View
217
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
i
UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER DUA SUDU BERBAHAN KOMPOSIT
BERDIAMETER 1 M, LEBAR MAKSIMUM 12 CM PADA JARAK 18,5 CM DARI
PUSAT POROS, DENGAN VARIASI PANJANG SIRIP 10 CM DAN 13 CM
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu persyaratan
mencapai derajat Sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin
Oleh:
ANDY PRABOWO
NIM : 125214101
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2017
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
THE PERFORMANCE OF PROPELLER WINDMILL 2 BLADES WITH
COMPOSITE MATERIAL 1 M DIAMETER, MAXIMUM WIDTH 12 CM AT
LENGTH 18,5 CM FROM CENTRAL SHAFT WITH LONG VARIATION FLIP 10
CM AND 13 CM
FINAL PROJECT
Presented as partitial fulfilment of the requirement
to obtain Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
By:
ANDY PRABOWO
Student Number : 125214101
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2017
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vii
INTISARI
Sekarang ini, penggunaan energi terutama energi listrik diperlukan sekali
oleh masyarakat yang sudah maju maupun yang sedang berkembang dalam
jumlah yang besar, namun diusahakan dengan biaya serendah mungkin. Banyak
sekali energi alternatif dari alam terutama di Indonesia yang dapat dimanfaatkan
untuk menghasilkan listrik. Salah satu contoh alternatif energi yang dapat dipilih
adalah angin, karena angin terdapat dimana-mana sehingga mudah didapat serta
tidak membutuhkan biaya besar. Energi listrik tidak dihasilkan langsung oleh
alam maka untuk memanfaatkan angin ini diperlukan sebuah alat yang yang
bekerja dan menghasilkan energi listrik. Kincir angin adalah salah satu alat yang
mampu merubah energi angin menjadi energi mekanik. Penelitian ini bertujuan
untuk mengetahui unjuk kerja dari variasi masing-masing kecepatan angin dan
variasi panjang sirip seperti unjuk kerja rpm,torsi,daya kincir mekanis,daya
listrik,serta mengetahui nilai tip speed ratio (tsr) dan Koefisien daya (Cp) dari
kincir angin tersebut.
Model kincir angin yang diteliti adalah kincir angin propeler dua sudu
berbahan komposit berdiameter 1 m dengan lebar maksimum 12 cm pada jarak
18,5 cm dari pusat poros dengan variasi panjang sirip 10 cm dan 13 cm. Desain
sudu yang digunakan adalah desain bilah dari potongan pipa pvc 8 inchi.
Mekanisme pembebanan (dump load), pada sistem kincir angin yaitu
menggunakan beban lampu pijar sebanyak 13 buah, dengan pemasangan
generator DC magnet permanen pada poros kincir angin. Untuk mendapat variasi
kecepatan angin rata – rata 10 m/s, 8 m/s, dan 6 m/s maka kincir angin diletakan
di depan blower 15 HP 1450 rpm. Penelitian ini dilaksanakan di laboratorium
Konversi Energi Universitas Sanata Dharma.
Hasil penelitian menunjukan bahwa,kincir angin propeler dua sudu
memberikan putaran poros kincir terbesar yaitu 852 rpm pada variasi panjang sirip
10 cm dengan kecepatan angin rata – rata 10,3 m/s, beban torsi terbesar yang
dihasilkan yaitu 0,98 N.m pada variasi panjang sirip 10 cm dengan kecepatan
angin 10,3 m/s dan 8,3m/s, daya kincir mekanis terbesar yang dihasilkan yaitu
57,34 watt pada variasi panjang sirip 10 cm dengan kecepatan angin 10,3 m/s,
daya listrik terbesar yang dihasilkan yaitu 42,11 watt pada variasi panjang sirip 10
cm dengan kecepatan angin 10,3 m/s, koefisien daya maksimal yang dihasilkan
yaitu 36,09 % dengan nilai tip speed ratio sebesar 4,29 pada variasi panjang sirip
10 cm pada kecepatan angin 6,3 m/s.
Kata kunci : Kincir angin sumbu horisontal, propeler, koefisien daya, tip speed
ratio.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
viii
ABSTRAK
Today, the use of energy especially electrical energy is very required by
the advance or the develop society in large amount, but it’s obtained in the lowest
cost. There is so many alternatives energy from the nature especially in Indonesia
that can be use to generate electricity. One example of alternatives energy that
eligible is wind, because the wind is everywhere it easy to find and it does needs a
great cost.Then, because an electrical energy could not produced directly by the
nature therefore to utilize the wind it needs a tool that work and produce an
electrical energy. Windmill is one of the tools that can change wind energy
become mechanical energy.This research is aim to know the works of each wind
speed and variation of the length flipper such as rpm, torque, powers of
mechanical windmill, electrical power, the tip speed ratio and coefficient power
(Cp) of the windmill.
The model of windmill that explored is windmill propeller two turbine
composite materials that has diameter 1 m, with the maximum width 12 cm at
length 18,5 cm from the center axis, and the variation of the length fins 10 cm and
13 cm. then, the design turbine that used is design of the pieces pipe pvc 8 inch.
The (dump load), in the windmill is used burden fluorescent 13 pieces, with the
installation of generator DC a permanent magnet in the axis windmill. To obtain
the variation speed average of the wind 10 m/s, 8 m/s, and 6 m/s, the windmill is
place in front of blower 15 HP 1450 rpm. This research conducted in the
Laboratory Conversion Energy of Sanata Dharma University.
The result of the research show that windmill propeller two turbine gives the
rotation axis maximal 852 rpm in the length fins variation 10 cm with the wind
speed 10,3 m/s, maximal burden torque is 0,98 N.m in the length fins variation 10
cm with the wind speed 10,3 m/s and 8,3 m/s, maximal windmill mechanical
energy is 57,34 watt in the length fins 10 cm with the wind speed 10,3 m/s,
maximal electrical energy that produce 10,3 m/s, maximal coefficients power that
produce 36,09 % with tip speed ratio 4,29 in the length fins 10 cm in the wind
speed 6,3 m/s.
Keywords: windmill axis horizontal, propeller, the coefficients power, tip speed
ratio.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan atas rahmat dan karunia yang berlimpah dari
Allah SWT sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi dengan
judul “UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER DUA SUDU BERBAHAN
KOMPOSIT BERDIAMETER 1 M, LEBAR MAKSIMUM 12 CM PADA
JARAK 18,5 CM DARI PUSAT POROS, DENGAN VARIASI PANJANG
SIRIP 10 CM DAN 13 CM”.
Laporan tugas akhir ini merupakan salah satu persyaratan bagi para
mahasiswa/mahasiswi untuk dapat menyelesaikan jenjang pendidikan S1 pada
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata
Dharma Yogyakarta.
Dalam penyusunan skripsi ini penulis banyak menerima bantuan, semangat
dan doa dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan kerendahan hati, penulis
ingin menyampaikan rasa syukur dan terima kasih yang sebesar – besarnya
kepada :
1. Sudi Mungkasi S.Si., M.Math.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin.
3. Doddy Purwadianto, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir
4. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin yang telah mendidik dan
memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.
5. Seluruh staf Fakultas Sains dan Teknologi atas kerja sama dan dukungan
kepada penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir.
6. Martono dan Suyati sebagai orang tua dari penulis, serta Abim Firmansyah
sebagai saudara dari penulis yang selalu berdoa, mendukung secara material
dan lain – lain kepada penulis.
7. Teman-teman seperjuangan Pius Brian Satria Kurniawan dan Anselmus
Suryawan atas dukungan dalam pembuatan kincir angin ini.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
x
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xi
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan
Ρ Massa jenis (kg/m3)
r Jari-jari kincir (m)
A Luas penampang (m2)
Kecepatan angin (m/s)
Kecepatan sudut (rad/s)
n Kecepatan putar rotor (rpm)
F Gaya pengimbang (N)
T Torsi (Nm)
Pin Daya angin (watt)
Po Daya listrik (watt)
Pout Daya kincir (watt)
tsr tip speed ratio
Cp Koefisien daya (%)
massa udara (kg)
Ek Energi kinetik (Joule)
Volume (m3)
V Tegangan (Volt)
I Arus (Ampere)
Panjang (m)
Waktu (s)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................................. i
TITTLE PAGE ....................................................................................................... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................. iii
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ILMIAH ................................................ v
LEMBAR PERNYATAAN PUBLLIKASI KARYA ILMIAH .......................... vi
INTISARI .............................................................................................................. vii
ABSTRACT ........................................................................................................... viii
KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix
DAFTAR SIMBOL .............................................................................................. xi
DAFTAR ISI ......................................................................................................... xii
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xvi
DAFTAR TABEL ............................................................................................... xvii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah .................................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ........................................................................................... 2
1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................................ 2
1.4 Batasan Masalah.............................................................................................. 3
1.5 Manfaat Penelitian .......................................................................................... 3
BAB II DASAR TEORI
2.1 Angin .............................................................................................................. 4
2.1.1 Energi Angin ......................................................................................... 4
2.1.2 Jenis Angin ............................................................................................ 5
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiii
2.2 Kincir Angin ................................................................................................... 8
2.2.1 Kincir Angin Poros Horizontal ............................................................. 8
2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal ................................................................. 10
2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap Tsr ..................................................... 12
2.4 Rumus perhitungan ......................................................................................... 13
2.4.1 Energi Kinetik ....................................................................................... 13
2.4.2 Daya Angin ........................................................................................... 13
2.4.3 Tip Speed Ratio(tsr) .............................................................................. 14
2.4.4 Torsi ..................................................................................................... 14
2.4.5 Daya Kincir ........................................................................................... 15
2.4.6 Daya Listrik ........................................................................................... 16
2.4.7 Koefisien Daya (cp) ............................................................................. 16
2.5 Komposit ......................................................................................................... 17
2.5.1 Fasa Penyusun Komposit ...................................................................... 18
2.5.2 Klasifikasi Bahan Komposit Serat ........................................................ 24
2.5.3 Tipe Komposit Serat .............................................................................. 25
2.5.4 Faktor Yang Mempengaruhi Performa Komposit................................. 27
2.5.5 Serat .................................................................................................... 30
2.5.5.1 Serat Alami ................................................................................... 30
2.5.5.2 Serat Bautan ................................................................................. 33
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Penelitian .......................................................................................... 36
3.2 Alat dan Bahan ................................................................................................ 37
3.3 Desain Kincir .................................................................................................. 43
3.4 Pembuatan Sudu / Blade Kincir Angin ........................................................... 45
3.4.1 Alat dan Bahan ...................................................................................... 45
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiv
3.4.2 Proses Pembuatan Sudu / Blade ............................................................ 45
3.5 Langkah Penelitian .......................................................................................... 50
BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Pengujian ....................................................................................... 52
4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan .................................................................. 55
4.2.1 Perhitungan Daya Angin ....................................................................... 55
4.2.2 Perhitungan Torsi .................................................................................. 55
4.2.3 Perhitungan Daya Kincir Mekanis ........................................................ 56
4.2.4 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr) ......................................................... 56
4.2.5 Perhitungan Daya Listrik ...................................................................... 57
4.2.6 Perhitungan Koefisiean Daya (Cp) ....................................................... 57
4.3 Data Hasil Perhitungan ................................................................................... 57
4.4 Grafik Hasil Perhitungan................................................................................. 61
4.5. Pembahasan data ............................................................................................ 71
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ..................................................................................................... 74
5.2 Saran ................................................................................................................ 75
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 76
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Angin Laut ....................................................................................... 6
Gambar 2.2 Angin Darat ..................................................................................... 6
Gambar 2.3 Angin Lembah ................................................................................ 7
Gambar 2.4 Angin Gunung ................................................................................ 8
Gambar 2.5 Kincir Angin Poros Horisontal ......................................................... 9
Gambar 2.6 Kincir Angin Poros Vertikal ........................................................... 11
Gambar 2.7 Grafik Hubungan Antara Koefisien daya (Cp) dan Tsr .................. 12
Gambar 2.8 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Bentuk Matriksnya ................. 19
Gambar 2.9 Contoh Particulate Composites ...................................................... 21
Gambar 2.10 Contoh Fiber Composite................................................................. 22
Gambar 2.11 Contoh Structural Composites Laminate ....................................... 24
Gambar 2.12 Klasifikasi Bahan Komposit ........................................................... 25
Gambar 2.13 Tipe discontinous fibre ................................................................... 26
Gambar 2.14 Tipe Komposit Serat ....................................................................... 27
Gambar 2.15 Tata letak dan arah serat pada komposit. ........................................ 28
Gambar 2.16 Jenis –jenis serat alami .................................................................. 31
Gambar 2.17 Serat wol dari bulu domba ..................................................... 31
Gambar 2.18 Serat Pisang ............................................................................. 32
Gambar 2.19 Serat Asbes .............................................................................. 32
Gambar 2.20 Jenis Serat Buatan ................................................................... 33
Gambar 2.20 Serat Kaca ............................................................................. 34
Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin .................................. 36
Gambar 3.2 Sudu Kincir ................................................................................... 38
Gambar 3.3 Dudukan Sudu ....................................................................................... 39
Gambar 3.4 Fun Blower .......................................................................................... 39
Gambar 3.5 Tachometer ..................................................................................... 40
Gambar 3.6 Timbangan Digital .......................................................................... 40
Gambar 3.7 Anemometer ............................................................................. 41
Gambar 3.8 Voltmeter ..................................................................................... 41
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xvi
Gambar 3.9 Ampermeter ..................................................................................... 42 25
Gambar 3.10 Skema Pembebanan Lampu ............................................................ 43 41 41
Gambar 3.11(a) Desain kincir dengan variasi panjang sirip 10 cm .................... 43
Gambar 3.11(b) Desain kincir dengan variasi panjang sirip 13 cm .................... 44
Gambar 3.11(c) Desain sirip kincir angin .............................................................. 44
Gambar 3.11(d) Pemasangan kincir pada dudukan sudu ..................................... 44
Gambar 3.12 Proses Pemotongan Pipa ................................................................. 46
Gambar 3.13 Proses Menggambar Cetakan pada Pipa ........................................ 47 41
Gambar 3.14 Proses Pelapisan Sudu dengan Aluminium Foil ............................. 48
Gambar 4.3 Grafik Hubungan antara Daya Kincir Mekanis ( dan Beban
Torsi (F) Kincir Angin Propeler Dua Sudu, Bahan Komposit,
Diameter 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm pada Jarak 18,5
cm dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm.............. 61
Gambar 4.4 Grafik Hubungan antara Daya Kincir Mekanis ( dan Beban
Torsi (F) Kincir Angin Propeler Dua Sudu, Bahan Komposit,
Diameter 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm pada Jarak 18,5
cm dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm.............. 62
Gambar 4.5 Grafik Hubungan antara Daya Listrik ( ) dan Beban Torsi
(F) Kincir Angin Propeler Dua Sudu, Bahan Komposit, Diameter
1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm pada Jarak 18,5 cm dari
Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm ........................... 63
Gambar 4.6 Grafik Hubungan antara Daya Listrik ( ) dan Beban Torsi
(F) Kincir Angin Propeler Dua Sudu, Bahan Komposit, Diameter
1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm pada Jarak 18,5 cm dari
Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm ........................... 64
Gambar 4.1 Grafik Hubungan antara Putaran Poros Kincir (n) dan Beban
Torsi (F) Kincir Angin Propeler Dua Sudu, Bahan Komposit,
Diameter 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm pada Jarak 18,5
cm dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm.............. 65
Gambar 4.2 Grafik Hubungan antara Putaran Poros Kincir (n) dan Beban
Torsi (F) Kincir Angin Propeler Dua Sudu, Bahan Komposit,
Diameter 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm pada Jarak 18,5
cm dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm.............. 66
Gambar 4.7 Grafik Hubungan antara Koefisien Daya ( ) dan Tip Speed
Ratio (tsr) Kincir Angin Propeler Dua Sudu, Bahan Komposit,
Diameter 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm pada Jarak 18,5
cm dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm.............. 67
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xvii
Gambar 4.8 Grafik Hubungan antara Koefisien Daya ( ) dan Tip Speed
Ratio (tsr) Kincir Angin Propeler Dua Sudu, Bahan Komposit,
Diameter 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm pada Jarak 18,5
cm dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm.............. 68
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xviii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Tingkat Kecepatan Angin...................................................................... 5
Tabel 2.2 Contoh Jenis dan Karakteristik Material Komposit ............................ 20
Tabel 2.3 Typical Properties of Reinforcing Fiber ............................................. 23
Tabel 2.4 Kekuatan Serat. ................................................................................... 30
Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu ........................................................ 45
Tabel 4.1 Data Dua Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm dan Kecepatan
Angin 10,3 m/s .................................................................................... 52
Tabel 4.2 Data Dua Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm dan Kecepatan
Angin 8,3 m/s ...................................................................................... 52
Tabel 4.3 Data Dua Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm dan Kecepatan
Angin 6,3 m/s ...................................................................................... 53
Tabel 4.4 Data Dua Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm dan Kecepatan
Angin 10,3 m/s .................................................................................... 53
Tabel 4.5 Data Dua Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm dan Kecepatan
Angin 8,3 m/s ...................................................................................... 53
Tabel 4.6 Data Dua Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm dan Kecepatan
Angin 6,3 m/s ...................................................................................... 53
Tabel 4.7 Data Perhitungan Dua Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm
dan Kecepatan Angin 10,3 m/s ........................................................... 58
Tabel 4.8 Data Perhitungan Dua Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm
dan Kecepatan Angin 8,3 m/s ............................................................. 58
Tabel 4.9 Data Perhitungan Dua Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm
dan Kecepatan Angin 6,3 m/s ............................................................. 59
Tabel 4.10 Data Perhitungan Dua Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm
dan Kecepatan Angin 10,3 m/s ........................................................... 59
Tabel 4.11 Data Perhitungan Dua Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm
dan Kecepatan Angin 8,3 m/s ............................................................. 60
Tabel 4.12 Data Perhitungan Dua Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 10cm
dan Kecepatan Angin 6,3 m/s ............................................................. 60
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sekarang ini, penggunaan energi terutama energi listrik diperlukan sekali oleh
masyarakat yang sudah maju maupun yang sedang berkembang dalam jumlah yang
besar, namun diusahakan dengan biaya serendah mungkin. Banyak sekali energi
alternatif dari alam terutama di Indonesia yang dapat dimanfaatkan untuk
menghasilkan listrik. Salah satu contoh alternatif energi yang dapat dipilih adalah
angin, karena angin terdapat dimana-mana sehingga mudah didapat serta tidak
membutuhkan biaya besar. Karena energi listrik tidak dihasilkan langsung oleh alam
maka untuk memanfaatkan angin ini diperlukan sebuah alat yang yang bekerja dan
menghasilkan energi listrik. Kincir angin adalah salah satu alat yang mampu merubah
energi angin menjadi energi mekanik. Kincir angin memiliki prinsip kerja yakni
mengubah energi angin menjadi energi mekanik pada kincir. Lalu putaran kincir
digunakan untuk memutar generator yang akan menghasilkan listrik.
Sebagai mahasiswa teknik mesin yang mengambil tugas akhir pengembangan
kincir angin sebagai energi terbarukan dan konversi energi khususnya energi angin
penulis ingin mengembangkan design kincir untuk mencari unjuk kerja kincir angin
yang sesuai dengan kondisi angin yang berada di Indonesia.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
1.2 Rumusan Masalah
Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah :
1. Diperlukan bentuk kincir angin yang mampu mengkonversi energi angin tersebut
dengan maksimal sehingga efisiensi yang diperoleh tinggi.
2. Memaksimalkan potensi energi angin yang ada di Indonesia dengan kincir angin
yang dapat mengubah energi mekanik atau gerak menjadi energi listrik.
3. Menggunakan bahan komposit dalam pembuatan sudu atau blade.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah :
a) Membuat kincir angin tipe dua sudu, berbahan komposit dengan diameter 1
meter lebar maksimum 12 cm pada jarak 18,5 cm dari pusat poros dengan variasi
panjang sirip.
b) Mengetahui nilai perbandingan antara Coefesien performance (Cp) dan Tip speed
ratio (tsr).
c) Mengetahui unjuk kerja kincir seperti; putaran poros, torsi, daya mekanis dan
daya elektris.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
1.4 Batasan Masalah
Batasan penelitian ini adalah:
a. Model kincir angin tipe dua sudu, berbahan komposit dengan diameter 1
meter lebar maksimum 12 cm pada jarak 18,5 cm dari pusat poros dengan
variasi panjang sirip 10 cm dan 13 cm.
b. Penelitian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata
Dharma.
c. Menggunakan kincir angin tipe horizontal axis wind turbine (HAWT).
d. Menggunakan wind tunnel dalam pengujian.
e. Menggunakan variasi kecepatan angin 10,3 m/s, 8,3 m/s, 6,3 m/s dalam
penelitian.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah :
a. Sebagai salah satu sumber energi terbarukan yang dapat digunakan sebagai ilmu
pengetahuan.
b. Memberikan referensi baru bagi perkembangan energi terbarukan, khususnya
energi angin.
c. Memberikan ilmu baru bagi masyarakat didaerah yang memiliki potensi angin
yang besar agar dapat dikonversikan energi angin tersebut menjadi energi listrik
sehingga biaya produksi masyarakat menjadi berkurang.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Angin
2.1.1 Energi Angin
Angin adalah udara yang bergerak, angin terjadi karena perbedaan tekanan
dipermukaan bumi. Angin bergerak dari tempat bertekanan udara tinggi ke
bertekanan udara rendah. Angin adalah salah satu bentuk energi yang tersedia di
alam, Pembangkit Listrik Tenaga Angin 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 dibagian belakang turbin angin, sehingga akan menghasilkan
energi listrik. Energi Listrik ini biasanya akan disimpan kedalam baterai sebelum
dapat dimanfaatkan. 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
menghasilkan angin. Kondisi aliran angin dipengaruhi oleh medan atau permukaan
bumi yang dilalui oleh aliran angin dan perbedaan temperatur permukaan bumi.
Syarat dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi
listrik dapat dilihat pada tabel 2.1 di bawah, dimana klasifikasi angin pada kelompok
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
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/
2.1.2. Jenis-jenis angin
a. Angin Laut
Angin laut adalah angin yang bertiup dari arah laut ke arah darat yang umumnya
terjadi pada siang hari dari pukul 09.00 sampai dengan pukul 16.00.Hal ini terjadi
dikarenakan udara diatas daratan mengalami pemanasan lebih cepat dibandingkan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
udara diatas permukaan air, sehingga tekanan udara diatas daratan lebih rendah
dibandingkan di atas permukaan laut atau danau seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 2.1.
Gambar 2.1. Angin Laut
Sumber :www.Artikelsiana.com
b. Angin Darat.
Angin darat adalah angin yang bertiup dari arah darat ke arah laut, yang pada
umumnya terjadi saat malam hari, dari jam 20.00 sampai dengan 06.00.Hal ini
terjadi dikarenakan udara diatas daratan mengalami pendinginan lebih cepat
dibandingkan udara diatas permukaan air, sehingga tekanan udara diatas
permukaan laut atau danau menjadi lebih rendah dibandingkan di atas daratan
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
Gambar 2.2.Angin Darat.
Sumber :www.artikelsiana.com
c. Angin Lembah
Angin Lembah adalah angin yang bertiup dari arah lembah ke puncak
gunung dan biasa terjadi pada siang hari.Hal ini terjadi dikarenakan udara di atas
gunung mengalami pemanasan lebih cepat dibandingkan lembah, sehingga
tekanan udara di atas permukaan gunung menjadi lebih rendah dibandingkan di
atas permukaan lembah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3. Angin Lembah
Sumber: https://arizafahluziyusuf.wordpress.com/
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
d. Angin Gunung.
Angin Gunung adalah angin yang bertiup dari puncak gunung ke lembah
gunung dan terjadi pada malam hari.Hal ini terjadi dikarenakan udara di atas
gunung mengalami pendingin lebih cepat dibandingkan di atas permukaan
lembah, sehingga tekanan udara di atas permukaan lembah menjadi lebih rendah
di atas permukaan gunung seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4. Angin Gunung
Sumber:https://arizafahluziyusuf.wordpress.com/
2.2. Kincir Angin
Kincir angin adalah sebuah alat yang mampu memanfaatkan kekuatan angin
untuk dirubah menjadi kekuatan mekanik.Kincir angin modern adalah mesin yang
digunakan untuk menghasilkan energi listrik, disebut juga dengan turbin
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
angin.Secara umum kincir angin digolongkan menjadi dua jenisnya menurut
porosnya yaitu kincir angin poros horisontal dan kincir angin poros vertikal.
2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal
Kincir angin horisontal adalah model umum yang sering kita lihat pada turbin
angin. Desainnya mirip dengan kincir angin, memiliki blade yang mirip propeller
dan berputar pada sumbu vertikal.Turbin angin horisontal memiliki shaft rotor dan
generator pada puncak tower dan harus diarahkan ke arah angin bertiup.
Ditunjukkan pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5. Kincir Angin Poros Horisontal.
Sumber:http://www.satuenergi.com/2015/10/jenis-jenis-turbin-angin-serta.html
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
Kekurangan dan kelebihan Kincir Angin Poros Horisontal:
Kelebihan kincir angin poros horisontal:
1. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi.
2. Tidak memerlukan sudut orientasi.
3. Setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan angin meningkat sebesar 20 %.
4. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang berada
di atas menara.
5. Tidak memerlukan karateristik angin karena arah angin langsung menuju
rotor.
6. Banyak digunakan untuk menghasilkan energi listrik dengan skala besar.
Kekurangan kincir angin poros horisontal:
1. Kontruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyangga bilah – bilah
yang berat (Gearbox dan Generator).
2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikkan dengan arah
angin (sirip pengarah atau sensor elektrik).
2.2.2. Kincir Angin Poros Vertikal
Kincir angin poros vertikal atau Vertikal Axis Wind Turbin (VAWT) adalah
salah satu jenis kincir angin yang posisi porosnya tegak lurus dengan arah angin
atau dengan kata lain kincir jenis ini dapat mengkonversi tenaga angin dari segala
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
arah kecuali arah angin dari atas atau bawah. Kincir jenis ini menghasilkan torsi
yang lebih besar dari pada kincir angin poros horisontal.Beberapa jenis kincir angin
poros vertikal yang telah banyak dikenal diantaranya ditunjukkan pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6. Kincir Angin Poros Vertikal.
Sumber:http://www.slideshare.net/prihase/pembangkit-listrik-tenaga-angin-
40416657
Berikut ini adalah kekurangan dan kelebihan Kincir Angin Poros Vertikal
Kelebihan:
1. Tidak diperlukan mekanisme.
2. Sebuah turbin angin bisa terletak dekat tanah, sehingga lebih mudah untuk
menjaga bagian yang bergerak
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
3. Turbin vertikal memiliki kecepatan startup angin rendah dibandingkan
turbin horizontal.
4. Turbin vertikal dapat dibangun di lokasi di mana struktur yang tinggi
dilarang.
Kelemahan:
1. Kebanyakan turbin vertikal memiliki penurunan efisiensi dibanding turbin
horisontal, terutama karena hambatan tambahan yang mereka miliki sebagai
pisau mereka memutar ke angin.
2. Memiliki rotor terletak dekat dengan tanah di mana kecepatan angin lebih
rendah dan tidak mengambil keuntungan dari kecepatan angin tinggi di atas.
2.3. Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap Tsr
Menurut Albert Betz Ilmuan Jerman bahwa koefisien daya maksimal dari
kincirangin adalah sebesar 59% seperti yang terlihat pada Gambar 2.9.Albert Betz
menamai batasmaksimal tersebut dengan Betz limit. Untuk lebih jelasnya dapat
dilihat pada Gambar2.7.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
Gambar 2.7.Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) dengan Tip speedratio
(Tsr) dari beberapa jenis kincir.
Sumber : Johnson, 2006, hal. 18
2.4. Rumus Perhitungan
Berikut ini adalah rumus–rumus yang digunakan untuk melakukan perhitungan
dan analisis kerja kincir angin yang diteliti.
2.4.1. Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda yang
bergerak.Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik, sehingga dapat
dirumuskan menjadi :
Eк= 1/2 m v 2 (1)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
dimana :
Eк : energi kinetik.
m : massa udara ( kg )
v : kecepatan angin (m/s)
2.4.2. Daya angin
Daya angin (Pin) adalah daya yang disediakan oleh angin, sehingga dapat
dirumuskan sebagai berikut :
Pin = 1/2 𝝆 A v³ (2)
dimana :
Pin : daya yang disediakan oleh angin (watt).
𝝆 : massa jenis udara (kg/m³).
A : luas penampang sudu (m²).
v : kecepatan angin (m/s).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
2.4.3. Tip Speed Ratio (tsr)
Tip speed ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir
angin dengan kecepatan angin.Sehingga tsr-nya dapat dirumuskan sebagai berikut:
(3)
dimana :
trs : tip speed ratio.
r : jari – jari kincir (m).
n : putaran poros kincir tiap menit (rpm).
v : kecepatan angin (m/s).
2.4.4. Torsi
Torsi adalah hasil kali dari gaya pemebebanan (F) dengan panjang lengan torsi
(l). Perhitungan torsi dapat dirumuskan sebagai berikut :
T = F l (4)
dimana :
T : Torsi (N.m)
F : gaya pembebanan (N).
l : panjang lengan torsi ke poros (m)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
2.4.5. Daya Kincir
Daya 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 = T ω (5)
dimana :
Pout : Daya yang dihasilkan oleh kincir angin (watt).
T : torsi dinamis (N.m).
ω : kecepatan sudut (rad/s)
ω =
2.4.6. Daya Listrik
Daya listrik adalah besarnya energi yang mengalir atau diserap alat tiap detik,
dirumuskan sebagai berikut:
Po = V I (6)
Dimana :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
Po : Daya Listrik (watt)
V : Tegangan Listrik (V)
I : Arus Listrik (A)
2.4.7. 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 :
(7)
dimana :
Cp : Koefisien Daya (%)
Pout : daya yang dihasilkan kincir (watt).
Pin : daya yang disediakan oleh angin (watt).
2.5. Komposit
Komposit adalah suatu jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiri dari dua atau
lebih bahan dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama lainnya baik itu
sifat kimia maupun fisikanya dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan tersebut
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
(bahan komposit).Bahan komposit pada umumnya terdiri dari dua unsur, yaitu
reinforcement sebagai pengisi dan bahan pengikat serat yang disebut matrik.
Kelebihan komposit:
1. Massa jenis rendah (ringan).
2. Lebih kuat dan lebih ringan.
3. Perbandingan kekuatan dan berat yang menguntungkan.
4. Lebih kuat (stiff), ulet (tough) dan tidak getas.
5. Koefisien pemuaian yang rendah.
6. Tahan terhadap cuaca.
7. Tahan terhadap korosi.
8. Mudah diproses (dibentuk).
Kekurangan:
1. Tidak tahan terhan beban kejut (shock) dan crash (tabrak) dibandingkan
dengan metal.
2. Kurang elastis.
3. Lebih sulit dibentuk secara plastis.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
2.5.1 Fasa Penyusun Komposit
Suatu komposit tersusun atas 2 fasa, yaitu :
1. Matriks
Dalam struktur komposit bahwa matriks bisa berasal dari bahan polimer,
logam, maupun keramik. Matriks secara umum berfungsi untuk mengikat serat
menjadi satu struktur komposit. Matriks sendiri memiliki fungsi sebagai berikut :
a. Mengikat serat menjadi satu struktur.
b. Melindungi serat dari kerusakan akibat kondisi lingkungan.
c. Menstransfer dan mendistribusikan beban ke serat.
d. Menyumbangkan beberapa sifat seperti, kekakuan, ketangguhan dan ketahanan
listrik.
Berdasarkan matriksnya, komposit dapat dibedakan menjadi 3 jenis, yaitu :
a.) Polymer Matrix Composites
Komposit Matriks Polimer merupakan jenis komposit yang sering
digunakan. Komposit jenis ini menggunakan suatu polimer berbahan resin
sebagai matriksnya. Kelebihan dari komposit jenis ini adalah mudah dibentuk
mengikuti profil yang digunakan, memiliki ketangguhan yang baik, dan lebih
ringan dibanding jenis komposit yang lainnya.
b.) Metal Matirx Composites
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
Komposit Matriks Logam merupakan jenis komposit yang menggunakan
suatu logam seperti aluminium sebagai matriksnya. Kelebihan dari jenis
komposit ini adalah tahan terhadap temperatur tinggi, memiliki kekuatan tekan
dan geser yang baik, dan tidak menyerap kelembapan.
c.) Ceramic Matrix Composites
Komposit Matriks Keramik merupakan jenis komposit yang menggunakan
bahan keramik sebagai penguatnya. Kelebihan dari jenis ini adalah memiliki
kekuatan dan ketangguhan yang baik, tahan terhadap korosi, dan tahan terhadap
temperatur tinggi.
Gambar 2.8 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Bentuk Matriksnya
Sumber : yudiprasetyo53.wordpress.com, diakses Oktober 2016
2. Reinforcement
Reinforcement memiliki fungsi untuk meningkatkan kekuatan dan kekakuan
matrik. Penguatan ini biasanya dalam bentuk serat (fiber), atau serbuk. Serat yang
sering digunakan dalam pembuatan komposit antara lain serat E – Glass, Boron
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
(unsur non logam berupa serbuk abu dan lainnya), Karbon, Aramid, Keramik dan lain
sebagainya.
Tabel 2.2 Contoh Jenis dan Karakteristik Material Komposit
Apabila menggunakan fiber sebagai penguat, fiber yang digunakan harus
mempunyai diameter yang lebih kecil dari diameter matriksnya namun harus lebih
kuat dari matriksnya dan harus mempunyai kekuatan tarik yang tinggi. Sedangkan
matriks yang digunakan juga harus memiliki modulus elastisitas yang lebih rendah
daripada fiber, mempunyai ikatan yang bagus antara matriks dan fiber dan biasanya
secara umum yang digunakan adalah polimer dan logam.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
Matriks yang dipadukan dengan fiber itu sendiri berfungsi sebagai :
a. Pemisah antara fiber dan juga mencegah timbulnya perambatan retak dari
suatu fiber ke fiber lain.
b. Penjepit fiber.
c. Melindungi fiber dari kerusakan permukaan.
d. Berfungsi sebagai media dimana tekanan dari luar yang diaplikasikan pada
komposit, ditransmisikan dan didistribusikan ke fiber.
Berdasarkan jenisnya, penguat dibagi menjadi 3 jenis sebagai berikut :
a.) Particulate Composite
Gambar 2.9 Contoh Particulate Composites
Sumber : www.studyblue.com, diakses Oktober 2016
Material komposit pertikel terdiri dari satu atau lebih partikel yang
tersuspensi di dalam matriks dari matriks lainnya. Partikel logam dan non –
logam dapat digunakan sebagai matriks.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
b.) Fibre Composite
Penguat Berupa Serat merupakan komposit yang terdiri dari satu lamina
atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat (fiber). Serat yang
digunakan berupa serat kaca, serat karbon, serat aramid dan masih banyak yang
lainnya. Serat ini dapat disusun secara acak maupun orientasi tertentu, bahkan
dapat pula dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman.
Gambar 2.10 Contoh Fibre Composites
Sumber : www.studyblue.com, diakses Oktober 2016
Setiap jenis serat mempunyai karakteristik tersendiri, berikut ini contoh
jenis bahan yang mempengaruhi kekuatan serat :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
Tabel 2.3 Typical Properties of Reinforcing Fiber
a.) Structural Composite
Penggabungan Komposit terdiri dari, minimal dua material berbeda yang
direkatkan bersama – sama. Proses pelapisan dilakukan dengan
mengkombinasikan aspek terbaik dari masing – masing lapisan untuk mendapat
bahan yang berguna.
Gambar 2.11 Contoh Structural Composites Laminate
Sumber : www.fao.org, diakses Oktober 2016
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
2.5.2. 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 2.12. Klasifikasi Bahan Komposit (Hadi, 2001)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
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).
2.5.3 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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
a) aligned b) off-axis c) randomly
Gambar 2.9. 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 Woven Fibre Composite
Randomly Oriented Discontinous Fibre Hybrid Fibre Composite
Gambar 2.10 Tipe Komposit Serat (Gibson, 1994)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
2.5.3. Faktor Yang Mempengaruhi Performa Komposit
a. Faktor Serat
Serat adalah bahan pengisi matrik yang digunakan untuk dapat memperbaiki
sifat dan struktur matrik yang tidak dimilikinya, juga diharapkan mampu menjadi
bahan penguat matrik pada komposit untuk menahan gaya yang terjadi.
b. Letak Serat
Dalam pembuatan komposit tata letak dan arah serat dalam matrik yang akan
menentukan kekuatan mekanik komposit, dimana letak dan arah dapat
mempengaruhi kinerja komposit tersebut.
Menurut tata letak dan arah serat diklasifikasikan menjadi 3 bagian yang
ditunjukan gambar 2.11
Gambar 2.11.Tata letak dan arah serat pada komposit.
Sumber : Fitransyah.wordpress.com
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
c. Panjang Serat
Panjang serat dalam pembuatan komposit serat pada matrik sangat
berpengaruh terhadap kekuatan. Ada 2 penggunaan serat dalam campuran
komposit yaitu serat pendek dan serat panjang. Serat panjang lebih kuat dibanding
serat pendek.
Serat panjang (continous fiber) lebih efisien dalam peletakannya dari pada
serat pendek. Akan tetapi, serat pendek lebih mudah peletakannya dibanding serat
panjang. Panjang serat mempengaruhi kemampuan proses dari komposit serat.
Pada umumnya, serat panjang lebih mudah penanganannya jika dibandingkan
dengan serat pendek. Serat panjang pada keadaan normal dibentuk dengan proses
filamentwinding, dimana pelapisan serat dengan matrik akan menghasilkan
distribusi yang bagus dan orientasi yang menguntungkan. Sedangkan komposit
serat pendek, dengan orientasi yang benar,akan menghasilkan kekuatan yang lebih
besar jika dibandingkan continous fiber.
d. Bentuk Serat
Bentuk Serat yang digunakan untuk pembuatan komposit tidak begitu
mempengaruhi, yang mempengaruhi adalah diameter seratnya.Pada umumnya,
semakin kecil diameter serat akan menghasilkan kekuatan komposit yang lebih
tinggi.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
e. 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
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
2.5.4. 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-bahan-
komposit.html
2.5.4.1 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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
kuat, padat, mudah kusut, dan tahan penyetrikaan”. Serat alam digolongkan lagi
menjadi :
Gambar 2.12 Jenis –jenis serat alami
Sumber: http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-
macam-Serat-Alam.bmp. Diakses Juni 2016.
a) Serat Protein
Serat protein 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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
Gambar 2.13 Serat wol dari bulu domba
Sumber: http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam-
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 bau arang seperti terbakar.
Gambar 2.14 Serat Pisang
Sumber: http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam-
Serat-Alam.bmp. Diakses Juni 2016.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
c) Serat mineral
Serat mineral, umumnya dibuat dari asbestos. Saat ini asbestos adalah satu-
satunya mineral yang secara alami terdapat dalam bentuk serat panjang.
Gambar 2.15 Serat Asbes
Sumber: http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-
macam-Serat-Alam.bmp. Diakses Juni 2016.
2.5.4.2 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”.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
Gambar 2.16 Jenis serat buatan
Sumber:http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-
macam-Serat-Sintetis.bmp
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
a) Serat Fiberglass
Gambar 2.17 Serat Kaca
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
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).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
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 ditunjukan dalam Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin.
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
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
pada wind tunnel 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 bu 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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
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 Sudu Kincir
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
43
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.
Gmbar 3.8 Voltmeter
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
44
8. Amperemeter.
Ampermeter digunakan untuk mengukur arus yang dihasilkan oleh Kincir
Angin dengan setiap variasinya.
Gambar 3.9 Ampermeter
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. Gambar pembebanan
lampu seperti ditunjukkan oleh Gambar 3.10 Pembebanan lampu.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
45
Gambar 3.10. Skema Pembebanan Lampu.
3.3 Desain Kincir
Desain kincir angin yang dibuat seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.11.
Gambar tersebut menunjukan bahwa kincir angin yang dibuat panjang diameternya
berukuran 100 cm dengan lebar maksimum sudu 12 cm.
18,5cm
50cm
Gambar 3.11(a) Desain kincir dengan variasi panjang sirip 10 cm
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
46
Gambar 3.11(b) Desain kincir dengan variasi panjang sirip 13 cm
Gambar 3.11(c) Desain sirip kincir angin
Gambar 3.11(d) pemasangan kincir pada dudukan sudu.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
47
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 50 cm.
Pipa 8 inchi berfungsi sebagai mal / cetakan dari proses pembuatan sudu blade
kincir angin yang mana bahan yang digunakan adalah komposit. Proses memotong
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
48
menggunakan gerinda dengan panjang pipa yang diinginkan adalah 50 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.
Gambar 3.12 Proses Pemotongan Pipa
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.
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. Proses
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
49
pembentukan pipa seperti yang ditunjukkan oleh gambar 3.13.
Gambar 3.14 Proses menggambar cetakan 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.
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
50
Gambar 3.15 Proses pelapisan sudu dengan aluminium foil
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. 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 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:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
51
a. Mengoleskan campuran resin dan katalis pada permukaan pipa yang telah
dilapisi alumunium foil menggunakan kuas.
b. Menempelkan lapisan pertama serat glass pada cetakan yang telah
dioleskan campuran resin dan katalis.
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.
Menempelkan plat alumuium diantara lapisan kedua dan ketiga Serat
glass.
f. Menempelkan lapisan ketiga serat glass.
g. Mengoleskan campuran resin dan katalis pada lapisan ketiga serat glass.
h. Menempelkan lapisan keempat serat glass.
i. Mengoleskan campuran resin dan katalis pada lapisan keempat serat glass
j. Menempelkan lapisan kelima serat glass.
k. 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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
52
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 10.
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
53
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
54
BAB IV
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Hasil Pengujian
Tabel 4.1. Data Dua Sudu Variasi Sirip 13 cm Dengan Kecepatan Angin10,3 m/s.
Tabel 4.2. Data Dua Sudu Variasi Sirip 13 cm Dengan Kecepatan Angin 8,3 m/s.
Kec.Angin Gaya
pengimbang
Putaran
kincir
V(m/s) F (gram) n (rpm)
1 0 100 811
2 40 130 780
3 80 160 754
4 120 190 737
5 180 10.3 210 724
6 240 230 693
7 300 260 679
8 360 300 640
9 420 305 594
10 480 310 555
11 360 330 520
12 420 340 486
13 480 350 411
NOHambatan
Watt
Kec.Angin Gaya
pengimbang
Putaran
kincir
V(m/s) F (gram) n (rpm)
1 0 120 765
2 40 140 716
3 80 150 698
4 120 170 682
5 180 8,3 190 673
6 240 210 653
7 300 220 638
8 360 250 618
9 420 170 593
10 480 300 547
11 360 310 505
12 420 320 464
13 480 330 350
Hambatan
WattNO
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
55
Tabel 4.3. Data Dua Sudu Variasi Sirip 13 cm Dengan Kecepatan Angin 6,3 m/s.
Tabel 4.4. Data Dua Sudu Variasi Sirip 10 cm Dengan Kecepatan Angin 10,3 m/s.
Kec.Angin Gaya
pengimbang
Putaran
kincir
V(m/s) F (gram) n (rpm)
1 0 110 715
2 40 120 695
3 80 130 689
4 120 150 669
5 180 6,3 170 634
6 240 190 606
7 300 200 583
8 360 210 560
9 420 230 535
10 480 250 515
11 360 270 488
12 420 290 427
NOHambatan
Watt
Kec.Angin Gaya
pengimbang
Putaran
kincir
V(m/s) F (gram) n (rpm)
1 0 80 852
2 40 100 826
3 80 120 804
4 120 160 798
5 180 10,3 190 779
6 240 220 759
7 300 250 722
8 360 270 706
9 420 290 689
10 480 320 646
11 360 340 583
12 420 360 554
13 480 370 484
NOHambatan
Watt
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
56
Tabel 4.5. Data Dua Sudu Variasi Sirip 10 cm Dengan Kecepatan Angin 8,3 m/s.
Tabel 4.6. Data Dua Sudu Variasi Sirip 10 cm Dengan Kecepatan Angin 6,3 m/s.
Kec.Angin Gaya
pengimbang
Putaran
kincir
V(m/s) F (gram) n (rpm)
1 0 100 810
2 40 120 778
3 80 140 749
4 120 150 727
5 180 8,3 180 711
6 240 200 696
7 300 230 683
8 360 250 635
9 420 270 605
10 480 290 592
11 360 310 528
12 420 340 491
13 480 370 439
NOHambatan
Watt
Kec.Angin Gaya
pengimbang
Putaran
kincir
V(m/s) F (gram) n (rpm)
1 0 110 761
2 40 130 712
3 80 150 702
4 120 160 688
5 180 6,3 170 659
6 240 180 637
7 300 200 601
8 360 230 586
9 420 250 575
10 480 270 544
11 360 290 515
12 420 310 447
13 480 320 310
NOHambatan
Watt
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
57
4.2. Pengolahan Data dan Perhitungan
Dalam pengolahan data yang digunakan beberapa asumsi untuk mempermudah
pengolahan dan perhitungan data 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 table pengujian 4.1 pada pengujian
ketujuh diperoleh kecepatan angin 10,3 m/s, massa jenis udara (ρ) = 1,18 kg/m3dan
luas penampang (A) = 0,785 m2. Maka dapat dihitung daya angin sebesar:
Pin = ½ ρ A v3
Pin = ½ 1,18 0,785 10,33
Pin = 503 watt.
Jadi daya angin yang dihasilkan sebesar 503 watt.
4.2.2. Perhitungan Torsi
Sebagai contoh perhitungan diambil dari pengujian yang dilakukan besar torsi
dapat kita hitung. Diambil dari table 4.1 pada pengujian ketujuh. Dari data diperoleh
besaran gaya (F) = 2,55 N dan jarak lengan torsi keporos sebesar 0,27 m, maka torsi
dapat dihitung:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
58
T = F l
T= 2,55 0,27
T= 0,69 N.m
Jadi torsi yang dihasilkan sebesar 0,69 N.m.
4.2.3. Perhitungan Daya Kincir Mekanis
Sebagai contoh perhitungan diambil dari table pengujian 4.1 pada pengujian
ketujuh diperoleh putaran poros (n) sebesar 679 rpm, dan torsi yang telah
diperhitungkan pada sub bab 4.2.2 sebesar = 0,69 N.m, maka besarnya daya kincir
dapat dihitung :
Pout = T ω
Pout = 0,69
Pout = 0,69
Pout = 49 watt
Jadi daya kincir yang diperoleh sebesar 49 watt.
4.2.4. Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr)
Sebagai contoh perhitungan diambil dari table pengujian 4.1 pada pengujian
ketujuh diperoleh putaran poros kincir angin sebesar 679 rpm, jari–jari kincir angin
sebesar (r) = 0,5 m, dan kecepatan angin sebesar 10,3 m/s, maka tip speed ratio dapat
dihitung :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
59
tsr =
tsr = 3,46
Jadi tip speed ratio yang diperoleh sebesar 3,46.
4.2.5. Perhitungan Daya Listik
Sebagai contoh perhitungan diambil dari table pengujian 4.1 pada pengujian
ketujuh tegangan (V) sebesar 44,80 volt, dan arus (I) sebesar 0,62 ampere, maka
besarnya daya listrik dapat dihitung :
Po = V x I
Po = 44,8 x 0,62
Po = 27,78 watt
Jadi daya listrik yang dihasilkan sebesar 27,78 watt.
4.2.6. Perhitungan Koefisien Daya (Cp)
Sebagai contoh perhitungan diambil dari perhitugan diatas yakni, daya angin pada
sub bab 4.2.1 sebesar 503 watt dan daya yang dihasilkankan kincir angin pada sub
bab 4.2.3 sebesar 49 watt, maka koefisien daya dapat dihitung:
Cp =
Cp =
100 %
Cp= 9,74 %
Jadi koefisien daya yang diperoleh sebesar 9,74 %.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
60
4.3. Data Hasil Perhitungan
Parameter yang telah didapat dari penelitian diolah dengan software Microsoft
Excel untuk menampilkan grafik hubungan antara rpm dengan torsi, grafik hubungan
antara tip speed ratio (tsr) dengan koefesien daya (Cp), dan grafik hubungan antara
rpm dengan daya (Pout) yang dihasilkan untuk tiga variasi kecepatan angin dengan
jumlah empat sudu.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
61
Tabel 4.7. Data Perhitungan Kincir Variasi Panjang Sirip 13 cm Dengan Kecepatan
Angin 10,3 m/s
Tabel 4.8. Data Perhitungan Kincir Variasi Panjang Sirip 13 cm dengan Kecepatan
Angin 8,3 m/s
Gaya
pengimban
g
Beban
Torsi
Kecepatan
sudut
Daya
angin
Daya kincir
mekanis
Tip speed
ratio
Koefisien
daya
Mekanis
Tegangan ArusDaya
Listrik
Koefisien
Daya
Listrik
N N.m rad/s Pin (watt) Pout (watt) tsr Cp % Volt Ampere Watt Cp %
0.98 0.26 84.93 503 22.49 4.13 4.47 51.60 0.00 0.00 0.00
1.28 0.34 81.68 503 28.13 3.97 5.59 50.60 0.08 4.05 0.80
1.57 0.42 78.96 503 33.46 3.84 6.65 49.90 0.16 7.98 1.59
1.86 0.50 77.18 503 38.84 3.75 7.72 48.80 0.28 13.66 2.71
2.06 0.56 75.82 503 42.17 3.69 8.38 47.70 0.39 18.60 3.70
2.26 0.61 72.57 503 44.21 3.53 8.78 46.50 0.50 23.25 4.62
2.55 0.69 71.10 503 48.97 3.46 9.73 44.80 0.62 27.78 5.52
2.94 0.79 67.02 503 53.26 3.26 10.58 41.50 0.71 29.47 5.85
2.99 0.81 62.20 503 50.25 3.03 9.98 39.40 0.79 31.13 6.18
3.04 0.82 58.12 503 47.72 2.83 9.48 34.20 0.81 27.70 5.50
3.24 0.87 54.45 503 47.60 2.65 9.45 33.20 0.89 29.55 5.87
3.34 0.90 50.89 503 45.83 2.48 9.10 31.20 0.94 29.33 5.83
3.43 0.93 43.04 503 39.90 2.09 7.93 28.30 0.97 27.45 5.45
Gaya
pengimban
g
Beban
Torsi
Kecepatan
sudut
Daya
angin
Daya kincir
mekanis
Tip speed
ratio
Koefisien
daya
Mekanis
Tegangan ArusDaya
Listrik
Koefisien
Daya
Listrik
N N.m rad/s Pin (watt) Pout (watt) tsr Cp % Volt Ampere Watt Cp %
1.18 0.32 80.11 263 25.46 4.84 9.68 53.00 0.00 0.00 0.00
1.37 0.37 74.98 263 27.80 4.53 10.57 48.70 0.08 3.90 1.48
1.47 0.40 73.09 263 29.04 4.41 11.04 47.60 0.15 7.14 2.71
1.67 0.45 71.42 263 32.16 4.31 12.23 46.20 0.23 10.63 4.04
1.86 0.50 70.48 263 35.47 4.26 13.48 45.40 0.31 14.07 5.35
2.06 0.56 68.38 263 38.04 4.13 14.46 44.30 0.39 17.28 6.57
2.16 0.58 66.81 263 38.93 4.03 14.80 43.20 0.46 19.87 7.55
2.45 0.66 64.72 263 42.85 3.91 16.29 42.70 0.56 23.91 9.09
2.65 0.72 62.10 263 44.41 3.75 16.88 40.00 0.66 26.40 10.04
2.94 0.79 57.28 263 45.52 3.46 17.30 38.10 0.76 28.96 11.01
3.04 0.82 52.88 263 43.42 3.19 16.51 34.20 0.83 28.39 10.79
3.14 0.85 48.59 263 41.18 2.93 15.66 33.30 0.86 28.64 10.89
3.24 0.87 36.65 263 32.04 2.21 12.18 32.10 0.90 28.89 10.98
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
62
Tabel 4.9. Data Perhitungan Kincir Variasi Panjang Sirip 13 cm Dengan Kecepatan
Angin 6,3 m/s
Tabel 4.10. Data Perhitungan Kincir Variasi Panjang Sirip 10 cm Dengan
Kecepatan Angin 10,3 m/s
Gaya
pengimban
g
Beban
Torsi
Kecepatan
sudut
Daya
angin
Daya kincir
mekanis
Tip speed
ratio
Koefisien
daya
Mekanis
Tegangan ArusDaya
Listrik
Koefisien
Daya
Listrik
N N.m rad/s Pin (watt) Pout (watt) tsr Cp % Volt Ampere Watt Cp %
1,08 0,29 74,87 115 21,82 5,96 19,01 49,30 0,00 0,00 0,00
1,18 0,32 72,78 115 23,13 5,79 20,16 48,60 0,02 0,97 0,85
1,28 0,34 72,15 115 24,84 5,74 21,65 47,50 0,05 2,38 2,07
1,47 0,40 70,06 115 27,83 5,58 24,25 46,50 0,13 6,05 5,27
1,67 0,45 66,39 115 29,90 5,29 26,05 45,30 0,20 9,06 7,89
1,86 0,50 63,46 115 31,94 5,05 27,83 44,90 0,28 12,57 10,95
1,96 0,53 61,05 115 32,34 4,86 28,18 43,30 0,35 15,16 13,20
2,06 0,56 58,64 115 32,62 4,67 28,42 42,00 0,41 17,22 15,00
2,26 0,61 56,03 115 34,13 4,46 29,74 41,60 0,48 19,97 17,40
2,45 0,66 53,93 115 35,71 4,29 31,12 40,60 0,60 24,36 21,23
2,65 0,72 51,10 115 36,55 4,07 31,84 37,40 0,70 26,18 22,81
2,84 0,77 44,72 115 34,35 3,56 29,93 34,30 0,77 26,41 23,01
3,04 0,82 36,65 115 30,09 2,92 26,22 33,20 0,88 29,22 25,46
Gaya
pengimban
g
Beban
Torsi
Kecepatan
sudut
Daya
angin
Daya kincir
mekanis
Tip speed
ratio
Koefisien
daya
Mekanis
Tegangan ArusDaya
Listrik
Koefisien
Daya
Listrik
N N.m rad/s Pin (watt) Pout (watt) tsr Cp % Volt Ampere Watt Cp %
0,78 0,21 89,22 500 18,91 4,35 3,78 57,60 0,00 0,00 0,00
0,98 0,26 86,50 500 22,91 4,22 4,58 55,70 0,08 4,46 0,89
1,18 0,32 84,19 500 26,76 4,10 5,35 54,10 0,16 8,66 1,73
1,57 0,42 83,57 500 35,41 4,07 7,08 53,20 0,29 15,43 3,08
1,86 0,50 81,58 500 41,05 3,98 8,20 51,20 0,41 20,99 4,19
2,16 0,58 79,48 500 46,32 3,87 9,25 50,20 0,52 26,10 5,22
2,45 0,66 75,61 500 50,07 3,68 10,00 48,30 0,63 30,43 6,08
2,65 0,72 73,93 500 52,87 3,60 10,56 46,20 0,73 33,73 6,74
2,84 0,77 72,15 500 55,42 3,52 11,07 44,70 0,84 37,55 7,50
3,14 0,85 67,65 500 57,34 3,30 11,46 42,30 0,96 40,61 8,11
3,34 0,90 61,05 500 54,98 2,98 10,99 37,40 1,05 39,27 7,85
3,53 0,95 58,01 500 55,32 2,83 11,05 36,30 1,16 42,11 8,41
3,63 0,98 50,68 500 49,67 2,47 9,92 26,30 1,23 32,35 6,46
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
63
Tabel 4.11. Data Perhitungan Kincir Variasi Panjang Sirip 10 cm Dengan Kecepatan
Angin 8,3 m/s
Tabel 4.12. Data Perhitungan Kincir Variasi Panjang Sirip 10 cm Dengan Kecepatan
Angin 6,3 m/s
Gaya
pengimban
g
Beban
Torsi
Kecepatan
sudut
Daya
angin
Daya kincir
mekanis
Tip speed
ratio
Koefisien
daya
Mekanis
Tegangan ArusDaya
Listrik
Koefisien
Daya
Listrik
N N.m rad/s Pin (watt) Pout (watt) tsr Cp % Volt Ampere Watt Cp %
0,98 0,26 84,82 255 22,47 5,17 8,79 52,00 0,00 0,00 0,00
1,18 0,32 81,47 255 25,90 4,97 10,14 51,40 0,08 4,11 1,61
1,37 0,37 78,44 255 29,09 4,78 11,38 50,20 0,16 8,03 3,14
1,47 0,40 76,13 255 30,25 4,64 11,84 49,50 0,24 11,88 4,65
1,77 0,48 74,46 255 35,50 4,54 13,89 48,20 0,31 14,94 5,85
1,96 0,53 72,88 255 38,61 4,44 15,11 46,50 0,44 20,46 8,01
2,26 0,61 71,52 255 43,57 4,36 17,05 45,20 0,52 23,50 9,20
2,45 0,66 66,50 255 44,03 4,05 17,23 43,20 0,66 28,51 11,16
2,65 0,72 63,36 255 45,31 3,86 17,73 40,10 0,74 29,67 11,61
2,84 0,77 61,99 255 47,62 3,78 18,64 39,00 0,84 32,76 12,82
3,04 0,82 55,29 255 45,40 3,37 17,77 37,20 0,87 32,36 12,67
3,34 0,90 51,42 255 46,30 3,14 18,12 35,30 1,00 35,30 13,82
3,63 0,98 45,97 255 45,05 2,80 17,63 29,30 1,07 31,35 12,27
Gaya
pengimban
g
Beban
Torsi
Kecepatan
sudut
Daya
angin
Daya kincir
mekanis
Tip speed
ratio
Koefisien
daya
Mekanis
Tegangan ArusDaya
Listrik
Koefisien
Daya
Listrik
N N.m rad/s Pin (watt) Pout (watt) tsr Cp % Volt Ampere Watt Cp %
1,08 0,29 79,69 115 23,22 6,34 20,23 48,60 0,00 0,00 0,00
1,28 0,34 74,56 115 25,67 5,94 22,37 47,30 0,05 2,37 2,06
1,47 0,40 73,51 115 29,21 5,85 25,45 46,60 0,10 4,66 4,06
1,57 0,42 72,05 115 30,53 5,74 26,60 45,30 0,18 8,15 7,10
1,67 0,45 69,01 115 31,07 5,49 27,08 44,90 0,26 11,67 10,17
1,77 0,48 66,71 115 31,80 5,31 27,71 43,10 0,33 14,22 12,39
1,96 0,53 62,94 115 33,34 5,01 29,05 42,10 0,40 16,84 14,67
2,26 0,61 61,37 115 37,38 4,89 32,57 38,80 0,46 17,85 15,55
2,45 0,66 60,21 115 39,87 4,79 34,74 36,30 0,54 19,60 17,08
2,65 0,72 56,97 115 40,74 4,54 35,50 35,20 0,64 22,53 19,63
2,84 0,77 53,93 115 41,43 4,29 36,09 34,50 0,70 24,15 21,04
3,04 0,82 46,81 115 38,44 3,73 33,49 32,40 0,81 26,24 22,87
3,14 0,85 32,46 115 27,52 2,58 23,97 26,10 0,82 21,40 18,65
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
64
4.4. Grafik Hasil Perhitungan
Pengolahan data yang dilakuakan pada Sub Bab 4.1, 4.2 dan 4.3 mendapatkan hasil
grafik. Grafik – grafik hubungan tersebut antara lain grafik perbandingan antara rpm
dan daya, grafik hubungan antara rpm dan torsi, dan grafik hubungan antara tip speed
ratio dengan koefisien daya. Penjelasan untuk grafik diatas, lebih lengkapnya dapat
dilihat pada grafik – grafik berikut ini:
4.4.1. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Kincir Mekanis pada Tiga
Variasi Kecepatan Angin Dengan Panjang Sirip 13 cm.
Data dari Tabel 4.7, Tabel 4.8 dan Tabel 4.9 yang sudah diperoleh pada
perhitungan sebelumnya, dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara
torsi dan daya kincir (Pout Mekanis). Pada tabel 4.1 menunjukan bahwa nilai daya kincir
(Pout Mekanis) puncak yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 10,3 m/s adalah
53,26 watt dengan torsi sebesar 0,79 N.m. Sedangkan nilai daya kincir mekanis (Pout
Mekanis) puncak yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 8,3 m/s adalah 45,52
watt dengan torsi sebesar 0,79 N.m. Dan nilai daya kincir kincir (Pout Mekanis) dengan
variasi kecepatan angin 6,3 m/s adalah 36,55 watt dengan torsi sebesar 0,72 N.m. Dari
tabel 4.1 dapat ditarik kesimpulan bahwa kincir angin variasi sirip 13 cm ada
kecepatan angin 10,3 m/s memiliki nilai daya kincir (Pout Mekanis) dan torsi tertinggi
diantara variasi kecepatan lainnya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
65
Gambar 4.1. Gambar 4.1. Grafik Hubungan Torsi dan Daya Mekanis Kincir Angin
Propeller, Dua Sudu, Bahan Komposit dengan Diameter 1 m, Lebar Maksimum
Sudu 12 cm Pada Jarak 18,5 cm dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 13
cm
4.4.2. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Kincir Mekanis pada Tiga
Variasi Kecepatan Angin Dengan Panjang Sirip 10 cm.
Data dari Tabel 4.10, Tabel 4.11 dan Tabel 4.12 yang sudah diperoleh pada
perhitungan sebelumnya, dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara rpm
dan daya kincir (Pout Mekanis). Pada gambar 4.2 menunjukan bahwa nilai daya kincir
(Pout Mekanis) puncak yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 10,3 m/s adalah
57,34 watt dengan torsi sebesar 0,85N.m. Sedangkan nilai daya kincir mekanis (Pout
Mekanis) puncak yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 8,3 m/s adalah 47,62
0
10
20
30
40
50
60
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00
Po
ut
mek
anis
(w
att)
Torsi (N.m)
kecepatan angin 10.3 m/s
kecepatan angin8.3 m/s
kecepatan angin 6.3 m/s
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
66
watt dengan torsi sebesar 0,77N.m. Dan nilai daya kincir kincir (Pout Mekanis) dengan
variasi kecepatan angin 6,3 m/s adalah 41,43 watt dengan torsi sebesar 0,77 N.m. Dari
tabel 4.2 dapat ditarik kesimpulan bahwa kincir angin dengan variasi sirip 10 cm pada
kecepatan angin 10,3 m/s memiliki nilai daya kincir (Pout Mekanis) dan torsi tertinggi
diantara variasi kecepatan angin lainnya
Gambar 4.2. Grafik Hubungan Torsi dan Daya Mekanis Kincir Angin Propeller,
Dua Sudu, Bahan Komposit dengan Diameter 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12
cm Pada Jarak 18,5 cm dari Pusat Poros Dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm.
0
10
20
30
40
50
60
70
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20
Po
ut
mek
anis
(w
att)
Torsi (N.m)
kecepatan angin 6.3
kecepatan angin 8.2m/s
kecepatan angin 10.3m/s
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
67
4.4.3. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Elektris pada Tiga Variasi
Kecepatan Angin Dengan Panjang Sirip 13 cm
Data dari Tabel 4.7, Tabel 4.8 dan Tabel 4.9 yang sudah diperoleh pada
perhitungan sebelumnya, dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara rpm
dan daya listrik (Pout Elektris). Pada tabel 4.3 menunjukan bahwa nilai daya listrik (Pout
Elektris) puncak yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 10,3 m/s adalah 31,13
watt dengan torsi sebesar 0,79 N.m. Sedangkan nilai daya listrik (Pout Elektris) puncak
yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 8,3 m/s adalah 28,96 watt dengan torsi
0,79 N.m. Dan nilai daya kincir ( Pout Elektris) puncak yang dihasilkan dengan variasi
kecepatan angin 6,3 m/s adalah 29,22 watt dengan torsi sebesar 0,82 N.m.
Gambar 4.3. Grafik Hubungan Torsi dan Daya Elektris Kincir Angin
Propeller, Dua Sudu, bahan Komposit dengan Diameter 1 m, Lebar
Maksimum Sudu 12 cm Pada Jarak 18,5 cm dari Pusat Poros dengan Variasi
Panjang Sirip 13 cm.
0
5
10
15
20
25
30
35
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00
Po
ut
elek
tris
(w
att)
Torsi (N.m)
kecepatan angin 10.3 m/s
kecepatan angin 8.3m/s
kecepatan angin 6.3m/s
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
68
4.4.4. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Elektris pada Tiga Variasi
Kecepatan Angin Dengan Panjang Sirip 10 cm
Data dari Tabel 4.10, Tabel 4.11 dan Tabel 4.12 yang sudah diperoleh pada
perhitungan sebelumnya, dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara rpm
dan daya listrik (Pout Elektris). Pada tabel 4.4 menunjukan bahwa nilai daya listrik (Pout
Elektris) puncak yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 10,3 m/s adalah 42,11
watt dengan torsi sebesar 0,95 N.m. Sedangkan nilai daya listrik (Pout Elektris) puncak
yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 8,3 m/s adalah 35,30 watt dengan torsi
sebesar 0,90 N.m. Dan nilai daya kincir ( Pout Elektris) puncak yang dihasilkan dengan
variasi kecepatan angin 6,3 m/s adalah 26,24 watt dengan torsi sebesar 0,82 N.m.
Gambar 4.4. . Grafik Hubungan Torsi dan Daya Elektris Kincir Angin Propeller,
Dua Sudu, bahan Komposit dengan Diameter 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm
Pada Jarak 18,5 cm dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20
Po
ut
elek
tris
(w
att)
Torsi (N.m)
kecepatan angin 6.3 m/s
kecepatan angin 8.2 m/s
kecepatan angin 10.3 m/s
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
69
4.4.5. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Putaran poros Untuk Tiga Variasi
Kecepatan Angin Dengan Panjang Sirip 13cm
Data dari Tabel 4.7, Tabel 4.8 dan Tabel 4.9 yang sudah diperoleh pada
perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan ntara Torsi
dan Rpm. Pada tabel 4.5 menunjukan bahwa nilai Torsi maksimal yang dihasilkan
kincir angin dengan variasi kecepatan angin 10,3 m/s adalah 0,93 N.m dan terjadi pada
kecepatan putaran sebesar 411 rpm. Sedangkan nilai Torsi maksimal yang dihasilkan
kincir angin dengan variasi kecepatan angin 8,3 m/s adalah 0,87 N.m dan terjadi pada
kecepatan putaran sebesar 350 rpm. Dan nilai Torsi maksimal yang dihasilkan kincir
angin dengan variasi kecepatan angin 6,3 m/s adalah 0,82 N.m dan terjadi pada
kecepatan putaran sebesar 350 rpm.
Gambar 4.5. Grafik Hubungan Torsi dan Putaran poros Kincir Angin
Propeller, Dua Sudu, Bahan Komposit dengan Diameter 1 m, Lebar
Maksimum Sudu 12 cm Pada Jarak 18,5 cm dari Pusat Poros dengan Variasi
Panjang Sirip 13 cm.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00
pu
tara
n p
oro
s (R
pm
)
torsi (N.m)
Kec.Angin 10,3m/s
Kec.Angin 8,3m/s
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
70
4.4.6. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Putaran poros Untuk Tiga Variasi
Kecepatan Angin Dengan Panjang Sirip 10 cm
Data dari Tabel 4.10, Tabel 4.11 dan Tabel 4.12 yang sudah diperoleh pada
perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan ntara Rpm
dan Torsi. Pada tabel 4.6 menunjukan bahwa nilai Torsi maksimal yang dihasilkan
kincir angin dengan variasi kecepatan angin 10,3 m/s adalah 0,98 N.m dan terjadi pada
kecepatan putaran sebesar 484 rpm. Sedangkan nilai Torsi maksimal yang dihasilkan
kincir angin dengan variasi kecepatan angin 8,3 m/s adalah 0,98 N.m dan terjadi pada
kecepatan putaran sebesar 439 rpm. Dan nilai Torsi maksimal yang dihasilkan kincir
angin dengan variasi kecepatan angin 6,3 m/s adalah 0,85 N.m dan terjadi pada
kecepatan putaran sebesar 310 rpm.
Gambar 4.6. Grafik Hubungan Torsi dan Putaran poros Kincir Angin Propeller,
Dua Sudu, bahan Komposit dengan Diameter 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm
Pada Jarak 18,5 cm dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20
pu
tara
n p
oro
s (R
pm
)
torsi (N.m)
Kec.Angin 10,3m/sKec.Angin 8,3m/s
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
71
4.4.7. Grafik Hubungan Antara tip speed ratio dan Koefisien Daya Mekanis
Untuk Tiga Variasi Kecepatan Angin Dengan Panjang Sirip 13cm.
Data dari Tabel 4.7, Tabel 4.8 dan Tabel 4.9 yang sudah diperoleh pada
perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara
koefisien daya (Cp Mekanis) dan tip speed ratio (tsr). Pada tabel 4.7 menunjukkan bahwa
nilai koefisien daya maksimal mekanis (Cpmax Mekanis) kincir dengan variasi kecepatan
angin 10,3 m/s adalah 10,58 % dengan nilai tsr sebesar 4,13. Sedangkan nilai
koefisien daya maksimal mekanis (Cpmax Mekanis ) kincir dengan variasi kecepatan
angin 8,3 m/s adalah 17,30 % dengan nilai tsr sebesar 4,83. Dan nilai koefisien daya
maksimal mekanis (Cpmax Mekanis) kincir dengan variasi kecepatan angin 6,3 m/s adalah
31,84% dengan nilai tsr sebesar 5,96
Gambar 4.7.Grafik Hubungan Cp dan Tsr Kincir Angin Propeller, Dua Sudu,
bahan Komposit dengan Diameter 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm Pada Jarak
18,5 cm dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm.
0
5
10
15
20
25
30
35
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00
Cp
(%
)
tsr
kec.angin 10,3
kec.angin 8,3m/s
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
72
4.4.8. Grafik Hubungan Antara tip speed ratio dan Koefisien Daya Mekanis
Untuk Tiga Variasi Kecepatan Angin Dengan Panjang Sirip 10cm.
Data dari Tabel 4.10, Tabel 4.11 dan Tabel 4.12 yang sudah diperoleh pada
perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara
koefisien daya (Cp Mekanis) dan tip speed ratio (tsr). Pada tabel 4.8 menunjukkan bahwa
nilai koefisien daya maksimal mekanis (Cpmax Mekanis) kincir dengan variasi kecepatan
angin 10,3 m/s adalah 11,56 % dengan nilai tsr sebesar 4,35. Sedangkan nilai
koefisien daya maksimal mekanis (Cpmax Mekanis ) kincir dengan variasi kecepatan
angin 8,3 m/s adalah 18,64 % dengan nilai tsr sebesar 5,17. Dan nilai koefisien daya
maksimal mekanis (Cpmax Mekanis) kincir dengan variasi kecepatan angin 6,3 m/s adalah
36,09% dengan nilai tsr sebesar 6,34.
Gambar 4.8. Grafik Hubungan Cp dan Tsr Kincir Angin Propeller, Dua Sudu,
Bahan Komposit dengan Diameter 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm Pada Jarak
18,5 cm dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00
Cp
(%
)
Tsr
Kec.angin 6,3 m/s
Kec.angin 8,2 m/s
Kec.angin 10,3 m/s
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
73
4.5. PEMBAHASAN DATA
Pada gambar 4.2 dan gambar 4.4 yang menujukkan hubungan antara Torsi dan
daya output. Bahwa pada variasi kecepatan angin 10,3 m/s dengan variasi panjang
sirip 10 cm merupakan variasi kecepatan angin, yang memiliki nilai daya output
mekanis maupun elektris dan torsi tertinggi dibandingkan dengaan variasi panjang
sirip 13 cm. Daya maksimal mekanis yang di dapat sebesar 57,34 watt dengan torsi
sebesar 0,85 N.m dan daya maksimal elektris yang di dapat sebesar 42,11 watt
dengan torsi sebesar 0,95 N.m. Dari gambar 4.2 dapat juga disimpulkan bahwa
semakin besar daya yang dihasilkan akan semakin kecil torsi yang dihasilkan. Pada
gambar 4.5 yang menujukkan hubungan antara rpm dan torsi, dapat disimpulkan
bahwa semakin besar torsi maka kecepatan putaran poros semakin rendah. Dari
gambar 4.6 hubungan Cp dengan tsr menunjukan prestasi terbaik pada kecepatan
angin 6,4 m/s dengan Cpmax Mekanis sebesar 36,09 %.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
74
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Setelah melakukan pengambilan data, pengolahan dan analisis data dapat
saya simpulkan sebagai berikut :
1. Berhasil membuat kincir angin tipe propeller, dua sudu, berbahan komposit
dengan diameter 1 meter lebar maksimum 12 cm dan jarak 18,5 dari pusat
poros dengan variasi panjang sirip 10 cm dan 13 cm.
2. Koefisien daya tertinggi yang didapat yaitu sebesar 36,09 % pada tsr 6,34
dengan kecepatan angin 6,3 m/s pada variasi panjaang sirip 10 cm.
3. Hasil unjuk kerja kincir angin adalah Torsi terbesar yang dihasilkan oleh
kincir angin yaitu 0,98 N.m pada kecepatan putaran sebesar 484 rpm terjadi
pada kecepatan angin 10,3 m/s dengaan variasi panjang sirip 10 cm. Daya
mekanis terbesar yang dihasilkan dari kincir angin sebesar 57,34 Watt dengan
torsi sebesar 0,85 N.m pada kecepatan angin 10,3 m/s dengan panjang sirip 10
cm. Daya elektris terbesar yang dihasilkan dari kincir angin sebesar 42,11
Watt dengan torsi sebesar 0,95 N.m pada kecepatan angin 10,3 m/s dengan
panang sirip 10 cm.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
75
5.2. Saran
1. Perlu melakuan penelitian dengan variasi tambahan ekor/sirip pada sudu
kincir angin tipe horisontal.
2. Perlu dilakukan penelitian dengan pengurangan berat sudu dan jumlah lapisan
serat yang berbeda.
3. Perlu dilakuakn penelitian dengan keceptan angin yang berbeda dari yang
sudah dilakuan pengujian.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
76
DAFTAR PUSTAKA
Aisah, Nuning, Hanedi Darmasetiawan, Sudirman, dan Aloma Karo Karo. 2004.
Pembuatan komposit polimer Berpenguat serat Sintetik Untuk Bahan
Genteng. Jurnal Sains Materi Indonesia, juni 2004, Vol. 5, No. 3, hlm. 1- 8
ISSN : 1411 – 1098
Aji, Riangga, 2011, Pengaruh Variasi Tinggi Sudu Terhadap Performansi Vertical
Axis Wind Turbine Jenis Savonius Type-U, Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Brawijaya
Fahmi, Hendriwan dan Harry Hermansyah. 2011. Pengaruh Orientasi Serat Pada
Komposit Resin Polyester / Serat Daun Nanas Terhadap Kekuatan Tarik.
Jurnal Teknik Mesin Vol. 1 , No. 1 [Oktober 2011] 46-52
Mulyani, 2008, Kajian Potensi Angin Indonesia, Central Library Institute
Technology Bandung, Bandung.
www.kincirangin.info/pdf/kondisi-angin.pdf
http://imangeografi10.blogspot.co.id
https://repository.usd.ac.id/
http://en.wikipedia.org/wiki/File:
http://en.wiktionary.org/wiki/windmill
www.bdonline.co.uk
www.alternativeconsumer.com
www.pinterest.c
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Recommended