dan tahan penyetrikaan”. Serat alam digolongkan lagi menjadi :


Gambar 2.8 Jenis –jenis serat alami Sumber: http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macammacam-Serat-Alam.bmp. Diakses Juni 2016.

a) Serat Protein Serat proteina dapat berbentuk staple atau filamen. Serat protein berbentuk stapel berasal dari rambut hewan berupa domba, alpaca, unta, cashmer, mohair, kelinci, dan vicuna. Yang paling sering digunakan adalah wol dari bulu domba.

Gambar 2.9 Serat wol dari bulu domba Sumber: http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macammacam-Serat-Alam.bmp. Diakses Juni 2016.


b) Serat Selulosa Serat tumbuhan/serat pangan biasanya tersusun atas selulosa, semiselulosa dan kadang – kadang mengandung pula lignin. Sifat umum serat yang dari selulosa adalah mudah menyerap air (higroskopis), mudah kusut dan jika dilakukan uji pembakaran menimbulkan baud an arang seperti terbakar.

Gambar 2.10 Serat Pisang Sumber: http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macamSerat-Alam.bmp. Diakses Juni 2016.

c) Serat mineral Serat mineral, umumnya dibuat dari asbestos. Saat ini asbestos adalah satusatunya mineral yang secara alami terdapat dalam bentuk serat panjang.

Gambar 2.11 Serat Asbes Sumber: http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macammacam-Serat-Alam.bmp. Diakses Juni 2016.


2.1.10.2 Serat Buatan Serat buatan menurut Jumaeri, (1979:35), yaitu “serat yang molekulnya disusun secara sengaja oleh manusia. Sifat-sifat umum dari serat buatan, yaitu kuat dan tahan gesekan”.

Gambar 2.12 Jenis serat buatan Sumber:http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macammacam-Serat-Sintetis.bmp

a) Serat Fiberglass Kaca serat (Bahasa Inggris: fiberglass) atau sering diterjemahkan menjadi serat gelas 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 untuk digunakan sebagai badan mobil dan bangunan kapal. Dia juga digunakan sebagai agen penguat untuk banyak produk plastik, material komposit yang dihasilkan dikenal sebagai plastik diperkuat-gelas (glass-reinforced plastic, GRP) atau epoxy diperkuat glass-fiber (GRE), disebut “fiberglass” dalam penggunaan umumnya. Pembuat gelas dalam sejarahnya telah mencoba banyak eksperimen dengan gelas giber, tetapi produksi masal dari fiberglass hanya dimungkinkan setelah majunya mesin. Pada 1893, Edward Drummond Libbey memajang sebuah pakaian di World Columbian Exposition menggunakan glass fiber dengan diameter dan tekstur fiber sutra. Yang sekarang ini dikenal sebagai “fiberglass”, diciptakan pada 1938 oleh Russell Games Slayter dari Owens-Corning sebagai sebuah material yang digunakan sebagai insulasi. Dia dipasarkan dibawah merk dagang Fiberglas (sic), Pada umumnya bentuk dasar suatu bahan komposit adalah tunggal dimana merupakan susunan dari paling tidak terdapat dua unsur yang bekerja bersama untuk menghasilkan sifat-sifat bahan yang berbeda terhadap sifat-sifat unsur bahan penyusunnya. Dalam prakteknya komposit terdiri dari suatu bahan utama (matrik – matrix) dan suatu jenis penguatan (reinforcement) yang ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan dan kekakuan matrik. Penguatan ini biasanya dalam bentuk serat (fibre, fiber).


Gambar 2.13 Serat Kaca

2.1.11 Matrik Matrik dalam komposit berfungsi sebagai bahan mengikat serat menjadi sebuah unit struktur, melindungi dari perusakan eksternal, meneruskan atau memindahkan beban eksternal pada bidang geser antara serat dan matrik, sehingga matrik dan serat saling berhubungan. Pembuatan komposit serat membutuhkan ikatan permukaan yang kuat antara serat dan matrik. Selain itu matrik juga harus mempunyai kecocokan secara kimia agar reaksi yang tidak diinginkan tidak terjadi pada permukaan kontak antara keduanya. Untuk memilih matrik harus diperhatikan sifat-sifatnya antara lain seperti tahan terhadap panas, tahan cuaca yang buruk dan tahan terhadap goncangan yang biasanya menjadi pertimbangan dalam pemilihan material matrik. Bahan Polimer yang sering digunakan sebagai material matrik dalam komposit ada dua macam yaitu thermoplastik dan termoset. Thermoplastik dan thermoset ada banyak macam jenisnya yaitu :


1. Thermoplastik 

Polyamide (PI),



Polysulfone (PS),



Poluetheretherketone (PEEK),



Polyhenylene Sulfide (PPS),



Polypropylene (PP),



Polyethylene (PE) dll.

2. Thermosetting 

Epoksi,



Polyester.



Phenolic,



Plenol,



Resin Amino,



Resin Furan dll.

a. Sistem Matriks Apapun sistem matriks yang digunakan dalam bahan komposit akan memerlukan sifat-sifat berikut : 1. Sifat-sifat mekanis yang bagus. 2. Sifat-sifat daya rekat yang bagus.


3. Sifat-sifat ketangguhan yang bagus. 4. Ketahanan terhadap degradasi lingkungan bagus.

1) Sifat-sifat mekanis yang bagus Gambar 2.14 dibawah memperlihatkan kurva tegangan/regangan untuk suatu sistem matriks ideal. Kurva untuk matriks menunjukkan kekuatan puncak tinggi, kekakuan tinggi (ditunjukkan dengan kemiringan awal) dan regangan tinggi terhadap kegagalan. Hal ini berarti bahwa matriks pada awalnya kaku tetapi pada waktu yang sama tidak akan mengalami kegagalan getas.

Gambar 2.14. Kurva Tegangan/Regangan Sistem Matriks Ideal. Sumber:http://material-teknik.blogspot.co.id/2010/02/defenisi-komposit.html

Matriks harus mampu berubah panjang paling tidak sama dengan serat. Gambar 2.15 memberikan regangan terhadap kegagalan yang dimiliki untuk serat


kaca-E, serat kaca-S, serat aramid, dan serat karbon berkekuatan tinggi (yaitu bukan dalam bentuk komposit). Disini terlihat, sebagai contoh, serat kaca-S dengan perpanjangan 5,3%, akan membutuhkan matriks dengan perpanjangan paling tidak sama dengan nilai tersebut untuk mencapai sifat tarik yang maksimum.

Gambar 2.15 Kurva Tegangan/Regangan Terhadap Kegagalan Serat. Sumber:http://material-teknik.blogspot.co.id/2010/02/defenisi-komposit.html

2) Sifat-sifat daya rekat yang bagus. Daya rekat yang tinggi antara matriks dan serat penguat diperlukan untuk apapun jenis sistem matriks. Hal ini akan menjamin bahwa beban dipindahkan secara efisiensi dan akan menjaga pecahnya atau lepasnya ikatan serat dan matriks ketika ditegangkan.


3) Sifat-sifat ketangguhan yang bagus. Ketangguhan adalah suatu ukuran dari ketahanan bahan terhadap propaganda retak, tetapi dalam komposit hal ini akan susah untuk diukur secara akurat. Bagaimanapun juga, kurva tegangan dan regangan yang dimiliki sistem matriks menyediakan beberapa indikasi ketangguhan bahan. Sistem matriks dengan regangan terhadap kegagalan yang rendah akan cenderung menciptakan komposit yang getas, dimana retak dapat mudah terjadi. 4) Ketahanan terhadap degradasi lingkungan bagus. Ketahanan terhadap lingkungan, air dan substansi agresif lain yang bagus, bersama-sama dengan kemampuan untuk bertahan terhadap siklus tegangan konstan, adalah sifat yang paling esensi untuk apapun jenis sistem matriks.

2.1.12 Jenis-jenis Polimer/Resin Resin adalah senyawa polymer rantai karbon. Polymer berasal dari kata –poly (banyak) dan –mer (ikatan). Senyawa polymer rantai karbon dapat didefinisikan sebagai senyawa yang mempunyai banyak ikatan rantai karbon. Resin merupakan bahan pembuat Fiberglass yang berujud cairan kental seperti lem, berkelir hitam atau bening. Berfungsi untuk mengeraskan semua bahan yang akan dicampur. Resin biasanya digunakan sebagai bahan dasar dalam membuat kerajinan, gantungan, maupun action figure.


Tabel 2.3 Kekuatan tarik, tekan dan lentur bahan polimer.

Resin Termoset Resin Fenol (Bakelin) : Tanpa pengisi Dengan bubuk kayu Dengan asbes Dengan serat gelas Resin melamin : Dengan pengisi Dengan selulosa Resin urea : Dengan selulosa Resin poliester : Dengan pengisi (coran kaku) Dengan serat gelas Dengan serat sintetik Resin Epoksi : Dengan pengisi (coran) Dengan serat gelas Resin Silikon : Dengan serat gelas Resin Termoplastik Stiren : G.P. Dikopolimerkan dengan akrilonitril Resin ABS Nilon : Nilon 6 Nilon 66 Polietilen : Masa jenis tinggi Masa jenis rendah Polietilen : Resin PVC : Kaku Dengan plastis Poliasetal : (Delrin) Polikarbonat : Politetrafluoroetilen : (Teflon) Baja Lunak Untuk kontruksi 0,1 - 0,2% C

Kekuatan Tarik (kgf/mm2)

Perpanjangan (%)

Modulus Elastisitas (kgf/mm2 x 102)

Kekuatan Tekan (kgf/mm2)

Kekuatan Lentur (kgf/mm2)

4,9 - 5,6 4,5 -7 3,8 - 5,2 3,6 - 7

1,0 - 1,5 0,4 - 0,5 0,18 - 0,50 0,2

5,2 - 7 5,6 - 12 7 - 21 23 - 1

7 - 21 15,4 - 25,2 14 -24 12 -24

8,4 - 10,5 5,9 - 8,4 5,6 - 9,8 7 - 42

4,9 – 9,1

0,6 – 1,0

8,4 – 9,8

17,5 – 30,1

7 – 11,2

4,2 – 9,1

0,4 – 1,0

7 – 10,5

17,5 - 31

7 -11,2

4,2 – 9,1 17,5 – 2,1 3,1 – 4,2

<5 0,5 – 5,0 -

2,1 – 4,2 5,6 – 14 -

9,1 – 25 10,5 – 21 14 - 26

5,9 – 16,1 7 - 28 7 – 8,4

2,8 – 9,1 9,8 – 2,1

3–6 4

2,4 2,1

10,5 – 17,5 21 - 26

9,3 – 13,3 14 - 21

2,8 – 3,5

-

-

7 – 10,5

7 – 9,8

4,5 – 6,3

1,0 – 2,5

2,8 – 3,5

8 – 11,2

6,9 – 9,8

6,6 – 8,4 1,6 – 6,3

1,5 - 3,5 10 - 140

2,8 – 3,9 0,7 – 2,8

9,8 – 11,9 1,7 – 7,7

9,8 – 13,3 2,5 – 9,4

7,1 – 8,4 4,9 - 8,4

25 - 320 25 - 200

1,0 – 2,6 1,8 – 2,8

4,6 – 8,5 5 – 9,1

5,6 – 11,2 5,6 – 9,6

2,1 – 3,8 0,7 – 1,4

15 - 100 90 - 650

0,4 – 1 0,14 – 0,24

2,2 -

0,7 -

3,3 – 4,2

200 - 700

1,1 – 1,4

4,2 – 5,6

4,2 – 5,6

3,5 – 6,3 0,7 – 1,4

2 - 40 200 - 400

2,4 – 4,2 -

5,6 – 9,1 0,7 – 1,2

7 – 11,2 -

6,1 - 7

15 – 40 ext. 75

2,4 – 2,8

12,6

8,4 – 9,8

5,6 – 6,6

60 - 100

22

7,7

7,7 – 9,1

1,4 – 3,1

200 - 400

0,4

1,19

38

30

300

38

Sumber: Ir. Tata Surdia MS. Met. E , Prof. Dr. Shiroku Saito, 2005, Pengetahuan Bahan Teknik, PT.Pradnya Paramita, Hal 184.


2.1.12.1 Resin Termoset Ada resin fenol, resin urea dan resin melamin yang dihasilkan dari kondensasi formalin pada pemanasan dan resin epoksi dihasilkan dari polimerisasi adisi pada pemanasan dengan adanya katalis amino. Dalam setiap hal resin yang dipanas awetkan mempunyai ikatan dengan struktur jaringan, sukar larut dalam pelarut dan tak dapat dilelehkan oleh panas. Bahan ini terutama digunakan untuk bahan-bahan teknik seperti komponen listrik dan mekanik, pelapis hiasan.

2.1.12.2 Resin Fenol Fenol-fenol seperti, kresol, ksilenol, dsb, dikondensasikan denga formadehida untuk menghasilkan resin termoset. Seperti yang ditunjukkan pada Gb.2.16 bila suatu asam digunakan sebagai katalis pada reaksi fenol dan formaldehida, akan dihasilkan suatu novolak termoplastik yang larut dalam alkohol dan aseton. Bahan ini direaksikan dengan pengeras, heksametilentetramin, untuk membuat resin yang tak larut dan tak dapat dilelehkan. Ini disebut cara kering atau proses dua tahap. Dilain pihak dengan katalis basa dihasilkan suatu bahan seperti sirop yang disebut resol, yang tergolong resin yang tak larut dan tak dapat dilelehkan. Ini disebut cara basah atau proses satu tahap. 1) Pencetakan Dibawah ini diberikan contoh proses dua tahap. Novola dicampurkan dengan heksametilentetramin 10-15%, terhadap 50 bagian campuran ini ditambah 50 bagian bubuk kayu, 0,5-1,2% bagian magnesia dan pelarut maupun zat pewarna, dicampur


dengan baik dan dirol panas pada 120-1300 C kemudian dihancurkan untuk membuat bubuk cetakan. Rol yang dipanaskan sebagian besar akan memberikan pengaruh pada sifat-sifat produknya. Dilain pihak, resol digunakan dalam bentuk larutan alkohol 3050% (pernis), sedangkan untuk barang cetakan, bubuk kayu secukupnya dijenuhkan dalam pernis (kira-kira 50%), dikeringkan dan dibubukkan untuk sebagai bahan mentah. Diperlukan waktu dan energi untuk pengeringan karena itu dalam banyak hal ini dilakukan menurut proses dua tahap.

Gambar 2.16 Reaksi Resin Fenol. Sumber: Ir. Tata Surdia MS. Met. E , Prof. Dr. Shiroku Saito, 2005, Pengetahuan Bahan Teknik, PT.Pradnya Paramita, Hal 253.

2.1.12.3 Resin urea-formaldehid (Resin Urea) Ini adalah resin termoset yang didapat lewat reaksi urea dan formalin, dimana urea dan formaldehid (37% formalin) bereaksi dalam alkalin netral dan lunak. Untuk resin cetakan, ditambah 97-160 g formalin 37% (1,2-2,0 mol sebagai formaldehid pada 60 g (1 mol) urea, dan pH diatur sampai 7-8,5 dengan air amonia, larutan natrium hidroksida dalam air, trietanolamin, dsb, dan biarkan bereaksi berturut-turut untuk 2-3 jam pada 400 C atau 1,0-1,5 jam pada 700 C. Larutkan kondensat awal yang


didapat dalam heksametilentetramin 1-8% (heksamin), dan tambahkan 29-48 g puip/bubur selulosa dan campurkan secukupnya untuk kira-kira 1 jam. Semakin sedikit pulp yang terdapat sebagai pengisi, semakin transparan produk yang didapat, tetapi kurang kekuatannya, menyusut lebih banyak dan lebih mudah retak. Resin campuran ini dikeringkan untuk 2-3 jam mulai 600 C sampai 90-950 C, didehidrasi dan dikondensasi. Bahan yang kering kemudian dibubukan untuk 20-48 jam, lalu ditambahkan bahan pewarna, pemlastis, pengeras (asam oksolat, asam ftalat, amonium ftalat dan garam-garam lain). Disamping itu, bahan digunakan sebagai perekat, cat, pengubah kertas dan serat. Resin urea sendiri lebih jelek dari pada resin fenol, resin melamin, dsb, dalam hal ketahanan air, kestabilan dimensi dan ketahanan terhadap penuaan, karena itu beberapa bahan lain ditambahkan atau diproses menjadi kopolimer dengan fenol, melamin, dsb, untuk memperbaiki sifat-sifat tersebut diatas. 1) Pencetakan Proses yang dipakai yaitu pencetakan tekan, pengalihan dan injeksi. Dalam pencetakan tekan, bahan diproses pada temperatur cetakan 130-1500 C, tekanan 150300 kg/cm2, selama 30-40 detik/1 mm ketebalan dari benda cetakan.

2.1.12.4 Resin Melamin Bahan ini lebih unggul dalam berbagai sifat dari pada resin urea. 1) Cara produksi


Karena melamin mempunyai 3 gugus amino, maka 6 mol formaldehid dapat bereaksi dengan 1 mol melamin, tetapi ada umumnya 3-5 mol formaldehid digunakan untuk membuat resin. Bahan bereaksi secara termal dengan katalis. Untuk membuat bahan cetakan, 6 g (1 mol) melamin direaksikan dengan 243 g formalin 37% (3 mol sebagai formaldehid) diatur sampai pH 8-9 dengan larutan natrium karbonat dalam air. Setelah 60-90 menit bahan dipindahkan ke alat penekan, dicampur dengan 55-85 g pulp untuk sekitar 1 jam, dikeringkan 80-1100 C dan dibubukkan. Pembubukan dihentikan setelah 10-15 jam. Karena bahan cetakan mengandung 60-70% resin, ditambahkan pulp 30-40%, pengeras 0,05-1% (bahan asam lemah seperti ftalatanhidrid atau garamnya) dan 0,5-2% bahan pewarna. Berbagai bahan dapat dibuat dengan kondensasi yang sesuai untuk memenuhi kegunaan yang bersangkutan, seperti perekat, lapisan hiasan,lembaran yang dilaminasi, cat, kertas dan serat. 2) Pencetakan Seperti halnya resin urea, dilakukan pencetakan: tekanan, pengalihan, dan injeksi. Suhu pencetakan 10-200 C lebih tinggi dari pada resin urea. Sebagai kondisi pencetakan standar digunakan temperatur pencetakan 150-1700 C, tekanan pencetakan 150-250 kgf/cm2, waktu pencetakan 1 menit pada 1600 C atau 40 detik pada 1700 C per 1 mm tebal bahan. Dalam produksi alat-alat makan, pengerjaan yang kurang sesuai menghasilkan formalin sisa yang menggangu dan merusak kemampuan penggunaan, karena itu pada umumnya barang cetakan dibiarkan dalam termostat pada 80-1200 C selama 30-60 menit agar pemantapan dapat berlangsung secukupnya (pemanggangan akhir). Proses yang cocok digunakan untuk pencetakan pelapis


hiasan dan lembaran-lembaran yang dilapisi, perekat, pengecatan, pelapisan resin pada serat dan kertas.

2.1.12.5 Resin Epoksi Resin ini mempunyai kegunaan yang luas dalam industri teknik kimia, listrik, mekanik dan sipil sebagai perekat, cat lapisan, pencetakan cor dan benda-benda cetakan. 1) Produksi Pada saat ini produknya adalah kebanyakan merupakan kondensat dari bisfenol A (4-4’ dihidroksidifenil 2,2-propanon) dan epiklorhidrin. Bisfenol A diganti dengan novolak, atau senyawa tak jenuh, siklopentadien, dsb. Resin epoksi bereaksi dengan pengeras dan menjadi unggul dalam kekuatan mekanik dan ketahanan kimia. Sifatnya bervariasi bergantung pada jenis, kondisi dan pencampuran dengan pengerasnya. Banyaknya campuran dihitung dari ekivalen epoksi (banyaknya resin yang mengandung 1 mol gugus epoksi dalam gram). 2) Resin bisfenol A Kelekatannya terhadap bahan lain baik sekali. Bahan ini banyak digunakan dalam cat untuk logam, perekat, pelapis dengan serat glass, dsb. Pada pengawetan tidak dihasilkan produ tambahan seperti air, dan penyusutan volume kurang. Kestabilan dimensinya baik sangat tahan terhadap zat kimia dan stabil terhadap banyak asam kecuali asam pengaksid yang kuat dan asam alifatik rendah, alkali dan


garam. Karena takdiserang oleh hampir semua pelarut bahan ini baik digunakan sebagai bahan yang non-korosif. 3) Resin sikloalifatik Bahan ini viskositasnya rendah dan ekivalensi epoksinya kecil. Bahan berguna sebagai pengencer bisfenol karena mudah penaganannya, karena kaku dan rapuh terutama digunakan untuk alat isolasi listrik yang diperkuat dengan serat glass, untuk ketahanan busur dan sifat anti alurnya baik.

Gambar 2.17 Reaksi Resin Epoksi. Sumber: Ir. Tata Surdia MS. Met. E , Prof. Dr. Shiroku Saito, 2005, Pengetahuan Bahan Teknik, PT.Pradnya Paramita, Hal 259.

2.1.12.6 Resin Poliuretan Poliuretan terutama dihasilkan oleh reaksi diisosianat dan senyawa polihidroksi (disebut poliol karena mempunyai lebih dari dua guus-OH akhir). Resin ini kuat, baik dalam ketahanan abrasi, ketahanan minyak dan ktahanan pelarut, maka digunakan untuk plastik busa, bahan elastis, cat, perekat, serat elastis dan kulit sintetik.


2.1.12.7 Resin Poliester Tak Jenuh Dalam banyak hal ini disebut poliester saja karena berupa resin cair dengan viskositas yang relatif rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak resin termoset lainya maka tidak perlu diberi tekanan untuk pencetakan. Berdasarkan karakteristik ini bahan dikembangkan secara luas sebagai plastik penguat dengan mengunakan serat glass. 1) Produksi Seperti dinyatakan pada Tabel 2.4 suatu asam dibasa (B) bereaksi secara kondensasi dengan alkohol dihidrat (A) untuk mendapatkan poliester. Karena asam tak jenuh digunakan dengan berbagai cara sebagai dari asam dibasa yang menyebabkan terdapat ikatan tak jenuh dalam rantai utama dari polimer yang dihasilkan maka disebut poliester tak jenuh. Kemudian monometer vinil seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.5 dicampur bereaksi dengan gugus tak jenuh pada saat pencetakan untuk mengeset. Sebagai contoh standar digunakan 1 mol (98 g) anhidrida maleat, 1 mol (148 g) anhidrid, 1 mol (62 g) etilen glikol dan 1 mol (76 g) propilen glikol. Sebagai monomor pengikat silang untuk poliester stiren bersifat unggul dalam keaktifannya dan lebih murah.


Tabel 2.4 (A) Alkohol dihidrat dipakai untuk resin polyester.


Tabel 2.4 (B) Asam dibasa vinil dipergunakan untuk resin polyester.



Tabel 2.5 Monomor vinil dipergunakan untuk resin polyester.


2) Resin Yukalac 235 Yukalac 235 Series adalah tipe resin umum orthophtalic yang cepat kering, thixotropic, pre-accelerated dan non-wax, sangat cocok untuk membuat produk FRP dengan proses hand lay up dan spray up molding. Tipe ini sangat umum digunakan sebagai material struktur dalam pembuatan kapal pesiar, kapal memancing, barang saniter, bath tub, bahan bangunan dan produk FRP lainnya. Tipe ini adalah tipe yang khusus dikembangkan untuk aplikasi hand lay up dan spray up molding pada cuaca panas.


Gambar 2.18 Resin Yukalac 235 Sumber:http://google.com

2.1.13 Katalis Katalis berbentuk cairan jernih dengan bau menyengat. Fungsinya sebagai katalisator agar resin lebih cepat mengeras. Penambahan katalis ini cukup sedikit saja tergantung pada jenis resin yang digunakan. Selain itu umur resin juga mempengaruhi jumlah katalis yang digunakan. Artinya resin yang sudah lama dan mengental akan membutuhkan katalis lebih sedikit bila dibandingkan dengan resin baru yang masih encer.

2.2 Tinjauan Pustaka Petrus Dodo Anggriawan (2013) telah melakukan penelitian tentang pengujian unjuk kerja kincir angin propeler tiga sudu dari bahan triplek dan anyaman bambu berdiameter 80 cm. Penelitian ini bertujuan untuk mencari dan membandingkan koefisien daya diantara dua model kincir permukaan halus dan kincir permukaan


kasar (dilapisi anyaman bambu). Kincir angin menggunakan model kincir angin horizontal tipe propeler dengan tiga sudu. Kincir ini memiliki diameter 80 cm dengan luas penampang sudu 0,50 m2 dan berat 420 gram. Kincir angin menggunakan variasi kemringan sudu 100 dan 150. Untuk mengukur dan mengetahui torsi, daya kincir, koefisien daya dan tips speed ratio pada kincir, poros kincir dihubungkan ke mekanisme pengereman yang berfungsi sebagai variasi beban pada kincir. Besarnya beban pengereman pada kincir diukur dengan neraca pegas, putaran pada kincir diukur menggunakan takometer dan kecepatan angin diukur dengan menggunakan anemometer. Hasil kincir menunjukkan bahwa dengan kemiringan sudu 100 didapatkan kincir angin permukaan halus dapat menghasilkan daya lebih besar dari pada kincir permukaan kasar yaitu sebesar 15,2 watt, dengan beban torsi 0,40 Nm dan CP 8,6 % . Sedangkan pada kemiringan sudu 150 didapat kincir angin permukaan kasar dapat menghasilkan daya lebih besar dari pada kincir permukaan halus yaitu sebesar 14 watt, dengan beban torsi 0,40 Nm dan CP 8,2 %.

Heryanto, Valentinus Kelvin (2014) telah melakukan penelitian tentang pengujian unjuk kerja kincir angin poros horisontal 4 sudu berbahan pipa PVC 8” dengan variasi kemiringan sudu. Kebutuhan energi merupakan salah satu hal yang tidak dapat dipisahkan dari kehidupan manusia karena mempunyai peranan yang penting untuk memenuhi semua kebutuhan manusia baik dari segi ekonomi, sosial, dan lingkungan. Pemanfaatan energi terbarukan saat ini sangat dibutuhkan dengan


produksi bahan bakar minyak yang semakin terbatas. Keterbatasan produksi bahan bakar minyak menjadikan harga bahan bakar naik. Upaya-upaya pencarian sumber energi alternatif selain fosil, membuat para peneliti untuk mencari energi lain yang kita kenal sekarang dengan istilah energi terbarukan. Salah satu energi terbarukan yang dapat dikembangkan di Indonesia adalah pemanfaatan energi angin. Salah satu alat yang bisa memanfaatkan energi angin adalah kincir angin. Karakteristik desain kincir angin menjadi salah satu syarat mekanisme yang harus diperhatikan.Penelitian ini juga memacu pengembangan pembuatan kincir angin dengan bahanmaterial yang murah, kuat, sederhana, dan terjangkau masyarakat luas. Model kincir angin yang digunakan adalah kincir angin poros horisontal menggunakan bahan pipa PVC (polyvinil chloride) 8” dengan jumlah sudu 4 buah yang mempunyai diameter 1100 mm. Penelitian dilakukan dengan menggunakan sebuah terowongan angin di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma. Variasi yang diambil adalah variasi kemiringan sudu kincir angin. Data yang diambil pada saat penelitian adalah kecepatan angin, kecepatan putaran poros kincir angin, dan gaya pengimbang torsi. Hasil penelitian kincir angin dengan variasi kemiringan sudu 28,7° menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 11,27% pada tip speed ratio 3,03. Hasil penelitian kincir angin dengan variasi kemiringan sudu 34° menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 34,91 % pada tip speed ratio 4,38. Hasil penelitian kincir angin dengan variasi kemiringan sudu 39,8°. Menghasilkan koefisien daya


maksimal sebesar 23,57% pada tip speed ratio 3,64. Dari ketiga variasi kemiringan sudu yang digunakan pada penelitian kincir angin, koefisien daya maksimal dihasilkan pada kemiringan sudu 34° sebesar 34,91 % pada tip speed ratio 4,38. Kemiringan sudu kincir angin yang terbaik adalah sudu kincir angindengan sudut 34°.


BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Penelitian Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perencanaan kincir hingga analisis data. Langkah kerja dalam penelitian ini dalam bentuk gambar diagram alir seperti yang di tunjukan dalam Gambar 3.1.

Mulai

Perancangan kincir angin poros horizontal empat sudu

Pembuatan cetakan kincir angin menggunakan pralon

Pembuatan kincir angin berbahan dasar komposit

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

Pengolahan data untuk mencari koefisien daya dan tip speed ratio. Membandingan koefisien daya maksimal dan tip speed ratio pada masing – masing variasi kincir angin

Analisa serta pembahasan data dan pembuatan laporan

Selesai Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin.

50


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 dipertanggung jawabkan kebenarannya. 2. Pembuatan Alat Pembuatan alat uji kincir angin tipe ini 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 zumbu horizontal pada wind tunnel.

3.2 Alat dan Bahan Model kincir angin horizontal ini d i b u a t dengan bahan dasar komposit serat esglas dengan 5 lapisan yang di susun secara teratur dan cara pembuatannya memerlukan cetakan yang sudah dibuat menggunakan bahan pralon dan dengan diameter kincir 100 cm. 1. Sudu kincir angin. Ukuran panjang sudu kincir menentukan daerah sapuan angin yang menerima energi angin sehingga dapat membuat dudukan sudu atau turbin


berputar. Semua sudu memiliki bentuk dan ukuran yang sama, sudu kincir angin yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2. Blade / Sudu.

2. Dudukan Sudu. Dudukan sudu yang merupakan bagian komponen yang berfungsi untuk pemasangan sudu dan juga untuk mengatur kemiringan sudu. Dudukan sudu ini memiliki dua belas buah lubang untuk pemasangan sudu,untuk mengatur sudu kemiringan cukup memutar kemiringan plat dudukan sudu. Posisi plat dudukan dapat disesuaikan dengan kebutuhan yang diperlukan.

Gambar 3.3 Dudukan Sudu.


3. Fan blower. Fan blower berfungsi untuk menghisap udara memutar kincir angin, fan blower dengan power sebesar 15 Hp.

Gambar 3.4 Fan Blower

4. Tachometer. Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan putaran poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (rotation per minute). Jenis tachometer yang digunakan adalah digital light tachometer, cara kerjanya cukup sederhana meliputi 3 bagian, yaitu: Sensor, pengolah data dan penampil.

Gambar 3.5 Tachometer


5. Timbangan Digital. Timbangan Digital digunakan untuk mengetahui beban generator pada saat kincir angin berputar. Timbangan Digital ini diletakan pada bagian lengan generator.

Gambar 3.6 Timbangan Digital.

6. Anemometer. Anemometer berfungsi untuk mengukur atau menentukan kecepatan angin. Selain mengukur kecepatan angin, alat ini juga dapat mengukur besarnya tekanan angin, cuaca, dan tinggi gelombang laut.

Gambar 3.7 Anemometer.


7. Voltmeter. Voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan yang dihasilkan kincir angin oleh setiap variasinya.

Gambar 3.8 Voltmeter.

8. Amperemeter. Ampermeter digunakan untuk mengukur arus yang dihasilkan oleh Kincir Angin dengan setiap variasinya.

Gambar 3.9 Amperemeter.


9. Pembebanan. Pembebanan yang dilakukan dengan menggunakan lampu bermaksud untuk mengetahui performa kincir angin. Variasi voltase lampu yang diberikan bermaksud supaya data yang dihasilkan lebih bervariasi. Lampu yang digunakan adalah lampu 40 Watt sebanyak 8 buah, lampu 60 Watt sebanyak 4 buah, lampu 75 Watt sebanyak 3 buah dan lampu 100 Watt sebanyak 8 buah.

Gambar 3.10 Skema Pembebanan Lampu.

3.3 Desain Kincir Desain kincir angin yang dibuat seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.10. Gambar tersebut menunjukan bahwa kincir angin yang dibuat panjang diameternya berukuran 100 cm dengan lebar maksimum sudu 13 cm.


Gambar 3.11 Desain kincir.

3.4 Pembuatan Sudu / Blade Kincir Angin 3.4.1 Alat dan Bahan Pembuatan sebuah sudu / blade merupakan proses yang dilakukan secara bertahap serta membutuhkan alat dan bahan, seperti yang ditunjukkan oleh Tabel 3.1 Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu. ALAT

BAHAN

Mesin Bor

Pipa 8 Inchi

Mesin Gerinda Tangan

Katalis

Ampelas

Resin

Timbangan

Serat gelas

Kertas Karton

Aluminium foil

Kuas

Plat Aluminium

Gergaji Besi Gunting Gelas Ukur


3.4.2 Proses Pembuatan Sudu / Blade Dalam proses pembuatan sudu / blade dilakukan dengan beberapa tahapan. tahapan – tahapan pembuatan sudu seperti berikut: A. Pembuatan Cetakan Pipa: 1. Memotong pipa 8 inchi dengan panjang 45 cm. Pipa 8 inchi berfungsi sebagai mal / cetakan dari proses pembuatan sudu blade kincir angin yang mana bahan yang digunakan adalah komposit. Proses memotong menggunakan gerinda dengan panjang pipa yang diinginkan adalah 45 cm. Setelah pipa dipotong, kemudian pipa di belah dua. Hal ini bertujuan pada saat pembentukan pipa dengan mal kertas agar lebih mudah dilakukan dan Pipa yang digunakan adalah Pipa Wavin D 8 inchi. 2. Membentuk Mal / cetakan kertas. Mal atau cetakan kertas mempermudah pembentukan pipa menjadi sebuah sudu / balde. Mal ditempelkan pada pipa kemudian pipa ditandai sesuai dengan mal menggunakan spidol.

Gambar 3.12 Mal / Cetakan Kertas.

3. Membentuk pipa dengan mal kertas. Pipa yang telah ditandai oleh mal ketas, kemudian dipotong menggunakan


gerinda. Proses pembentukan ini dilakukan secara bertahap, pemotongan di mulai dari garis mal yang mudah dipotong.

Gambar 3.13 Pembentukan sudu pada pipa.

4. Menghaluskan pipa. Setelah pipa yang telah dibentuk sesuai dengan bentuk dari mal kertas, kemudian pinggiran pipa dihaluskan. Hal ini bertujuan untuk mencapai sebuah presisi ukuran dan estetika dari pipa.

Gambar 3.14 Bentu cetakan sudu kincir angin.

B. Pembuatan sudu / blade ( komposit ): 1. Pelapisan cetakan pipa. Setelah cetakan dari pipa telah siap, kemudian dilanjutkan pada tahap dua yaitu pembuatan sudu/blade. Sebelum perpaduan dari resin dan katalis dioleskan dipermukaan cetakan. Mal pipa dilapisi dengan alumunium foil. Hal ini bertujuan agar cetakan dengan sudu yang telah jadi tidak menempel.


Gambar 3.15 Pelapisan Mal.

2. Pencampuran Resin dan Katalis. Pencampuran resin dan katalis dilkakukan didalam wadah/gelas. Katalis berfungsi untuk mengeraskan campuran dan resin adalah bahan yang dikeraskan.

3.16 Resin dan Katalis.

3. Pembuatan Sudu / Blade. Dalam membuat sebuah sudu dengan bahan komposit yang terdiri dari Resin, Katalis dan Serat Glass. Proses pembuatan sudu / blade dilakukan secara berulang dan cepat. Karena saya mengharapkan sebuah sudu yang jadi nantinya terdiri dari lima lapis serat glass. Di antara lapisan kedua dan ketiga serat glass diberikan sebuah plat alumunium pada pangkal sudu yang berukuran 2,5 cm x 6 cm. Pemberian sebuah plat pada lapisan serat glass bertujuan untuk menambah ketahanan pangkal sudu terhadap gaya tekan yang diberikan oleh baut. Langkah – langkah pembuatan sudu sebagai berikut: a. Mengoleskan campuran resin dan katalis pada permukaan pipa yang telah dilapisi alumunium foil menggunakan kuas.


Gambar 3.17 Pengolesan resin dan katalis ke cetakan b. Menempelkan lapisan pertama serat glass pada cetakan yang telah dioleskan campuran resin dan katalis.

Gambar 3.18 Peletakan serat glass pada cetakaan sudu c. Mengoleskan campuran resin dan katalis pada lapisan serat glass pertama. d. Menempelkan lapisan kedua serat glass kedua. e. Mengoleskan campuran resin dan katalis pada lapisan serat gelas kedua. f. Menempelkan plat alumuium diantara lapisan kedua dan ketiga Serat glass.

Gambar 3.19 Peletakan plat pada ujung sudu kincir.


g. Menempelkan lapisan ketiga serat glass. h. Mengoleskan campuran resin dan katalis pada lapisan ketiga serat glass. i. Menempelkan lapisan keempat serat glass. j. Mengoleskan campuran resin dan katalis pada lapisan keempat serat glass k. Menempelkan lapisan kelima serat glass. l. Mengoleskan campuran resin dan katalis pada lapisan kelima serat glass. 4. Pengeringan sudu / Blade Setelah proses pembuatan sudu selesai dilakukan, kemudian sudu / blade dikeringkan dengan cara dijemur dibawah matahari. Proses pengeringan yang dilkukan dibawah matahari memerlukan waktu 2 -3 hari. 5. Finishing sudu / blade. Proses finishing sudu / blade meliputi: Pemotongan, Penghalusan, Pengurangan berat sudu / blade. Pengurangan berat sudu yang dimaksud adalah menyamakan berat sudu menjadi 215 gram menggunakan timbangan duduk digital. 6. Pembuatan Lubang Baut. Pembuatan Lubang pada sudu dilakukan menggunakan bor dengan diameter lubang baut 12.


3.5 Langkah Penelitian Langkah yang dilakukan sebelum pengambilan data penelitian adalah pemaasangan kincir angin di depan fan blower, pemasangan komponen poros penghubung kincir angin dengan sistem pembebanan lampu yang berada di bagian belakang kincir Angin. Proses pengambilan data Kecepatan Angin, Putaran Poros (rpm), tegangan, arus listrik dan pembebanan kincir angin ada beberapa hal yang perlu dilakukan yaitu: 1) Poros kincir di hubungkan dengan mekanisme pembebanan lampu. 2) Memasang Blade / Sudu pada dudukan sudu. 3) Memasang anemometer pada tiang di depan kincir angin untuk mengukur kecepatan angin. 4) Memasang timbangan digital pada lengan generator. 5) Memasang generator pada poros kincir angin. 6) Merangkai pembebanan lampu pada generator. 7) Jika sudah siap, fan blower dihidupkan untuk memutar kinicir. 8) Percobaan pertama kincir Angin empat sudu dengan kecepatan angin 10 m/s, percobaan kedua kincir angin empat sudu dengan kecepatan 8 m/s, percobaan ketiga kincir angin empat sudu dengan kecepatan angin 6 m/s. 9) Untuk mengatur kecepatan angin dalam terowongan angin dengan cara memundurkan jarak gawang Kincir Angin terhadap fan blower agar dapat menentukan variasi kecepatan angin. 10) Bila kecepatan angin dan variasi beban telah sesuai dengan yang


diinginkan, maka pengukuran dapat dilakukan dengan membaca massa pengimbang yang terukur pada timbangan digital. 11) Mengukur kecepatan angin dengan menggunakan anemometer dan kecepatan kincir angin dengan mengunakan Tachometer. 12) Mengamati selama waktu yang telah ditentukan.


BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Pengujian Berikut ini data hasil dari penelitian kincir angin empat sudu jenis propeler dengan tiga variasi kecepatan angin. Data yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 4.1, Tabel 4.2, dan Tabel 4.3. Tabel 4.1 Data pengujian kincir angin empat sudu kecepatan angin 10,2 m/s Hambatan NO Watt 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

0 60 120 180 220 260 300 340 380 420 460 500 560 660 760 860 960 1060 1160 1260 1360 1435 1510 1585

Kecepatan Putaran Gaya Tegangan Arus Angin kincir Pengimbang v (m/s) n (rpm) F (gram) Volt Ampere 814 100 54,60 0,00 785 130 52,80 0,11 755 170 51,80 0,23 747 200 50,30 0,35 740 220 49,10 0,43 731 240 48,40 0,49 728 260 47,80 0,59 723 280 46,90 0,64 707 300 45,90 0,73 694 310 44,80 0,80 687 330 44,00 0,87 677 340 43,80 0,95 10,2 653 370 42,30 1,04 640 410 41,50 1,21 633 450 40,80 1,37 620 480 39,50 1,49 614 510 38,60 1,68 595 530 37,40 1,78 580 570 36,70 1,92 554 600 33,80 2,07 536 640 32,60 2,16 518 670 31,50 2,26 489 690 30,90 2,32 472 700 28,90 2,40

65


Tabel 4.2 Data pengujian kincir angin empat sudu kecepatan angin 8,2 m/s

Hambatan NO Watt 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

0 60 120 180 220 260 300 340 380 420 460 500 560 660 760 860 960 1060 1160 1260 1360 1435 1510

Kecepatan Putaran Gaya Tegangan Arus Angin kincir Pengimbang v (m/s) n (rpm) F (gram) Volt Ampere 688 110 47,70 0,00 646 140 46,60 0,07 655 160 45,30 0,22 647 180 44,80 0,33 639 200 43,30 0,41 629 230 42,80 0,49 616 250 41,30 0,55 607 260 40,70 0,62 596 280 39,70 0,68 581 290 38,70 0,73 573 310 37,70 0,81 557 340 36,30 0,89 8,2 534 350 0,95 35,20 524 390 34,60 1,17 511 420 33,40 1,22 504 440 32,60 1,34 473 470 29,80 1,48 449 480 28,40 1,59 437 500 27,80 1,77 425 530 26,70 1,88 416 600 25,60 1,91 402 630 24,90 2,06 376 640 23,30 2,16


Tabel 4.3 Data pengujian kincir angin empat sudu kecepatan angin 6,2 m/s

Hambatan NO Watt 1 2 3 4 5 6 7 8

0 60 120 180 220 260 300 340

9 10 11 12 13 14 15 16 17

380 420 460 500 560 660 760 860 960

Kecepatan Putaran Gaya Tegangan Angin kincir Pengimbang v (m/s)

n (rpm) 565 555 542 538 517 497 476 467

F (gram) 120 140 170 190 210 230 240 250

6,2

454 440 421 412 393

260 290 300 320 350

380 363 347 281

370 390 420 440

Volt 39,80 38,70 37,20 36,30 35,40 34,60 33,80 32,60 31,10 30,30 29,40 28,70 27,20 26,70 25,10 24,70 18,40

Arus Ampere 0,00 0,09 0,20 0,30 0,37 0,44 0,49 0,56 0,61 0,70 0,75 0,80 0,88 1,02 1,13 1,28 1,32

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan Pengolahan data menggunakan beberapa 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 Daya Angin Sebagai contoh perhitungan diambil dari tabel pengujian 4.2 pada pengujian kedua diperoleh kecepatan angin 8,2 m/s, massa jenis udara (ρ) = 1,18


kg/m3 dan luas penampang (A) = 0,785 m2. Maka dapat dihitung daya angin sebesar : Pin = ½ ρ A V3 Pin = ½

1,18

0,785

8.2 3

Pin = 259 watt Jadi daya angin yang dihasilkan sebesar 259 watt.

4.2.2 Perhitungan Torsi Sebagai contoh perhitungan diambil dari pengujian yang dilakukan besar torsi dapat kita hitung. Diambil dari table 4.2 pada pengujian kedua. Dari data diperoleh besaran gaya (F) = 1,37 N dan jarak lengan torsi ke poros sebesar 0,27 m. maka torsi dapat dihitung : T=F

l

T = 1,37

0,27

T = 0,37 N.m Jadi torsi yang dihasilkan sebesar 0,37 N.m.


4.2.3 Perhitungan Daya Kincir Sebagai contoh perhitungan diambil dari table pengujian 4.2 pada pengujian kedua dan pembebanan kedua diperoleh kecepatan angin 8,2 m/s, putaran poros (n) sebesar 664 rpm, dan torsi yang telah diperhitungkan pada sub bab 4.2.2 sebesar = 0,37 N.m. maka besarnya daya kincir dapat dihitung : Pout = T

ω

Pout = 0,37

Pout = 0,37 Pout = 25,78 watt Jadi daya kincir yang diperoleh sebesar 25,78 watt.

4.2.4 Perhitungan Daya Listrik Sebagai contoh perhitungan daya listrik diambil dari tabel pengujian 4.2 pada pengujian kedua. Diperoleh tegangan sebesar 46,6 volt dan Arus sebesar 0,07 ampere, maka daya listrik dapat dihitung : Plistrik = V . I Plistrik = 46,6 x 0,07 Plistrik = 3,3 watt


Jadi Daya listrik yang dihasilkan sebesar 3,3 watt.

4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr) Sebagai contoh perhitungan diambil dari Table 4.2 pada pengujian kedua dan pembebanan kedua diperoleh putaran poros kincir angin sebesar 69,53 rad/s, jari jari kincir angin sebesar (r) = 0,5 m, dan kecepatan angin sebesar 8,2 m/s. maka tip speed ratio dapat dihitung :

=

= 4,22 Jadi tip speed ratio yang diperoleh sebesar 4,22.

4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya (Cp) Sebagai contoh perhitungan diambil dari perhitugan diatas yakni, daya angin pada sub bab 4.2.1 sebesar 259 watt dan daya yang dihasilkan kan kincir angin pada sub bab 4.2.3 sebesar 25,78 watt. Maka koefisien daya dapat dihitung : Cp =

Cp=

100 %


Cp = 9,96 % Jadi koefisien daya yang diperoleh sebesar 9,96 %

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


Tabel 4.4 Data perhitungan empat sudu propeler kecepatan angin 10,2 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

Gaya pengimbang

Beban Torsi

Kecepatan sudut

N

N.m

rad/s

0,98 1,28 1,67 1,96 2,16 2,35 2,55 2,75 2,94 3,04 3,24 3,34 3,63 4,02 4,41 4,71 5,00 5,20 5,59 5,89 6,28 6,57 6,77 6,87

0,26 0,34 0,45 0,53 0,58 0,64 0,69 0,74 0,79 0,82 0,87 0,90 0,98 1,09 1,19 1,27 1,35 1,40 1,51 1,59 1,70 1,77 1,83 1,85

85,24 82,21 79,06 78,23 77,49 76,55 76,24 75,71 74,04 72,68 71,94 70,90 68,38 67,02 66,29 64,93 64,30 62,31 60,74 58,01 56,13 54,24 51,21 49,43

Daya angin Pin (watt) 494 494 494 494 494 494 494 494 494 494 494 494 494 494 494 494 494 494 494 494 494 494 494 494

Daya output kincir mekanis

Tip speed ratio

Koefisien daya Mekanis

Tegangan

Arus

Daya Teoritis

Pout (watt)

tsr

Cp %

Volt

Ampere

Watt

22,58 28,31 35,60 41,44 45,16 48,66 52,50 56,15 58,83 59,67 62,88 63,85 67,02 72,78 79,01 82,55 86,86 87,47 91,70 92,20 95,15 96,26 93,59 91,64

4,17 4,02 3,87 3,83 3,79 3,75 3,73 3,71 3,62 3,56 3,52 3,47 3,35 3,28 3,24 3,18 3,15 3,05 2,97 2,84 2,75 2,65 2,51 2,42

4,57 5,73 7,20 8,39 9,14 9,85 10,62 11,36 11,91 12,08 12,73 12,92 13,56 14,73 15,99 16,70 17,58 17,70 18,56 18,66 19,25 19,48 18,94 18,55

54,60 52,80 51,80 50,30 49,10 48,40 47,80 46,90 45,90 44,80 44,00 43,80 42,30 41,50 40,80 39,50 38,60 37,40 36,70 33,80 32,60 31,50 30,90 28,90

0,00 0,11 0,23 0,35 0,43 0,49 0,59 0,64 0,73 0,80 0,87 0,95 1,04 1,21 1,37 1,49 1,68 1,78 1,92 2,07 2,16 2,26 2,32 2,40

0,0 5,8 11,9 17,6 21,1 23,7 28,2 30,0 33,5 35,8 38,2 41,6 43,9 50,2 55,9 58,8 64,8 66,5 70,4 70,0 70,4 71,1 71,6 69,3


Tabel 4.5 Data perhitungan empat sudu propeler kecepatan angin 8,2 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

Gaya pengimbang

Beban Torsi

Kecepatan sudut

N

N.m

rad/s

1,08 1,37 1,57 1,77 1,96 2,26 2,45 2,55 2,75 2,84 3,04 3,34 3,43 3,83 4,12 4,32 4,61 4,71 4,91 5,20 5,89 6,18 6,28

0,29 0,37 0,42 0,48 0,53 0,61 0,66 0,69 0,74 0,77 0,82 0,9 0,93 1,03 1,11 1,17 1,24 1,27 1,32 1,4 1,59 1,67 1,70

72,05 69,53 68,59 67,75 66,92 65,87 64,51 63,56 62,41 60,84 60,00 58,33 55,92 54,87 53,51 52,78 49,53 47,02 45,76 44,51 43,56 42,10 39,37

Daya angin Pin (watt) 259 259 259 259 259 259 259 259 259 259 259 259 259 259 259 259 259 259 259 259 259 259 259

Daya output kincir mekanis

Tip speed ratio


Tegangan

Arus

Daya Teoritis

Pout (watt)

tsr

Cp %

Volt

Ampere

Watt

20,99 25,78 29,07 32,30 35,45 40,13 42,72 43,77 46,29 46,73 49,27 52,53 51,84 56,68 59,53 61,51 61,66 59,78 60,61 62,48 69,23 70,25 66,75

4,37 4,22 4,16 4,11 4,06 4,00 3,92 3,86 3,79 3,69 3,64 3,54 3,40 3,33 3,25 3,20 3,01 2,85 2,78 2,70 2,65 2,56 2,39

8,11 9,96 11,23 12,48 13,70 15,51 16,51 16,92 17,89 18,06 19,04 20,30 20,03 21,91 23,01 23,77 23,83 23,10 23,42 24,15 26,76 27,15 25,79

47,70 46,60 45,30 44,80 43,30 42,80 41,30 40,70 39,70 38,70 37,70 36,30 35,20 34,60 33,40 32,60 29,80 28,40 27,80 26,70 25,60 24,90 23,30

0,00 0,07 0,22 0,33 0,41 0,49 0,55 0,62 0,68 0,73 0,81 0,89 0,95 1,17 1,22 1,34 1,48 1,59 1,77 1,88 1,91 2,06 2,16

0,0 3,3 10,0 14,8 17,8 21,0 22,7 25,2 27,0 28,3 30,5 32,3 33,4 40,5 40,7 43,7 44,1 45,2 49,2 50,2 48,9 51,3 50,3


Tabel 4.6 Data perhitungan empat sudu propeler kecepatan angin 6,2 m/s Daya output kincir mekanis

Tip speed ratio


Tegangan

Arus

Daya Teoritis

Pout (watt)

tsr

Cp %

Volt

Ampere

Watt

18,81

4,76

16,93

39,80

0,00

0,0

111

21,55

4,68

19,4

38,70

0,09

3,5

111

25,56

4,57

23,01

37,20

0,20

7,4

56,34

111

28,35

4,53

25,53

36,30

0,30

10,9

0,56

54,14

111

30,11

4,36

27,11

35,40

0,37

13,1

2,26

0,61

52,05

111

31,71

4,19

28,55

34,60

0,44

15,2

7

2,35

0,64

49,85

111

31,69

4,01

28,53

33,80

0,49

16,6

8

2,45

0,66

48,90

111

32,38

3,94

29,16

32,60

0,56

18,3

9

2,55

0,69

47,54

111

32,74

3,83

29,48

31,10

0,61

26,1

10

2,84

0,77

46,08

111

35,39

3,71

31,87

30,30

0,70

21,2

11

2,94

0,79

44,09

111

35,03

3,55

31,54

29,40

0,75

22,1

12

3,14

0,85

43,14

111

36,57

3,47

32,92

28,70

0,80

23,0

13

3,43

0,93

41,15

111

38,15

3,31

34,35

27,20

0,88

23,9

14

3,63

0,98

39,79

111

39,00

3,20

35,11

26,70

1,02

27,2

15

3,83

1,03

38,01

111

39,27

3,06

35,35

25,10

1,13

28,4

16

4,12

1,11

36,34

111

40,42

2,92

36,40

24,70

1,28

31,6

17

4,32

1,17

29,43

111

34,29

2,37

30,88

18,40

1,32

24,3

Gaya pengimbang

Beban Torsi

Kecepatan sudut

N

N.m

rad/s

1

1,18

0,32

59,17

Pin (watt) 111

2

1,37

0,37

58,12

3

1,67

0,45

56,76

4

1,86

0,50

5

2,06

6

NO

Daya angin

74


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 torsi dan rpm, dan grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio. Penjelasan untuk grafik hubungan diatas, lebih lengkapnya dapat dilihat pada grafik – grafik berikut ini :

4.4.1 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Daya Pada Variasi Kecepatan Angin Rata – Rata 10,2 m/s Data dari Tabel 4.4 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara putaran poros (rpm) dan Daya (Pout). Pada Gambar 4.1 menunjukan bahwa nilai daya kincir mekanis (Pout mekanis) puncak yang dihasilkan kincir angin dengan variasi kecepatan angin rata – rata 10,2 m/s adalah 96,26 watt. Dan nilai daya kincir elektris (Pout elektris) puncak yang dihasilkan kincir dengan variasi kecepatan angin rata – rata 10,2 m/s adalah 71,7 watt.


120.00

96,28 watt

100.00

DAYA ( WATT )

80.00

71,7 watt

60.00 Daya Mekanis Daya Listrik

40.00

20.00

0.00 0

200

400

600

800

1000

-20.00

RPM Gambar 4.1 Grafik hubungan antara rpm dan daya pada variasi kecepatan angin rata – rata 10,2 m/s.

4.4.2 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Daya Pada Variasi Kecepatan Angin Rata – Rata 8,2 m/s Data dari Tabel 4.5 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara putaran poros (rpm) dan daya kincir (Pout). Pada Gambar 4.2 menunjukan bahwa nilai daya kincir mekanis (Pout mekanis) puncak yang dihasilkan kincir angin dengan variasi kecepatan angin rata - rata 8,2 m/s adalah 70,25 watt pada torsi sebesar 1,70 N.m. Dan nilai daya kincir mekanis (Pout elektris) adalah 51,3 watt.


80.00 70,25 watt 70.00

DAYA ( WAT T)

60.00 51,3 watt 50.00 Daya Mekanis

40.00

Daya Listrik 30.00 20.00 10.00 0.00 0

100

200

300

400

500

600

700

800

RPM Gambar 4.2 Grafik hubungan antara rpm dan daya pada variasi kecepatan angin rata – rata 8,2 m/s.

4.4.3 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Daya Pada Variasi Kecepatan Angin Rata - Rata 6,2 m/s Data dari Tabel 4.6 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara putaran poros (rpm) dan daya kincir (Pout). Pada Gambar 4.3 menunjukan bahwa nilai daya kincir mekanis (Pout mekanis) puncak yang dihasilkan kincir angin dengan variasi kecepatan angin rata - rata 6,2 m/s adalah 40,42 watt. Dan nilai daya kincir elektris ( Pout elektris ) adalah 31,6 watt.


45.00 40,42 watt 40.00 35.00 31,6 watt

DAYA ( WATT )

30.00 25.00

Daya Mekanis

20.00

Daya Listik 15.00 10.00 5.00 0.00 0

100

200

300

400

500

600

RPM Gambar 4.3 Grafik hubungan antara rpm dan daya pada variasi kecepatan angin rata - rata 6,2 m/s.

4.4.4 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Daya Mekanis Untuk Tiga Variasi Kecepatan Angin Data dari Tabel 4.4, Tabel 4.5 dan Tabel 4.6 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan torsi. Pada Gambar 4.4 menunjukan bahwa nilai tertinggi daya kincir mekanis (Pout mekanis) yang dihasilkan kincir angin pada kecepatan angin rata – rata 10,2 m/s. Dapat dilihat bahwa semakin besar torsi yang dihasilkan maka semakin besar pula daya yang dihasilkan oleh kincir. Daya maksimal yang dicapai yaitu 96,26 watt pada torsi sebesar 1,77 N.m.


120.00

96,26 watt

DAYA MEKANIS ( WATT )

100.00

Pout Mekanis Kec.Angin RataRata 10,2 m/s

80.00 70,25 watt


60.00


40,42 watt

40.00

20.00

0.00 0

200

400

600

800

1000

RPM Gambar 4.4 Grafik hubungan rpm dan daya mekanis untuk tiga variasi kecepatan angin.

4.4.5 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Daya Elektris Untuk Tiga Variasi Kecepatan Angin Data dari Tabel 4.4, Tabel 4.5 dan Tabel 4.6 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara putaran poros dan daya elektris (Pout elektris). Pada Gambar 4.5 menunjukan bahwa nilai daya kincir elektris (Pout elektris) yang dihasilkan kincir angin pada tiga variasi kecepatan angin. Dapat dilihat bahwa semakin besar daya yang dihasilkan maka semakin kecil putaran poros yang terjadi. Daya maksimal yang dicapai yaitu 71,7 watt pada variasi kecepatan angin rata – rata 10,2 m/s.


80.00 71,7 watt 70.00 60.00 Pout Listrik Kec.Angin RataRata 10,2 m/s

DAYA LISTRIK ( WATT )

51,3 watt 50.00 40.00 31,6 watt

Pout Listrik Kec.Angin RataRata 8,2 m/s

30.00 20.00 10.00

Pout Listrik Kec.Angin RataRata 6,2 m/s

0.00 0

200

400

600

800

1000

-10.00 -20.00

RPM

Gambar 4.5 Grafik hubungan rpm dan daya elektris untuk tiga variasi kecepatan angin.

4.4.6 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Torsi Untuk Kecepatan Angin Rata - Rata 10,2 m/s Data dari Tabel 4.4 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara torsi dan putaran (rpm). Pada Gambar 4.6 menunjukan bahwa nilai torsi maksimal yang dihasilkan kincir angin dengan variasi kecepatan angin rata - rata 10,2 m/s sebesar 1,85 N.m dan terjadi pada putaran sebesar 472 rpm.


TORSI, ( N. M )

2.50

2.00

1.50

1.00

0.50

0.00 0

200

400

600

800

1000

RPM Gambar 4.6 Grafik hubungan rpm dan torsi untuk variasi kecepatan angin rata – rata 10,2 m/s.

4.4.7 Grafik Hubungan Antara Putran Poros dan Torsi Untuk Kecepatan Angin Rata - Rata 8,2 m/s Data dari Tabel 4.5 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara torsi dan putaran (rpm). Pada Gambar 4.7 menunjukan bahwa nilai torsi maksimal yang dihasilkan kincir angin dengan variasi kecepatan angin rata - rata 8,2 m/s sbebsar 1,70 N.m dan terjadi pada putaran sebesar 640 rpm.


1.80 1.60

TORSI, ( N. M )

1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00

0

100

200

300

400

500

600

700

800


4.4.8 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Torsi Untuk Kecepatan Angin Rata - Rata 6,2 m/s. Data dari Tabel 4.6 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara torsi dan putaran (rpm). Pada Gambar 4.7 menunjukan bahwa nilai torsi maksimal yang dihasilkan kincir angin dengan variasi kecepatan angin rata – rata 6,2 m/s sebesar 1,17 N.m dan terjadi pada putaran sebesar 281 rpm.


TORSI, ( N. M )

1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 0

100

200

300

400

500

600


4.4.9 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Torsi Untuk Tiga variasi Kecepatan Angin Data dari Tabel 4.4, Tabel 4.5 dan Tabel 4.6 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara torsi dan putaran (rpm). Pada Gambar 4.9 menunjukan nilai torsi yang dihasilkan kincir angin dengan tiga variasi kecepatan angin. Dapat dilihat bahwa semakin besar torsi yang dihasilkan maka kecepatan putar kincir semakin kecil. Dari ketiga variasi kecepatan, variasi kecepatan angin rata – rata 10,2 m/s memiliki nilai torsi tertinggi sebesar 1,85 N.m.


2.50

TORSI, T ( N. M )

2.00 Kec.Angin Rata-Rata 10,2 m/s 1.50 Kec.Angin Rata-Rata 8,2 m/s 1.00

Kec.Angin Rata-Rata 6,2 m/s

0.50

0.00 0

200

400

600

800

1000

RPM

Gambar 4.9 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk tiga variasi kecepatan angin.

4.4.10 Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya Pada Variasi Kecepatan Angin Rata – Rata 10,2 m/s Pada Gambar 4.10 menunjukan grafik hubungan antara TSR dan koefisien daya untuk kincir angin dengan variasi kecepatan angin 10,2 m/s. Koefisien daya mekanis maksimal yang dihasilkan (Cpmax Mekanis) sekitar 19,48 % yang terjadi pada tsr sebesar 2,65.


25.00

19,48 %

20.00

CP %

15.00 Cp Mekanis 10.00

5.00

0.00 0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

TSR

Gambar 4.10 Grafik hubungan antara tsr dan koefisien daya untuk variasi kec.angin rata – rata 10,2 m/s.

4.4.11 Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya Pada Variasi Kecepatan Angin Rata – Rata 8,2 m/s Pada Gambar 4.11 menunjukan grafik hubungan antara TSR dan Koefisien daya untuk kincir angin dengan variasi kecepatan angin 8,2 m/s. Koefisien daya mekanis maksimal yang dihasilkan (Cpmax Mekanis) sebesar 27,15 % yang terjadi pada nilai tsr sebesar 2,56.


30.00 27,15 % 25.00

CP %

20.00


5.00

0.00 0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

TSR

Gambar 4.11 Grafik hubungan antara tsr dan koefisien daya variasi kecepatan angin rata – rata 8,2 m/s.

4.4.12 Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya pada Variasi Kecepatan Angin Rata – Rata 6,2 m/s Pada Gambar 4.12 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr untuk kincir angin dengan variasi kecepatan angin 6,2 m/s. Koefisien daya mekanis maksimal yang dihasilkan (Cpmax Mekanis) sebesar 36,40 % yang terjadi pada nilai tsr sebesar 2,92.


40.00 36,40 % 35.00 30.00

CP %

25.00

20.00 Cp Mekanis 15.00 10.00 5.00 0.00 0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

TSR

Gambar 4.12 Grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr variasi kecepatan angin rata – rata 6,2 m/s.

4.4.13 Grafik Perbandingan Koefisien Daya Mekanis Maksimal Dengan Tip Speed Ratio Pada Tiga Variasi Kecepatan Angin Pada Gambar 4.13 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya mekanis dan tsr kincir dengan tiga variasi kecepatan angin. Koefisien daya mekanis maksimal yang dihasilkan (Cpmax Mekanis) sebesar 36,40 % yang terjadi pada nilai tsr sebesar 2,92 dengan variasi kecepatan angin 6,2 m/s. Sedangkan pada variasi kecepatan angin 10,2 m/s nilai koefisien daya mekanis maksimal yang dihasilkan sebesar 19,48 % pada nilai tsr 2,65. Dan untuk variasi kecepatan angin 8,2 m/s nilai koefisien daya mekanis maksimal sebesar 27,15 % pada nilai tsr 2,56.


40.00

36,40 %

35.00

CP MEKANIS %

30.00

Kec.Angin Rata-Rata 10,2 m/s

27,15 %

25.00 Kec.Angin Rata-Rata 8,2 m/s

19,48 % 20.00

15.00 Kec.Angin Rata-Rata 6,2 m/s

10.00

5.00

0.00 0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

TSR

Gambar 4.13 Grafik perbandingan antara koefisien daya mekanis terhadap tip speed ratio untuk tiga variasi kecepatan angin.


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan Setelah melakukan pengambilan data, pengolahan dan analisis data dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Telah berhasil dibuat kincir angin poros horizontal 4 sudu bahan komposit dengan mal terbuat dari potongan pipa pvc 8 inchi. 2. Dari variasi kecepatan angin 6,2 m/s daya output mekanis tertinggi 40,42 watt dengan torsi tertinggi 1,17 N.m pada variasi kecepatan angin 8,2 m/s daya output mekanis tertinggi 70,25 watt dengan torsi tertinggi 1,70 N.m dan untuk variasi kecepatan angin 10,2 m/s daya output mekanis tertinggi 96,26 watt dengan torsi tertinggi 1,85 N.m. 3. Koefisien daya mekanis pada variasi kecepatan angin 6,2 m/s sebesar 36,40 % pada tsr optimal 2,97 untuk variasi kecepatan angin 8,2 m/s didapat Koefisien daya mekanis 27,15 % pada tsr optimal 2,56 sedangkan untuk variasi kecepatan angin 10,2 m/s didapat Koefisien daya mekanis 19,48 % pada tsr optimal 2,65.

89


5.2 Saran 1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan variasi bentuk sudu dengan diameter yang sama untuk mengetahui bentuk sudu yang paling baik di gunakan di daerah Indonesia. 2. Perlu dilakukan penelitian dengan penambahan jumlah variasi sudu yang digunakan untuk mengetahui jumlah sudu yang lebih baik yang digunakan di daerah Indonesia. 3. Perlu dilakukan uji coba dengan variasi kecepatan angin yang lebih rendah mengingat karakteristik angin di Indonesia cenderung rendah.


DAFTAR PUSTAKA

Tata Surdia, Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan Ke-6 PT. Pradnya Paramita. 2005. Gibson, F. R, (1994), “Principle of Composite Material Mechanics”, Mc Graw Hill Inc, New York Johnson, G.L. 2006. Wind Energy Sistem. Manhattan. Diakses : Tanggal 26 Agustus 2016. Petrus Dodo Anggriawan. 2013. Unjuk Kerja Kincir Angin Propeler Tiga Sudu Dari Bahan Triplek Dan Anyaman Bambu Berdiameter 80 cm, Tugas Akhir, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Heryanto, Valentinus Kelvin (2014) Unjuk Kerja Kincir Angin Poros Horisontal 4 Sudu Berbahan Pipa PVC 8” Dengan Variasi Kemiringan Sudu. Tugas Akhir, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (DESDM), 2006. Statistik Ekonomi. http://www.slideshare.net/Syamsir06/den-syamsir-abduh-07082014unhas http://www.Rencana Usaha Penyediaan Tenaga Listrik 2006-2015, PT PLN (Persero), Juli 2005. http://www.indoenergi.com/2012/07/, diakses 1 April 2016 http://imamengineering.blogspot.co.id/2015/03/makalah-mekanika-bahan-kompos it.html. http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam-Serat-Ala m.bmp. Diakses Juni 2016. http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam-Serat-Sin te tis.bmp http://material-teknik.blogspot.co.id/2010/02/defenisi-komposit.html https://rajafiber.wordpress.com/spesifikasi-material-produk-raja-fiber/ http://www.kincirangin.info/

91


LAMPIRAN

POUT MEKANIS ( WATT )

120.00 100.00 80.00

60.00 40.00 20.00 0.00 0

200

400

600

800

1000

RPM Lampiran 1. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Mekanis Pada Variasi Kecepetan Angin 10,2 m/s.

POUT LISTRIK ( WATT )

80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0

0.0 -10.0

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

-20.0

RPM Lampiran 2. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Listrik Pada Variasi Kecepatan Angin 10,2 m/s. 92


93

25.00

20.00

CP %

15.00 Cp Mekanis

10.00

5.00

0.00 0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

TSR

Lampiran 3. Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya Pada Variasi Kecepatan Angin 10,2 m/s.

80.00


70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 0

100

200

300

400

500

600

700

800

RPM Lampiran 4. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Mekanis Pada Variasi Kecepatan Angin 8,2 m/s.


94


60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 0

100

200

300

400

500

600

700

800

RPM

Lampiran 5. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Listrik Pada Variasi Kecepatan Angin 8,2 m/s.

30.00

25.00

CP %

20.00


5.00

0.00 0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

TSR



95


40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00

0

100

200

300

400

500

600

RPM

Lampiran 7. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Mekanis Pada Variasi Kecepetan Angin 6,2 m/s.


35.0 30.0 25.0

20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 0

100

200

300

400

500

600

RPM Lampiran 8. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Listrik Pada Variasi Kecepatan Angin 6,2 m/s.


96

40.00 35.00 30.00

CP %

25.00 20.00 Cp Mekanis 15.00 10.00 5.00 0.00 0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

TSR


DAYA MEKANIS ( WATT )

120.00

100.00 Pout Mekanis Kec.Angin RataRata 10,2 m/s Pout Mekanis Kec.Angin RataRata 8,2 m/s Pout Mekanis Kec.Angin RataRata 6,2 m/s

80.00

60.00

40.00

20.00

0.00 0

200

400

600

800

1000

RPM

Lampiran 10. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Mekanis Pada Tiga Variasi Kecepatan Angin 10,2 m/s, 8,2 m/s dan 6,2 m/s.


97

80.0

DAYA LISTRIK ( WATT )

70.0 Pout Listrik Kec.Angin RataRata 10,2 m/s Pout Listrik Kec.Angin RataRata 8,2 m/s Pout Listrik Kec.Angin RataRata 6,2 m/s

60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0

-10.0

0

200

400

600

800

1000

-20.0

RPM

Lampiran 11. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Listrik Pada Tiga Variasi Kecepatan Angin 10,2 m/s, 8,2 m/s dan 6,2 m/s.

40.00 35.00

CP MEKANIS %

30.00 Kec.Angin RataRata 10,2 m/s

25.00 20.00

Kec.Angin RataRata 8,2 m/s

15.00

Kec.Angin RataRata 6,2 m/s

10.00 5.00 0.00 0.00

1.00

2.00

3.00

TSR

4.00

5.00

6.00

Lampiran 12. Grafik Hubungan Antara TSR dan CP Pada Tiga Variasi Kecepatan Angin 10,2 m/s, 8,2 m/s dan 6,2 m/s.


98

2.50

TORSI, ( N. M )

2.00

1.50

1.00

0.50

0.00 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

RPM Lampiran 13. Grafik Hubungan Antara RPM dan Torsi Pada Variasi Kecepatan Angin 10,2 m/s.

1.80 1.60

TORSI, ( N. M )

1.40 1.20 1.00

0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 0

100

200

300

400

500

600

700

800

RPM

Lampiran 14. Grafik Hubungan Antara RPM dan Torsi Pada Variasi Kecepatan Angin 8,2 m/s.


99

1.40

TORSI, ( N. M )

1.20 1.00 0.80 0.60 0.40

0.20 0.00 0

100

200

300

400

500

600

RPM

Lampiran 15. Grafik Hubungan Antara RPM dan Torsi Pada Variasi Kecepatan Angin 6,2 m/s.

2.50

TORSI, T ( N. M )

2.00 Kec.Angin Rata-Rata 10,2 m/s Kec.Angin Rata-Rata 8,2 m/s Kec.Angin Rata-Rata 6,2 m/s

1.50

1.00

0.50

0.00 0

200

400

600

800

1000

RPM Lampiran 16. Grafik Hubungan Antara RPM dan Torsi Pada Tiga Variasi Kecepatan Angin 10,2 m/s, 8,2 m/s dan 6,2 m/s.

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU BERBAHAN KOMPOSIT BERDIAMETER 100 CM LEBAR MAKSIMUM 13 CM DENGAN JARAK 20 CM DARI PUSAT POROS

Recommend Documents