Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
i
UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU
LENGKUNG SILINDRIS DARI BAHAN DASAR KAYU
DENGAN TIGA VARIASI PERLAKUAN PERMUKAAN SUDU
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat Sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin
Diajukan oleh :
FRANSISCUS BAGUS MURBANTORO
NIM : 115214017
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2015
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
THE PERFORMANCE OF THREE CYLINDRICAL CURVE
BLADES PROPELLER WINDMILL FROM WOOD
MATERIAL WITH THREE SURFACE TREATMENT
VARIATIONS
FINAL PROJECT
Presented as partitial fulfilment of the requirement
to obtain Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
By :
FRANSISCUS BAGUS MURBANTORO
Student Number : 115214017
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2015
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
TINJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU
LENGKTII\G SILN\[DRIS DARI BAHAN DASAR KAYU
DENGAN TIGA VARIASI PERLAKUAN PERMUKAAN ST]DU
Disusun oleh :
k. Rines, M. T.
ilt
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
TNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SLIDU
LENGKTTNG SILINDRIS DARI BAHAN DASAR KAYUDENGAN TIGA VARIASI PERIAKUA1Y PERMUKAAN SUDU
Yang dipersiapkan dan disusun oleh :
NAMA : FRANSISCUS BAGUS MURBANTORO
NIM: 115214017
Telah dipertahankan di depan Dewan pengrrji
Pada tanggal 22 Jurn 2015
Ketua
Sekretaris
Anggota
Susunan Dewan Penguji
Nama Lengkap
: Budi Setyahandana, S. T., M. T.
: RB Dwiseno Wihadi, S. T,, M. Si.
: k. Rines, M. T.
Tugas Akhir ini telah diterima sebagai salah satu persyaratanUntuk mernperoleh gelar Sa{ana Teknik
tv
Yogyakarta, 25 Juni 201 5Fakultas Sains dan TeknologiUniversitas Sanata Dharma
ina Heruningsih Prima Ros4 S.Si.,
rK.-1w=?d-r"-tEr
FHM.Sc.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
Dengan ini penulis menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam tugas akhirdengan judul :
UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU LENGKUNGSILINDRIS DARI BAHAN DASAR KAYU DENGAN TIGA VARIASI
PERLAKUAN PERMUKAAN SUDU
Yang dibuat untuk melengkapi persyaratan yang wajib ditempuh untuk menjadi
Sarjana Teknik pada program Strata-1, Jurusan Teknik Mesi, Fakultas Sains san
Teknologi, universitas sanata Dhanna, yogyakarla. Sejauh yang saya ketahui
bukan merupakan tiruan dari Tugas Akhir yang suclah clipublikasikan di
Perguruan tinggi manapun. Kecuali bagian infonnasi yang dicantumkan dalam
daftar pustaka.
Dibuat di : Yogyakarta
Pada tanggal : 1 April 20i5
Penulis
S Bagus Murbantoro
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :
Nama : FRANSISCUS BAGUS MURBANTORO
Nomor Mahasiswa : \15214011
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya rnemberikan kepada perpustakaan
Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :
UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU LENGKUNG
SILINDRIS DARI BAHAN DASAR KAYU DENGAN TIGA VARIASI
PERLAKUAN PERNIUKAAN SUDU
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 royalty kepada saya selama
tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenamya.
Dibuat di Yogyakarta
Pada tanggal 1 April 2015
Yang menyatakan
vi
hsiscus Bagus Murbantoro
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vii
INTISARI
Pemakaian energi terutama energi listrik sekarang ini sangat diperlukan
oleh setiap warga masyarakat. Jumlah pemakaiannya yang besar mengakibatkan
pemborosan sumber daya energi. Atas dasar kondisi sekarang ini, muncul adanya
ide untuk menghasilkan energi alternatif yang tidak bisa habis, contohnya yakni
angin, dengan melakukan penelitian terhadap kincir angin. Penelitian ini bertujuan
untuk mengkaji unjuk kerja kincir angin yang diteliti seperti besar torsi,
perbandingan daya, koefisien daya maksimal, dan tip speed ratio dengan tiga
variasi perlakuan kekasaran permukaan sudu kincir angin.
Kincir angin yang diteliti adalah kincir angin propeler tiga sudu poros
horizontal berdiameter 80 cm berbahan dasar kayu. Kekasaran permukaan
dilakukan dengan cara melapisi permukaan belakang dan depan sudu kincir angin.
Terdapat tiga varisasi perlakuan pelapisan permukaan yaitu kincir angin pertama
berbahan dasar kayu tanpa pelapisan, kincir angin ke dua berbahan dasar kayu
berlapis seng di permukaan belakang sudu, dan kincir angin ke tiga berbahan
dasar kayu berlapis anyaman bambu di permukaan depan dan berlapis seng di
permukaan belakang sudu. Agar mendapatkan daya kincir, torsi, koefisien daya
maksimal, dan tip speed ratio pada kincir, maka poros kincir dihubungkan ke
mekanisme pengereman yang berfungsi untuk pemberian beban pada kincir.
Besarnya beban kincir dapat dilihat pada neraca pegas. Putaran kincir angin
diukur mengunakan tachometer dan kecepatan angin diukur menggunakan
anemometer. Kecepatan udara yang ditetapkan berkisar antara 8 m/s hingga 9
m/s.
Dari hasil penelitian ini, kincir angin sudu tanpa lapisan menghasilkan
koefisien daya maksimal sebesar 7,42% pada tip speed ratio 2,19 dengan daya
output sebesar 15,87 watt dan torsi sebesar 0,32 N.m pada kecepatan angin 8,97
m/s. Kincir angin bersudu lapis seng menghasilkan koefisien daya maksimal
sebesar 7,79% pada tip speed ratio 2,51 dengan daya output sebesar 15,38 watt
dan torsi sebesar 0,28 N.m pada kecepatan angin 8,73 m/s. Kincir angin bersudu
lapis anyaman bambu menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 4,92% pada
tip speed ratio 1,92 dengan daya output sebesar 8,8 watt dan torsi sebesar 0,16
N.m pada kecepatan angin 8,60 m/s. Dari ketiga kincir angin yang sudah diteliti,
dapat disimpulkan bahwa kincir angin berbahan dasar kayu berlapis seng di
permukaan belakang sudu memiliki nilai koefisien daya maksimal dan tip speed
ratio paling tinggi.
Kata kunci : kincir angin propeler, koefisien daya maksimal, tip speed ratio.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
viii
KATA PENGANTAR
Dengan mengucap puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih
dan anugerah-Nya yang telah memberi kesempatan bagi penulis untuk dapat
menyelesaikan laporan tugas akhir dengan judul “UNJUK KERJA KINCIR
ANGIN PROPELER TIGA SUDU LENGKUNG SILINDRIS DARI BAHAN
DASAR KAYU DENGAN TIGA VARIASI PERLAKUAN PERMUKAAN
SUDU”.
Laporan tugas akhir 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 laporan tugas akhir ini membahas mengenai
perancangan, pembuatan kincir angin sumbu horizontal jenis propeler, dan
perbandingan daya.
Dalam kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih
kepada:
1. Ibu Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains
dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Bapak Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik
Mesin.
3. Bapak Ir. Rines, M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir.
4. Bapak Budi Setyahandana, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ix
5. Seluruh dosen program studi Teknik Mesin yang telah mendidik dan
memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.
6. Seluruh staff Fakultas Sains dan Teknologi atas kerja sama dan dukungan
kepada penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir.
7. Bapak Eliutherius Margiyanto dan Ibu Purwanti sebagai orang tua dari penulis,
serta Aloysius Nawan Kuncoro sebagai saudara dari penulis yang selalu
berdoa, mendukung secara material dan yang lain – lain kepada penulis.
8. Rekan – rekan mahasiswa Teknik Mesin, angkatan 2011 khususnya, yang telah
memberi saran, kritik, dan dukungan kepada penulis dalam penyelesaian
laporan tugas akhir.
9. Semua pihak yang tidak mungkin disebut satu per satu yang telah berperan
serta membantu penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir.
Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan – kekurangan yang perlu
diperbaiki pada pembuatan laporan tugas akhir, untuk itu penulis mengharapkan
saran dan kritikan yang membangun untuk menyempurnakan laporan tugas akhir.
Penulis mengharapkan semoga laporan tugas akhir ini berguna dan bermanfaat
untuk dapat memberikan sumbangan ilmu pengetahuan bagi para mahasiswa
khususnya, serta bagi para pembaca pada umumnya.
Yogyakarta, 1 April 2015
Penulis
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
x
DAFTAR ISI
Halaman Sampul ........................................................................................................ i
Halaman Judul ............................................................................................................ ii
Halaman Pernyataan................................................................................................... vi
Intisari ........................................................................................................................ vii
Kata Pengantar ........................................................................................................... viii
Daftar Isi..................................................................................................................... x
Daftar Gambar ............................................................................................................ xii
Daftar Tabel ............................................................................................................... xiv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah .................................................................................... 3
1.3 Batasan Masalah ....................................................................................... 3
1.4 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 4
1.5 Manfaat Penelitian .................................................................................... 4
BAB II DASAR TEORI
2.1 Kincir Angin ............................................................................................. 6
2.2 Jenis – Jenis Kincir Angin ........................................................................ 7
2.2.1 Kincir Angin Sumbu Horizontal ............................................... 7
2.2.2 Kincir Angin Sumbu Vertikal ................................................... 9
2.3 Kincir Angin Propeler .............................................................................. 12
2.4 Hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio .......................... 13
2.5 Rumus Perhitungan .................................................................................. 14
2.5.1 Energi Kinetik ........................................................................... 15
2.5.2 Daya Angin ................................................................................ 15
2.5.3 Daya Kincir Angin .................................................................... 16
2.5.4 Koefisien Daya .......................................................................... 16
2.5.5 Tip Speed Ratio.......................................................................... 17
2.5.6 Torsi ........................................................................................... 17
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xi
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Penelitian ................................................................................... 18
3.2 Alat dan Bahan ......................................................................................... 19
3.3 Desain Kincir ............................................................................................ 25
3.4 Variabel Penelitian ................................................................................... 26
3.5 Variabel yang Diukur ............................................................................... 26
3.6 Parameter yang Dihitung .......................................................................... 26
3.7 Langkah Penelitian ................................................................................... 27
BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Penelitian ................................................................................ 29
4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ............................................................ 32
4.2.1 Perhitungan Daya Angin ........................................................... 32
4.2.2 Perhitungan Torsi ...................................................................... 32
4.2.3 Perhitungan Daya Kincir ........................................................... 33
4.2.4 Perhitungan tip speed ratio ........................................................ 33
4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya ...................................................... 34
4.3 Hasil Perhitungan ..................................................................................... 34
4.4 Grafik Hasil Perhitungan .......................................................................... 38
4.5 Grafik Perbandingan Tiga Variasi Perlakuan Sudu Permukaan .............. 47
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan ............................................................................................... 49
5.2 Saran ......................................................................................................... 50
Daftar Pustaka ............................................................................................................ 52
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xii
DAFTAR GAMBAR
hal
1. Gambar 2.1 Kincir angin sumbu horizontal 8
2. Gambar 2.2 Kincir angin sumbu vertical 10
3. Gambar 2.3 Kincir angin propeler 13
4. Gambar 2.4 Grafik hubungan Cp dengan tsr 14
5. Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin 18
6. Gambar 3.2 Tiga variasi pelapisan permukaan sudu kincir angin 20
7. Gambar 3.3 Dudukan sudu 21
8. Gambar 3.4 Terowongan angin 21
9. Gambar 3.5 Fan blower 22
10. Gambar 3.6 Anemometer 23
11. Gambar 3.7 Tachometer 23
12. Gambar 3.8 Neraca pegas 24
13. Gambar 3.9 Sistem pengereman 24
14. Gambar 3.10 Desain kincir 25
15. Gambar 3.11 Sudut patahan sudu kincir angin 25
16. Gambar 4.1 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin
sudu polos 38
17. Gambar 4.2 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin
sudu lapis seng 39
18. Gambar 4.3 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin
sudu lapis anyaman bambu 40
19. Gambar 4.4 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin
sudu polos 41
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiii
20. Gambar 4.5 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin sudu
lapis seng 41
21. Gambar 4.6 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin sudu
lapis anyaman bambu 42
22. Gambar 4.7 Grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr untuk
kincir angin sudu polos 44
23. Gambar 4.8 Grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr untuk
kincir angin sudu lapis seng 45
24. Gambar 4.9 Grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr untuk
kincir angin sudu lapis anyaman bambu 47
25. Gambar 4.10 Grafik perbandingan koefisien daya dan tsr untuk
tiga variasi pelapisan permukaan sudu 48
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiv
DAFTAR TABEL
hal
1. Tabel 4.1 Data penelitian kincir angin tiga sudu tanpa lapisan 31
2. Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin tiga sudu lapis seng 32
3. Tabel 4.3 Data penelitian kincir angin tiga sudu lapis anyaman bambu 33
4. Tabel 4.4 Data perhitungan tiga sudu propeler triplek tanpa lapisan 38
5. Tabel 4.5 Data perhitungan tiga sudu propeler triplek lapis seng 38
6. Tabel 4.6 Data perhitungan tiga sudu propeler triplek lapis
anyaman bambu 39
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pemakaian energi terutama energi listrik sekarang ini sangat diperlukan
oleh setiap warga masyarakat di negara – negara maju dan negara – negara yang
sedang berkembang. Menurut Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral,
Direktorat Jenderal Energi Baru Terbarukan dan Konservasi Energi (EBTKE),
sumber daya energi yang ada di Indonesia dan di dunia semakin menipis,
dimana energi menjadi semakin langka dan semakin mahal dengan pertumbuhan
konsumsi energi rata – rata 7% setahun. Jumlah pemakaiannya yang sangat besar
dan terus bertambah mengakibatkan adanya pemborosan sumber daya energi.
Penggunakan energi yang terus bertambah disebabkan oleh kebutuhan masyarakat
yang terus meningkat, namun tidak diimbangi dengan pemasokan energi yang
ada. Menyebabkan kebutuhan pasokan dari energi fosil menjadi semakin besar.
Penggunaan dari energi fosil sendiri menimbulkan efek samping terhadap
perubahan iklim global yang disebabkan oleh meningkatnya Gas Rumah Kaca
(GRK) di atmosfir Bumi. (http://ebtke.esdm.go.id/post/2012/05/31/14/, diakses 1
April 2015).
Dalam ilmu Energi Terbarukan muncul adanya ide untuk dapat
menghasilkan energi alternatif yang tidak bisa habis. Alam Indonesia memiliki
banyak sumber energi alternatif, salah satu contohnya yakni angin, karena
terdapat dimana – mana, terutama pada pesisir – pesisir pantai dan di daerah
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
pegunungan. Adanya bantuan energi angin ini, masyarakat masih bisa
menggunakan energi listrik tanpa harus mengabiskan pasokan sumber daya energi
yang ada di bumi. Energi listrik tidak dihasilkan langsung dari alam, namun dapat
dihasilkan energi alternatif dari angin yang berasal dari alam dengan bantuan
sebuah alat.
Alat yang digunakan untuk dapat menghasilkan energi alternatif dari alam
terutama angin adalah kincir angin. Penulis mencoba melakukan penelitian
dengan merancang dan membuat kincir angin jenis propeler tiga sudu poros
horizontal dari bahan dasar kayu berjenis triplek. Ukuran jari – jari sudu dari
ketiga kincir angin ini sama yakni 40 cm dengan ketebalan kayu yang digunakan
adalah 8 mm. Bentuk dari sudu kincir angin yang dirancang yakni sudu dengan
sudut patahan lengkung silindris. Artinya, sudu ini diambil potongannya dari
sebuah benda yang mirip tabung silindris, sehingga jika sudu – sudu ini disusun
maka akan membentuk sebuah tabung silindris dengan patahan – patahannya
melengkung. Pada penelitian ini, penulis mencoba memvariasikan pelapisan
kekasaran permukaan sudu kincir angin untuk mengetahui pengaruh atau dampak
dari pelapisan kekasaran permukaan pada sudu kincir angin terhadap unjuk kerja
dari kincir anign. Kincir angin pertama yang diteliti, dibuat dari kayu tanpa
adanya pelapisan pada permukaan sudunya. Penelitian kincir angin yang kedua,
sudu dari bahan dasar kayu dirancang dengan melakuan pelapisan seng di bagian
belakang permukaan sudu. Penelitian kincir angin yang ketiga menggunakan sudu
berbahan dasar kayu dengan pelapisan anyaman bambu di bagian depan
permukaan sudu dan dilapisi seng di bagian belakang permukaan sudu.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
1.2 Rumusan Masalah
Pada penelitian yang dilakukan, ternyata ada masalah yang didapati yakni
tentang pemilihan kincir angin yang paling cocok dibuat untuk kondisi alam yang
ada di Indonesia. Penelitian ini memfokuskan pada variasi pelapisan kekasaran
permukaan sudu kincir angin. Melalui penelitian ini diharapkan dapat diketahui
apakah pelapisan kekasaran permukaan sudu berpengaruh terhadap unjuk kerja
dari kincir angin.
1.3 Batasan Masalah
Pada penelitian ini, penulis hanya tertuju pada kajian dan analisa tentang
kincir angin jenis propeler poros horizontal. Penelitian ini dibatasi hanya untuk
tiga variasi pelapisan pada sudu kincir angin, yakni sudu dari bahan dasar kayu
tanpa lapisan, sudu berlapis seng di permukaan belakang, dan sudu berlapis
anyaman bambu di permukaan depan dan berlapis seng di permukaan belakang.
Kecepatan angin rata – rata yang digunakan dalam penelitian ini sekitar 9 m/s.
Ukuran kincir angin ini sudah ditetapkan yakni berdiameter 80 cm. Pembuatan
dan penelitian kincir angin dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Program
Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Merancang dan membuat kincir angin jenis propeler poros horizontal
dengan jumlah tiga sudu dari bahan dasar kayu, kayu lapis seng, dan kayu
lapis anyaman bambu dan seng, dengan panjang diameter sudu kincir 80
cm.
2. Mengetahui besar daya kincir tertinggi dan torsi yang dapat dihasilkan dari
model kincir angin untuk tiga variasi pelapisan permukaan sudu.
3. Mengetahui perbandingan koefisien daya maksimal dan tip speed ratio
optimal, dari tiga variasi pelapisan permukaan sudu.
4. Mengetahui model kincir angin yang memberikan nilai tertinggi untuk
koefisien daya maksimal diantara ketiga model kincir angin yang diteliti.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian pembuatan kincir angin ini adalah :
1. Bagi masyarakat/Industri
a. Memudahkan masyarakat terpencil mendapat bahan – bahan yang
dibutuhkan untuk pembuatan kincir angin, sehingga semua kalangan
masyarakat dapat membuat kincir angin dan menghasilkan listrik dalam
skala kecil ataupun besar jika kemudian dikembangkan lebih lanjut.
b. Mengatasi masalah kebutuhan listrik yang dialami oleh masyarakat yang
masih belum terjangkau pasokan listrik dari pemerintah.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
c. Untuk mengurangi pemborosan karena pemakaian sumber daya energi
yang terus menerus meningkat dari tahun ke tahun.
2. Bagi Akademik
a. Menjadikan pustaka atau sumber bacaan tambahan yang digunakan
untuk membantu proses pembelajaran tentang kincir angin.
b. Menjadikan dasar referensi untuk melakukan penelitian yang lebih
mendalam tentang kincir angin pada penelitian selanjutnya.
3. Bagi Penulis
a. Mempelajari pemahaman baru tentang energi terbarukan, khususnya
energi angin yang ada di Indonesia serta pemanfaatan secara maksimal
dari kegunaan energi angin.
b. Mendapat pengetahuan baru tentang pembuatan kincir angin dengan
baik dan benar yang terbuat dari bahan dasar kayu triplek, seng, dan
anyaman bambu.
c. Menemukan desain kincir angin yang dapat memanfaatkan energi angin
menjadi sumber listrik dengan harga terjangkau, mudah di dapat, dan
ramah lingkungan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Kincir Angin
Kincir angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan
para petani dalam melakukan penggilingan gandum, keperluan irigasi, dll. Kincir
angin terdahulu banyak dibangun di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa
lainnya yang lebih dikenal dengan windmill.
Kini kincir 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 pembangunan kincir angin masih belum dapat menyaingi
pembangkit listrik konvensional seperti PLTD, PLTU, dll. Kincir angin masih
dikembangkan oleh para ilmuwan karena dalam waktu dekat manusia akan
dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui
(Contoh : batubara, minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan
listrik. Umumnya daya efektif yang dapat dipanen oleh sebuah kincir angin hanya
sebesar 20%-30%. Jadi rumus di atas dapat dikalikan dengan 0,2 atau 0,3 untuk
mendapatkan hasil yang cukup eksak. Prinsip dasar kerja dari kincir angin adalah
mengubah energi kinetis dari angin menjadi energi putar atau mekanis pada
kincir. (http://www.alpensteel.com/article/, diakses 1 April 2015)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
2.2 Jenis – Jenis Kincir Angin
Pada umumnya, kincir angin dikategorikan dalam dua jenis, yakni :
1. Kincir angin sumbu horizontal.
2. Kincir angin sumbu vertikal.
2.2.1 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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
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
(http://www.indoenergi.com/2012/07/, diakses 1 April 2015)
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 :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
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.
2.2.2 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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
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
Gambar 2.2 Kincir angin sumbu vertikal
(http://www.indoenergi.com/2012/07/, diakses 1 April 2015)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
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 bisa didirikan pada lokasi-lokasi dimana struktur yang lebih tinggi
dilarang dibangun.
i) 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),
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
j) VAWT tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah.
k) Kincir pada VAWT mudah dilihat dan dihindari burung.
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.
2.3 Kincir Angin Propeler
Kincir angin propeler ini merupakan jenis kincir angin sumbu horisontal.
Kincir angin propeler merupakan kincir angin yang memiliki jumlah sudu yang
lebih sedikit dari jenis kincir angin yang lainnya. Kincir angin jenis propeler
memiliki penampang airfoil, dimana perputaran sudu kincir angin ini disebabkan
oleh adanya gaya aerodinamika yang bekerja pada suatu kincir angin.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
Agar propeler dapat berputar, maka letak bidang rotasinya harus tegak
lurus dengan arah angin. Maksud dari penjelasan ini adalah kincir angin jenis
propeler dapat digunakan untuk tipe upwind dan downwind. Bentuk dari kincir
angin jenis propeler ini dapat dilihat pada Gambar 2.3. Jenis kincir angin propeler
ini memiliki keunggulan yaitu :
a. Konstruksi kincir angin lebih sederhana.
b. Karakteristik aerodinamis angin tidak terganggu karena arah angin
langsung menuju rotor.
c. Tidak memerlukan sudut orientasi.
Gambar 2.3 Kincir angin propeler
(backupkuliah.blogspot.com, diakses 1 April 2015)
2.4 Hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio
Tip speed ratio mempengaruhi besarnya koefisien daya. Hubungan ini
digambarkan sebagai berikut :
1. Koefisien daya bergantung pada ujung sudu.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
2. Ditandai dengan kurva koefisien daya berbanding dengan perbandingan
kurva 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 Cp dengan tsr
(http://gunturcuplezt.blogspot.com/2012/09/, diakses 1 April 2015)
2.5 Rumus Perhitungan
Rumus yang digunakan dalam melakukan perhitungan kincir angin dalam
penelitian ini adalah sebagai berikut :
American
Multiblade
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
2.5.1 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 v
2 (1)
yang dalam hal ini :
Ek : Energi kinetik (J)
m : massa benda (kg)
v : kecepatan benda (m
/s)
2.5.2 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
P = ½ . m . ν2 /t
= ½ (ρ.A.d).ν2 /t
= ½ . ρ. A . ν2. (d/t) d/t = ν
= ½ . ρ . A . ν3 (2)
dalam hal ini :
Pin : Daya yang disediakan oleh angin (watt)
: massa jenis aliran (kg
/m 3)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
ν : kecepatan angin (m
/s)
A : Luas penampang sudu (m2)
2.5.3 Daya Kincir Angin
Daya yang dihasilkan kincir (Pout), yakni daya yang dihasilkan kincir
angin berdasarkan adanya angin yang melintas pada sudu kincir angin, sehingga
daya yang dihasilkan dapat di hitung dengan rumus :
Pout = Tω (3)
dengan :
Pout : Daya yang dihasilkan kincir (watt)
T : Torsi (Nm)
: kecepatan sudut (rad
/s)
2.5.4 Koefisien Daya
Koefisien daya adalah perbandingan dari daya yang dihasilkan oleh kincir
angin (Pout) dengan daya yang disediakan oleh angin. koefisien daya dapat
diperhitungkan menggunakan rumus :
x 100% (4)
yang dalam hal ini :
Cp : Koefisien Daya (%)
Pin : Daya yang disediakan oleh angin (watt)
Pout : Daya yang dihasilkan oleh kincir angin (watt)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
2.5.5 Tip Speed Ratio
Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan linier lingkaran
terluar kincir dengan kecepatan angin, yang dapat dituliskan sebagai :
tsr =
(5)
dengan :
: putaran poros kincir angin (rad
/s)
r : jari jari kincir angin (m)
: kecepatan angin (m
/s)
2.5.6 Torsi
Torsi adalah hasil perkalian dari gaya pembebanan dengan panjang lengan
torsi, yang dapat dihitung dengan memakai rumus :
FlT (6)
dengan :
T : Torsi (Nm)
F : gaya pembebanan (N)
l : panjang lengan torsi ke poros (m)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
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 propeler tiga sudu
Pembuatan kincir angin berbahan dasar kayu dengan tiga variasi perlakuan
pelapisan di permukaan depan dan belakang sudu
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 TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
Ada tiga jenis perlakuan metode untuk melakukan penelitian ini, yaitu :
1. Penelitian Kepustakaan (Library Research)
Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur –literatur
yang berhubungan dengan penulisan tugas akhir ini serta dapat
dipertanggungjawabkan kebenarannya.
2. Pembuatan Alat
Pembuatan alat uji kincir angin tipe propeler 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 jenis propeler pada wind tunnel.
3.2 Alat dan Bahan
Model kincir angin propeler dengan bahan dasar kayu triplek namun juga
divariasikan dengan lapisan aluminum dan juga lapisan anyaman bambu. Kincir
pertama ini dibuat dari bahan kayu triplek, kincir ke dua dari kayu lapis seng,
dan kincir ke tiga dari kayu lapis anyaman bambu dan lapis seng, dengan
diameter 80 cm.
1. Sudu kincir angin.
Ukuran panjang sudu kincir menentukan daerah sapuan angin yang
menerima energi angin sehingga dapat membuat dudukan sudu atau turbin
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
berputar. Variasi yang digunakan adalah variasi perlakuan kehalusan
permukaan, yaitu sudu untuk kincir pertama, kayu tanpa lapisan. Sudu untuk
kincir kedua, kayu berlapis seng di bagian belakang permukaan. Sudu untuk kincir
ketiga, kayu dengan lapisan anyaman bambu di permukaan depan dan lapisan seng
di permukaan belakang. Semua sudu memiliki bentuk dan ukuran yang sama,
sudu kincir angin yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.2.
(a) (b) (c)
Gambar 3.2 Tiga variasi pelapisan permukaan sudu kincir angin yang diteliti
a) tanpa lapisan, b) lapis seng di permukaan belakang, c) lapis anyaman
bambu di permukaan depan dan lapis seng di permukaan belakang
2. Dudukan sudu.
Dudukan sudu yang merupakan bagian komponen yang berfungsi untuk
pemasangan sudu dan juga untuk mengatur kemiringan sudu. Dudukan sudu
ini memiliki tiga buah lubang untuk pemasangan sudu dan tiga buah klem
untuk menjepit sudu yang dipasang pada dudukan sudu, untuk mengatur sudu
kemiringan cukup membuka mur klem. Dudukan sudu dapat dilihat pada Gambar
3.3.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
3. Terowongan Angin
Terowongan angin (wind tunnel) adalah sebuah lorong angin dengan
tinggi 1,2 meter, lebar 1,2 meter, dan panjang 2,4 meter. Gambar 3.4 menunjukan
terowongan angin. Terowongan angin ini berfungsi sebagai tempat angin
bergerak dengan kecepatan tertentu dan juga sebagai tempat pengujian kincir
angina. Terowongan angin ini dapat diatur kecepatan anginnya dengan cara
mengatur jarak antara wind tunnel dengan blower sesuai keinginan, dengan cara
menarik blower mengunakan troli.
Gambar 3.3 Dudukan sudu
Gambar 3.4 Terowongan angin
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
4. Fan blower
Fan blower berfungsi untuk menghisap udara yang akan disalurkan ke
wind tunnel, fan blower dengan daya penggerak motor 5,5 kW. Gambar 3.5 akan
menunjukan bentuk dari fan blower.
Gambar 3.5 Fan blower
5. Anemometer
Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan angin, dan juga
digunakan untuk mengukur suhu angin di sekitar lingkungan. Gambar 3.6
menunjukan bentuk dari anemometer.
6. Tachometer
Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan
putaran poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (revolutions per
minute). Jenis takometer yang digunakan adalah digital light takometer, cara
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
kerjanya cukup sederhana meliputi 3 bagian, yaitu : Sensor, pengolah data dan
penampil. Gambar 3.7 menunjukan bentuk tachometer.
Gambar 3.6 Anemometer
Gambar 3.7 Tachometer
7. Neraca pegas
Neraca pegas digunakan untuk mengetahui beban pengereman pada kincir
pada saat kincir angin berputar. Gambar 3.8 menunjukan bentuk dari neraca pegas
yang digunakan dalam penelitian. Neraca pegas ini diletakan pada bagian sistem
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
pengereman dan dihubungkan dengan kopling dengan jarak yang telah
disesuaikan.
8. Sistem pengereman
Sistem pengereman ini berfungsi sebagai beban pada perputaran kincir,
yang dimana kincir diberi beban berupa karet untuk mengetahui besarnya torsi
dan kecepatan putaran kincir angin.
Gambar 3.8 Neraca pegas
Gambar 3.9 Sistem pengereman
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
9. Penopang kincir
Penopang kincir berfungsi sebagai penopang sudu, agar kincir dapat
berputar. Poros kincir ini juga sebagai penghubung antara kincir dengan sistem
pengereman, yang dihubungkan dengan poros penyambung.
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 80 cm dengan sudut patahan sudu 10o. Gambar 3.11
menunjukan desain dari sudut patahan sudu kincir angin.
Gambar 3.10 Desain kincir
Permukaan depan
Sudut patahan 10o
Permukaan belakang
Gambar 3.11 Sudut patahan sudu kincir angin
40 cm
7 cm
4,5 cm
30 cm
4,5 cm 7 cm
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
3.4 Variabel Penelitian
Variabel dalam penelitian ini adalah :
1. Variasi pembebanan kincir yaitu dari posisi kincir berputar maksimal sampai
kincir dalam posisi diam atau berhenti.
2. Variasi kehalusan permukaan triplek atau tanpa lapisan tambahan, variasi
dengan mengunakan plat seng, dan variasi menggunakan anyaman bambu.
3.5 Variable yang Diukur
Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah :
1. Kecepatan angin (m/s)
2. Gaya pengimbang (N)
3. Putaran kincir (rpm)
3.6 Parameter yang Dihitung
Parameter yang dihitung untuk mendapatkan karakteristik kincir angin
adalah :
1. Daya angin (Pin)
2. Daya kincir (Pout)
3. Gaya pengimbang torsi (T)
4. Koefisien Daya (Cp)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
3.7 Langkah Penelitian
Langkah pertama yang dilakukan sebelum pengambilan data penelitian
adalah pasang kincir angin di dalam terowongan angin pasang komponen poros
penghubung kincir angin dengan mekanisme pengereman yang berada di bagian
depan terowongan angin.
Proses pengambilan data daya dan torsi dinamis kincir angin dilakukan
secara bersamaan di saat pengambilan data daya dan torsi dinamis kincir, ada
beberapa hal yang perlu dilakukan yaitu:
1) Poros kincir di hubungkan dengan mekanisme pengereman.
2) Memasang anemometer pada terowongan di depan kincir angin
untuk mengukur kecepatan angin di saluran terowongan angin.
3) Memasang neraca pegas pada tempat yang telah di tentukan.
4) Memasang tali yang menghubungkan antara neraca pegas dengan lengan
pada mekanisme pengereman.
5) Jika sudah siap, fan blower dihidupkan untuk menghisap angin pada
terowongan angin.
6) Percobaan pertama variasi triplek tanpa lapisan bahan lain, percobaan kedua
triplek dengan lapisan seng bagian belakang sudu, percobaan ketiga triplek
dengan lapisan seng bagian belakang dan lapisan anyaman bambu pada
bagian depan
7) Untuk mengatur kecepatan angin dalam terowongan angin dengan cara
memundurkan jarak fan blower terhadap terowongan angin agar dapat
menentukan variasi kecepatan angin. Dalam percobaan ini kecepatan angin
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
disamakan atau dibuat sama.
8) Memvariasikan beban pada mekanisme pengereman untuk mendapatkan
variasi pembebanan, menggunakan 1 karet, 2 karet, 3 karet, 4 karet, dan
seterusnya sampai kincir angin berhenti.
9) Bila kecepatan angin dan variasi beban telah sesuai dengan yang
diinginkan, maka pengukuran dapat dilakukan dengan membaca massa
pengimbang yang terukur pada neraca pegas.
10) Mengukur kecepatan angin dengan menggunakan anemometer dan kecepatan
kincir angin dengan mengunakan tachometer.
11) Mengamati selama waktu yang telah ditentukan.
12) Mengulang kembali dari langkah ke 6 hingga langkah ke 11 untuk variasi
sudu sudu yang berikutnya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
BAB IV
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Penelitian
Berikut ini data hasil dari penelitian kincir angin tiga sudu jenis propeler
dengan tiga variasi pelapisan permukaan sudu. Data yang diperoleh dapat dilihat
pada Tabel 4.1, Tabel 4.2, dan Tabel 4.3.
Tabel 4.1 Data penelitian kincir angin tiga sudu tanpa lapisan
No Penelitian Kec. Angin Gaya pengimbang Putaran kincir
v (m
/s) F (gram) n (rpm)
1
1
9,13 0 833
2 9,2 60 806
3 8,8 100 764
4 8,8 160 690
5 8,9 190 640
6 8,9 220 615
7 9 260 510
8 9,1 300 486
1
2
9 0 831
2 8,6 60 764
3 9,2 120 711
4 9 150 678
5 9 170 595
6 8,9 240 547
7 9 260 505
8 8,9 300 416
1
3
9 0 820
2 8,6 60 742
3 9.2 120 690
4 9 150 654
5 9 170 624
6 8,9 240 564
7 9 260 555
8 8,9 300 503
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin tiga sudu lapis seng
No Penelitian Kec. Angin Gaya pengimbang Putaran kincir
v (m
/s) F (gram) n (rpm)
1
1
9 0 833
2 8,6 70 709
3 8,6 120 667
4 9 170 630
5 8,9 190 562
6 8,9 210 480
7 8,6 230 461
1
2
8,4 0 833
2 8,7 60 797
3 8,6 100 667
4 8,4 120 650
5 9 160 611
6 8,7 200 487
7 8,7 220 462
1
3
9 0 850
2 8,8 70 797
3 8,8 120 649
4 8,8 150 627
5 8,8 170 607
6 8,8 190 582
7 8,9 220 434
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
Tabel 4.3 Data penelitian kincir angin tiga sudu lapis anyaman bambu
No Penelitian Kec. Angin Gaya pengimbang Putaran kincir
v (m
/s) F (gram) n (rpm)
1
1
8,4 0 751
2 8,5 40 705
3 9,4 50 680
4 8,6 80 644
5 8,5 120 555
6 8,6 140 526
7 8,4 170 447
8 8,6 200 387
1
2
8,5 0 740
2 8,2 40 696
3 8,4 55 687
4 8,5 70 642
5 8,6 120 556
6 8,8 150 533
7 8,8 180 422
8 8,4 200 386
1
3
8,5 0 734
2 8,5 35 690
3 8,6 55 642
4 8,7 80 617
5 8,6 115 551
6 8,4 150 535
7 8,6 170 451
8 8,3 200 388
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
Contoh perhitungan daya angin, data diambil dari Tabel 4.1 pada
pengujian percobaan pertama dan pembebanan yang ke dua, diperoleh kecepatan
angin adalah sebesar 9,2 m
/s, massa jenis udara (ρ) yang diketahui adalah 1,18
kg/m3, dan luas penampang yang sudah dihitung adalah (A) = 0,50 m
2. Nilai daya
angin dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
Pin = ½ . ρ . A . v3
= ½ . (1,18) . (0,50) . (9,2)3
= 230 watt
Jadi, nilai daya angin yang dihasilkan adalah sebesar 230 watt
4.2.2 Perhitungan Torsi
Contoh perhitungan torsi, data diambil dari pengujian yang dilakukan dari
Tabel 4.1 pada pengujian percobaan pertama dan pembebanan yang ke dua. Dari
data yang diperoleh, besaran gaya dalam satuan Newton adalah (F) = 0,59 Newton
dan jarak lengan torsi ke poros sebesar 0,11 m. Nilai torsi dapat dihitung sebagai
berikut :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
T = F . l
= (0,59) . (0,11)
= 0,065 N.m
Jadi, nilai torsi yang dihasilkan adalah sebesar 0,065 N.m
4.2.3 Perhitungan Daya Kincir
Contoh perhitungan untuk daya kincir (Pout), data diambil dari Tabel 4.1
pada pengujian pertama dan pembebanan yang ke dua. Diperoleh kecepatan angin
sebesar 9,20 m/s, putaran poros (n) sebesar 806 rpm, dan torsi yang telah
diperhitungkan pada Sub Bab 4.2.2 adalah sebesar = 0,065 N.m. Besar nilai daya
kincir dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
Pout = T . ω
= 0,065 .
= 0,065 .
= 5,48 watt
Jadi, nilai daya kincir yang diperoleh adalah sebesar 5,48 watt
4.2.4 Perhitungan tip speed ratio
Contoh perhitungan untuk tsr, data diambil dari Tabel 4.1 pada pengujian
pertama dan pembebanan yang ke dua. Diperoleh putaran poros kincir angin dalam
rad/s adalah sebesar 80,71 rad/s, jari jari kincir angin sebesar (r) = 0,4 m, dan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
kecepatan angin sebesar 9,20 m
/s. Nilai tip speed ratio dapat dihitung menggunakan
rumus sebagai berikut :
tsr =
=
= 3,5
Jadi, nilai tip speed ratio yang diperoleh adalah 3,5
4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya
Contoh perhitungan koefisien daya (Cp), data diambil dari perhitugan diatas
yakni, besar nilai daya angin pada Sub Bab 4.2.1 adalah 230 watt dan nilai dari
daya yang dihasilkan kincir angin pada Sub Bab 4.2.3 adalah sebesar 5,48 watt.
Nilai koefisien daya dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
Cp =
x 100%
=
x 100%
= 2,4%
Jadi, nilai koefisien daya yang diperoleh adalah sebesar 2,4 %
4.3 Hasil Perhitungan
Pengujian kincir angin sumbu horizontal jenis propeler tiga sudu ini
dilakukan dengan tiga variasi perlakuan pelapisan permukaan sudu yang berbeda
– beda yakni, triplek polos tanpa lapisan, triplek lapis seng, dan triplek lapis
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
anyaman bambu. Pada pengujian kincir angin jenis propeler tiga sudu yang sudah
diuji ini diperoleh hasil data – data seperti pada Sub Bab 4.2 yang berikut ini
dapat dilihat pada Tabel 4.4, Tabel 4.5, dan Tabel 4.6.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
Tabel 4.4 Data perhitungan tiga sudu propeler triplek tanpa lapisan
Kec. Angin
rata - rata
Gaya
pengimban
g rata - rata
Putaran
kincir
Gaya pengimbang
rerata
Beban
torsi
Kecepatan
sudut Daya angin
Daya
output
kincir
tip
speed
ratio
Koefisien
daya
v (m/s) F (gram) n (rpm) N N.m rad/s Pin (watt) watt tsr Cp (%)
9,04 0 828 0,00 0,00 86,7 219 0,00 3,84 0,00
8,80 60 771 0,59 0,06 80,7 202 5,23 3,67 2,59
9,07 113 722 1,11 0,12 75,6 221 9,24 3,33 4,18
8,93 153 674 1,50 0,17 70,6 211 11,7 3,16 5,52
8,97 183 620 1,80 0,20 64,9 214 12,8 2,90 6,01
8,90 233 575 2,29 0,25 60,2 209 15,2 2,71 7,26
9,00 260 524 2,55 0,28 54,8 216 15,4 2,44 7,12
8,97 300 468 2,94 0,32 49,0 214 15,9 2,19 7,42
Tabel 4.5 Data perhitungan tiga sudu propeler triplek lapis seng
Kec. Angin
rata - rata
Gaya
pengimbang
rata - rata
Putaran
kincir
Gaya pengimbang
rerata
Beban
torsi
Kecepatan
sudut Daya angin
Daya
output
kincir
tip
speed
ratio
Koefisien
daya
v (m/s) F (gram) n (rpm) N N.m rad/s Pin (watt) watt tsr Cp (%)
8,80 0 828 0,00 0,00 86,7 202 0,00 3,94 0,00
8,70 60 771 0,59 0,06 80,7 195 5,23 3,71 2,68
8,67 113 722 1,11 0,12 75,6 193 9,24 3,49 4,79
8,73 153 674 1,50 0,17 70,6 198 11,7 3,23 5,91
8,90 183 620 1,80 0,20 64,9 209 12,8 2,92 6,14
8,80 233 575 2,29 0,25 60,2 202 15,2 2,74 7,51
8,73 260 524 2,55 0,28 54,8 198 15,4 2,51 7,79
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
Tabel 4.6 Data perhitungan tiga sudu propeler triplek lapis anyaman bambu
Kec. Angin
rata - rata
Gaya
pengimbang
rata - rata
Putaran
kincir
Gaya
pengimbang
rerata
Beban
torsi
Kecepatan
sudut Daya angin
Daya
output
kincir
tip
speed
ratio
Koefisien
daya
v (m/s) F (gram) n (rpm) N N.m rad/s Pin (watt) watt tsr Cp (%)
8,47 0 741 0,00 0,00 77,6 180 0,00 3,67 0,00
8,40 38 697 0,38 0,04 73,0 176 3,02 3,48 1,72
8,80 53 669 0,52 0,06 70,1 202 4,03 3,19 2,00
8,60 77 634 0,75 0,08 66,4 189 5,49 3,09 2,91
8,57 118 554 1,16 0,13 58,0 186 7,41 2,71 3,97
8,60 147 531 1,44 0,16 55,6 189 8,80 2,59 4,67
8,60 173 440 1,70 0,19 46,1 189 8,62 2,14 4,57
8,43 200 387 1,96 0,22 40,5 178 8,74 1,92 4,92
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
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 Daya dan Torsi Untuk Kincir Angin Sudu
Polos
Data dari Tabel 4.4 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya
dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan
torsi. Pada Gambar 4.1 menunjukan bahwa nilai daya kincir (Pout) puncak yang
dihasilkan kincir angin dengan sudu tanpa lapisan/polos adalah 15,9 watt pada torsi
sebesar 0,32 N.m.
Gambar 4.1 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin
sudu polos
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
Da
ya
, P
ou
t (W
att
)
Torsi, T (Nm)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
4.4.2 Grafik Hubungan Antara Daya dan Torsi Untuk Kincir Angin Sudu
Lapis Seng
Data dari Tabel 4.5 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya
dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan
torsi. Pada Gambar 4.2 menunjukan bahwa nilai daya kincir (Pout) puncak yang
dihasilkan kincir angin dengan sudu lapis seng adalah 15,4 watt pada torsi sebesar
0,28 N.m.
Gambar 4.2 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin
sudu lapis seng
4.4.3 Grafik Hubungan Antara Daya dan Torsi Untuk Kincir Angin Sudu
Lapis Anyaman Bambu
Data dari Tabel 4.6 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya
dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan
torsi. Pada Gambar 4.3 menunjukan bahwa nilai daya kincir (Pout) puncak yang
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
Da
ya
, P
ou
t (W
att
)
Torsi, T (Nm)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
dihasilkan kincir angin dengan sudu lapis anyaman bambu adalah 8,8 watt pada
torsi sebesar 0,16 N.m.
Gambar 4.3 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin
sudu lapis anyaman bambu
4.4.4 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Putaran Untuk Kincir Angin Sudu
Polos
Data dari Tabel 4.4 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya
dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara torsi dan putaran (rpm).
Pada Gambar 4.4 menunjukan bahwa nilai torsi yang dihasilkan kincir angin
dengan sudu tanpa lapisan/polos adalah 0.32 N.m dan terjadi pada putaran sebesar
468 rpm.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
Da
ya
, P
ou
t (W
att
)
Torsi, T (Nm)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
Gambar 4.4 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin
sudu polos
4.4.5 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Putaran Untuk Kincir Angin Sudu
Lapis Seng
Data dari Tabel 4.5 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya
dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara torsi dan putaran (rpm).
Pada Gambar 4.5 menunjukan bahwa nilai torsi yang dihasilkan kincir angin
dengan sudu lapis seng adalah 0.28 N.m dan terjadi pada putaran sebesar 524 rpm.
Gambar 4.5 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin
sudu lapis seng
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35
Pu
tara
n, n
(rp
m)
Torsi, T (Nm)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30
Pu
tara
n, n
(rp
m)
Torsi, T (Nm)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
4.4.6 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Putaran Untuk Kincir Angin Sudu
Lapis Anyaman Bambu
Data dari Tabel 4.6 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya
dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara torsi dan putaran (rpm).
Pada Gambar 4.6 menunjukan bahwa nilai torsi yang dihasilkan kincir angin
dengan sudu lapis anyaman bambu adalah 0.22 N.m dan terjadi pada putaran
sebesar 387 rpm.
Gambar 4.6 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin
sudu lapis anyaman bambu
4.4.7 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya Maksimal dan tip speed ratio
Untuk Kincir Angin Sudu Polos
Pada Gambar 4.7 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya
maksimal dan tsr optimal untuk kincir angin variasi sudu polos diperoleh
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25
Pu
tara
n, n
(rp
m)
Torsi, T (Nm)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
43
persamaan y = -3,1406x2 + 14,782x - 10,028 untuk menentukan nilai koefisien
daya maksimal dan tsr optimal. Nilai tsr optimal dapat dihitung dari persamaan
sebagai berikut :
y = -3,1406x2 + 14,782x - 10,028
0 = 2(-3,1406)x + 14,782
0 = -6,2812x + 14,782
6, 2812x = 14,782
x =
x = 2,35
Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan nilai x = tip speed ratio
optimal, yakni sebesar 2,35
Nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai x yang dimasukan ke dalam
persamaan sebagai berikut :
y = -3,1406x2 + 14,782x - 10,028
y = -3,1406(2,35)2 + 14,782(2,35) - 10,028
y = 7,37
Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan nilai y = koefisien daya
maksimal (Cpmax), yakni sebesar 7,37%
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
44
Gambar 4.7 Grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr untuk
kincir angin sudu polos
4.4.8 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya Maksimal dan tip speed ratio
Untuk Kincir Angin Sudu Lapis Seng
Pada Gambar 4.8 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya
maksimal dan tsr optimal untuk kincir angin variasi sudu lapis seng diperoleh
persamaan y = -3,7479x2 + 19,162x - 16,979 untuk menentukan nilai koefisien
daya maksimal dan tsr optimal. Nilai tsr optimal dapat dihitung dari persamaan
sebagai berikut :
y = -3,7479x2 + 19,162x - 16,979
0 = 2(-3,7479)x + 19,162
0 = -7,4958x + 19,162
7,4958x = 19,162
y = -3,1406x2 + 14,782x - 10,028 0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 1 2 3 4 5
Ko
efis
ien
da
ya
, C
p (
%)
tip speed ratio (tsr)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
45
x =
x = 2,57
Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan nilai x = tip speed ratio
optimal, yakni sebesar 2,57
Nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai x yang dimasukan ke dalam
persamaan sebagai berikut :
y = -3,7479x2 + 19,162x - 16,979
y = -3,7479 (2,57)2 + 19,162 (2,57) - 16,979
y = 7,51
Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan nilai y = koefisien daya
maksimal (Cpmax), yakni sebesar 7,51%
Gambar 4.8 Grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr untuk
kincir angin sudu lapis seng
y = -3,7479x2 + 19,162x - 16,979 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 1 2 3 4 5
ko
efis
ien
da
ya
, C
p (
%)
tip speed ratio (tsr)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
46
4.4.9 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya Maksimal dan tip speed ratio
Untuk Kincir Angin Sudu Lapis Anyaman Bambu
Pada Gambar 4.9 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya
maksimal dan tsr optimal untuk kincir angin variasi sudu lapis anyaman bambu
diperoleh persamaan y = -1,7194x2 + 6,9539x – 2,1897 untuk menentukan nilai
koefisien daya maksimal dan tsr optimal. Nilai tsr optimal dapat dihitung dari
persamaan sebagai berikut :
y = -1,7194x2 + 6,9539x – 2,1897
0 = 2(-1,7194)x + 6,9539
0 = -3,4388x + 6,9539
3,4388x = 6,9539
x =
x = 2,02
Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan nilai x = tip speed ratio
optimal, yakni sebesar 2,02
Nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai x yang dimasukan ke dalam
persamaan sebagai berikut :
y = -1,7194x2 + 6,9539x – 2,1897
y = -1,7194 (2,02)2 + 6,9539 (2,02) - 2,1897
y = 4,84
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
47
Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan nilai y = koefisien daya
maksimal (Cpmax), yakni sebesar 4,84%
Gambar 4.9 Grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr untuk
kincir angin sudu lapis anyaman bambu
4.5 Grafik Perbandingan Tiga Variasi Perlakuan Sudu Permukaan
Berikut ini adalah grafik perbandingan dari ketiga variasi perlakuan lapisan
sudu permukaan yakni, grafik perbandingan koefisien daya maksimal (Cpmax)
dengan tip speed ratio (tsr).
4.5.1 Grafik Perbandingan Koefisien Daya Maksimal dengan tip speed ratio
Data yang sudah diperoleh dapat dibandingkan antar ketiga variasi yang
diteliti. Perbandingan koefisien daya maksimal (Cpmax) dapat ditunjukan pada
Gambar 4.10. Dilihat dari Gambar 4.10 dapat diketahui bahwa kincir angin dengan
0
1
2
3
4
5
6
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
Ko
efis
ien
da
ya
(C
p)
tip speed ratio (tsr)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
48
sudu dengan lapis seng memiliki koefisien daya maksimal (Cpmax) lebih besar dari
pada kedua variasi permukaan sudu yang lainnya. Hal ini disebabkan karena kincir
angin dengan sudu pada bagian belakang berlapis seng memiliki permukaan yang
halus, sehingga tidak terjadi turbulensi yang dapat mengganggu putaran (rpm)
kincir angin.
Gambar 4.10 Grafik perbandingan koefisien daya dan tsr untuk tiga
variasi pelapisan permukaan sudu
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 1 2 3 4 5
Koef
isie
n d
aya,
Cp (
%)
tip speed ratio (tsr)
tanpa lapisan
lapis seng
lapis anyaman bambu
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
49
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari penelitian kincir angin propeler tiga sudu lengkung silindris dari
bahan dasar triplek dengan tiga variasi perlakuan pelapisan permukaan sudu yang
sudah dilakukan, maka dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Telah berhasil dibuat kincir angin propeler tiga sudu dari bahan dasar
kayu dengan tiga variasi perlakuan pelapisan permukaan sudu. Variasi
yang dilakukan yakni kincir angin dengan sudu tanpa lapisan/polos,
kincir angin dengan kayu lapis seng di permukaan belakang sudu, dan
yang terakhir kincir angin dengan kayu lapis ayaman bambu di bagian
permukaan depan dan lapis seng di bagian belakang permukaan sudu,
dengan panjang diameter kincir angin 80 cm.
2. Kincir angin propeler dengan sudu tanpa lapisan/polos dapat
menghasilkan daya kincir (Pout) maksimal sebesar 15,87 watt pada torsi
optimal yang dihasilkan kincir angin tersebut sebesar 0,32 N.m. Kincir
angin propeler dengan sudu lapis seng dapat menghasilkan daya kincir
(Pout) maksimal sebesar 15,38 watt dan torsi optimal yang dihasilkan
kincir angin tersebut sebesar 0,28 N.m. Kincir angin propeler dengan
sudu lapis anyaman bambu dapat menghasilkan daya kincir (Pout)
maksimal sekitar 8,8 watt dan torsi optimal yang dihasilkan kincir angin
tersebut sebesar 0,16 N.m.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
50
3. Kincir angin propeler dengan sudu tanpa lapisan/polos dapat
menghasilkan koefisien daya maksimal (Cpmax) sebesar7,37% pada tip
speed ratio 2,35. Kincir angin propeler dengan sudu lapis seng dapat
menghasilkan koefisien daya maksimal (Cpmax) sebesar 7,51% pada tip
speed ratio 2,57. Kincir angin propeler dengan sudu lapis anyaman
bambu dapat menghasilkan koefisien daya maksimal (Cpmax) sebesar
4,84% pada tip speed ratio 2,02.
4. Setelah mendapatkan hasil perhitungan dari data pada ketiga variasi
pelapisan sudu kincir angin propeler, dinyatakan bahwa, nilai paling
tinggi untuk koefisien daya maksimal (Cpmax) yakni 7,51% dan tip speed
ratio (tsr) 2,57 dihasilkan dari kincir angin dengan sudu triplek lapis
seng.
5.2 Saran
Dalam melaksanakan penelitian ini, penulis merasa bersyukur bahwa ilmu
yang diperoleh pada saat mengikuti perkuliahan selama ini dapat membekali
penulis dalam melaksanakan pembuatan kincir angin propeler tiga sudu lengkung
silindris dari bahan triplek, triplek lapis seng, dan triplek lapis anyaman bambu.
Maka dari itu untuk meningkatkan kualitas serta mutu dari penelitian – penelitian
selanjutnya perkenankanlah penulis untuk memberikan saran yang kiranya
berguna bagi pembaca:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
51
1. Persiapkan dengan matang untuk peralatan yang paling menunjang dari
penelitian kincir angin ini yakni wind tunnel, agar kecepatan angin yang
dihasilkan untuk memutar kincir angin menjadi lebih stabil.
2. Dalam pembuatan kincir angin diperlukan ketelitian yang lebih, agar
memperoleh hasil bentuk yang tepat dan sesuai dengan desain kincir
angin yang sudah dibuat sebelumnya.
3. Lebih banyak melakukan variasi pelapisan sudu dan variasi bentuk sudu
agar lebih detail untuk mendapatkan hasil yang baik, sehingga
didapatkan model kincir angin yang cocok untuk dikembangkan yang
sesuai dengan kondisi alam di Indonesia.
4. Usahakan poros penguhubung antara kincir angin dengan wind tunnel
dalam kondisi siap pakai atau tidak melengkung, agar putaran kincir
angin lebih seimbang atau tidak goyah.
5. Gunakan alat – alat pengukur yang kondisinya baik, agar memperoleh
data yang akurat dari hasil penelitian yang dilakukan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
52
DAFTAR PUSTAKA
Culp, Archie W., 1985, “Prinsip-Prinsip Konversi Energi.”, Terjemahan oleh
Darwin Sitompul, Erlangga, Bandung.
Daryanto,Y., 2007, “Kajian Potensi Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga
Bayu”, Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, 2005. Pengelolaan
Energi Nasional.
Ginting, Soeripno, J., 1993, “Pemasangan dan Uji Coba Pemanfaatan Kincir
Angin Poros Horisontal.”, Lembaga Fisika Nasional LIPI, Bandung.
Johnson, G.L., 2006,“Wind Energy System”, Manhattan. Diakses : Tanggal 1
April 2015.
Rines, 2012,“Bahan Ajar Rekayasa Energi Angin.”, Universitas Sanata Dharma,
Yogyakarta.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI