PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJInaskah ini menjadi cambuk bagi penulis untuk terus belajar, maka segala bentuk kritik dan saran yang membangun akan penulis terima. Penulis

i

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN TIPE PROPELER DUA SUDU

DARI BAHAN PIPA PVC 6 IN

HALAMAN JUDUL

TUGAS AKHIR

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Jurusan Teknik Mesin

Diajukan oleh :

LEONARDO BAYU ADI PRASETYA

NIM : 115214022

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2013

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

TWO BLADES PROPELLER OF 6 INCH PVC PIPE WIND

TURBINE PERFORMANCE

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

to obtain the bachelor degree

TITLE PAGE

Mechanical Engineering Study Program

Mechanical Engineering Department

by


Student Number: 115214022

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2013


iii



Disusun Oleh:


NIM : 115214022

Telah Disetujui Oleh:

Dosen Pembimbing:

Ir. Rines, MT

HALAMAN PENGESAHAN


iv



Yang dipersiapkan dan disusun oleh:

NAMA : LEONARDO BAYU ADI PRASETYA

N.I.M : 115214022

Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji

pada tanggal 15 Januari 2013

Susunan Dewan Penguji

Nama Lengkap Tanda tangan

Ketua : Ir. PK. Purwadi, MT ....................

Sekretaris : A. Prasetyadi, S. Si., M. Si. ....................

Anggota : Ir. Rines, MT ....................

Tugas Akhir ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan

untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Yogyakarta, 15 Januari 2013

Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta

Dekan

DAFTAR DEWAN PENGUJI

Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc.


v

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam Tugas

Akhir dengan judul:


DARI BAHAN PIPA 6 PVC IN

Yang dibuat untuk melengkapi persyaratan yang wajib ditempuh untuk

menjadi Sarjana Teknik pada Program Strata-1, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas

Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Sejauh yang saya

ketahui bukan merupakan tiruan dari tugas akhir yang sudah dipublikasikan di

Universitas Sanata Dharma maupun di Perguruan Tinggi manapun. Kecuali

bagian informasinya dicantumkan dalam daftar pustaka.

Dibuat di : Yogyakarta

Pada tanggal : 15 Januari 2013

Penulis

Leonardo Bayu Adi Prasetya


vi

INTISARI

Pengembangan energi angin dengan cara yang cepat dan ringkas sangat

diperlukan untuk percepatan dalam memenuhi kebutuhan energi di wilayah

tertinggal serta untuk mengantisipasi krisis energi sebagai akibat dari

berkurangnya sumber energi fosil. Penelitian pada kincir angin tipe propeler

dengan bahan sudu pipa PVC berdiameter 6 inch bertujuan untuk mengetahui

unjuk kerja kincir pada kemiringan sudu 0°, 10°, dan 20° terhadap arah putar serta

pengaruh pemasangan moncong pengarah angin.

Kincir berdiameter 800 mm diuji dalam lorong angin di Laboratorium

Konversi Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Variasi unjuk kerja

kincir angin pada posisi kemiringan sudu 0°, 10°, dan 20° dilakukan dengan dan

tanpa pemasangan moncong. Pengambilan data meliputi kecepatan angin,

kecepatan putar kincir dan gaya pengereman.

Kincir angin dengan kemiringan sudu 20° menghasilkan daya maksimal

sebesar 19,1 watt pada kecepatan angin 7,3 m/s, koesfisien daya (Cp) maksimal

yang dihasilkan sebesar 14,1% pada tip speed ratio (tsr) 1,75, pemasangan

moncong menambah Cp maksimal sebesar 2,5%. Pada kemiringan sudu 10°,

kincir angin menghasilkan daya maksimal sebesar 30,35 watt pada kecepatan

angin 7,1 m/s, Cp maksimal yang dihasilkan sebesar 24% pada tsr 3,4,

pemasangan moncong menambah Cp maksimal sebesar 2,1%. Pada kemiringan

sudu 0°, kincir angin menghasilkan daya maksimal sebesar 29,58 watt pada

kecepatan angin 7,01 m/s, Cp maksimal yang dihasilkan sebesar 26% pada tsr

4,25, pemasangan moncong menambah Cp maksimal sebesar 4,6%. Unjuk kerja

terbaik dihasilkan oleh kincir angin dengan kemiringan sudu 0°.

Kata Kunci: kincir angin, koefisien daya, tip speed ratio, kemiringan sudu,

moncong.


vii

ABSTRACT

Research to produce simple and reliable wind turbine is compulsory effort

to fullfill the demand of energy, especially for remote area. This research using 6

inch PVC pipe of wind turbine blades to know wind turbine performance on blade

position 0°, 10°, and 20° to the direction of blade rotary and also performance

when the winds directional spout when installed or not.

Wind turbine with 800 mm in swap diameter being tested on Laboratorium

Konversi Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Wind turbine

performance test on variation of blade position 0°, 10°, and 20° to the direction of

blade rotary were done with installation and unistallation wind directioanl spout.

Data were taken on this performance test include wind speed, rotation, and brake

load.

The result of 20° blade position shown that wind turbine maximum power is

19.1 watt at 7.3 m/s of wind velocity, maximum power coefficient (Cp) is 14.1%

at 1.75 of tip speed ratio (tsr), wind directional spout increased 2.5% of tsr. The

result of 10° blade position shown that wind turbine maximum power is 30.35

watt at 7.1 m/s of wind velocity, maximum power coefficient (Cp) is 24% at 3.4

of tip speed ratio (tsr), wind directional spout increased 2.1% of tsr. The result of

0° blade position shown that wind turbine maximum power is 29.6 watt at 7.01

m/s of wind velocity, maximum power coefficient (Cp) is 26% at 4.25 of tip speed

ratio (tsr) wind directional spout increased 4.6% of tsr. The best result of wind

turbine performance test is wind turbine with 0° blade position.

Key Words: wind turbine, power coefficient, tip speed ratio, blade positon, wind

directional spout.


viii

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:

Nama : Leonardo Bayu Adi Prasetya

Nomor mahasiswa : 115214022

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma Karya Ilmiah saya yang berjudul:

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN TIPE PROPELER DUA SUDU DARI

BAHAN PIPA 6 PVC IN

Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikiansaya memberikan

kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan,

mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelola dalam bentuk pangkalan data,

mendistribusi secara terbatas, dan mempublikasikan di Internet untuk kepentingan

akademis tanpa perlu ijin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya

sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan seksama.

Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal 15 Januari 2013

Yang menyatakan


ix

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas semua kebaikan

yang telah dilimpahkan-Nya dalam keadaan apapun sehingga penulis mampu

menyelesaikan studi dengan hasil yang memuaskan dan menyusun Tugas Akhir

dengan judul UNJUK KERJA KINCIR ANGIN TIPE PROPELER DUA

SUDU DARI BAHAN PIPA 6 PVC IN

Tugas akhir ini dibuat guna menyelesaikan studi dan mendapatkan gelar

sarjana pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas

Sanata Dharma.

Penyusunan Tugas Akhir ini tentunya sangat berat, namun dengan bantuan,

bimbingan, dan masukan yang baik dari berbagai pihak, penulis mampu

menyelesaikan Tugas Akhir dengan hasil yang baik. Dengan segala kerendahan

hati, penulis menyampaikan rasa terimakasih 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 Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. Bapak Ir. Rines, MT, sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

4. Bapak Budi Setyahandana, S.T., M.T., selaku Dosen pembimbing

akademik.

5. Seluruh Dosen, Staf Karyawan, dan Laboran Universitas Sanata Dharma

yang telah bekerja keras melayani semua hal demi kelancaran pendidikan.

6. Keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah

mendukung penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

7. Para Volunteer di Kampung Sosial Pingit, rekan-rekan Vitalis ATMI

Surakarta yang telah mewarnai kehidupan penulis selama menyelesaikan

studi S-1.

8. Hermansyah dan Wahyu Catur Pamungkas rekan seperjuangan penulis

untuk membuat alat penelitian dalam penyusunan Tugas Akhir.


x

9. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan semua pihak

lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu.

Semoga dengan naskah tugas akhir yang telah disusun ini dapat memberi

banyak manfaat bagi penerapan teknologi tepat guna untuk masa depan yang lebih

baik serta menjadi sumber inspirasi bagi mahasiswa maupun pembaca lainya

untuk menciptakan inovasi dalam karya teknologi. Ketidaksempurnaan penulisan

naskah ini menjadi cambuk bagi penulis untuk terus belajar, maka segala bentuk

kritik dan saran yang membangun akan penulis terima. Penulis mohon maaf jika

terdapat kesalahan dan informasi yang kurang dalam naskah ini.

Yogyakarta, 15 Januari 2013

Penulis


xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i

TITLE PAGE .......................................................................................................... ii

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iii

DAFTAR DEWAN PENGUJI ............................................................................... iv

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ..................................................... v

INTISARI ............................................................................................................... vi

ABSTRACT .......................................................................................................... vii

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ........................................................ viii

KATA PENGANTAR ........................................................................................... ix

DAFTAR ISI .......................................................................................................... xi

ISTILAH PENTING ............................................................................................. xv

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xvi

DAFTAR TABEL ................................................................................................. xx

DAFTAR TABEL ................................................................................................. xx

BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ........................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah .................................................................................... 2

1.3 Batasan Masalah ....................................................................................... 3

1.4 Manfaat Penelitian .................................................................................... 3

1.5 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 4

BAB II DASAR TEORI ......................................................................................... 5


xii

2.1 Konsep Dasar Terbentuknya Angin ......................................................... 5

2.2 Kincir Angin ............................................................................................. 6

2.2.1 Kincir Angin Poros Vertikal ..................................................................... 7

2.2.2 Kincir Angin Poros Horisontal ................................................................. 8

2.3 Rumus Perhitungan ................................................................................ 10

2.3.1 Energi Angin ........................................................................................... 10

2.3.2 Torsi Kincir ............................................................................................. 12

2.3.3 Kecepatan Sudut Kincir .......................................................................... 13

2.3.4 Daya yang Dihasilkan Kincir Angin ....................................................... 13

2.3.5 Tip Speed Ratio ....................................................................................... 14

2.3.6 Koefisien Daya Kincir ............................................................................ 14

3.1 Skema Kerja Penelitian .......................................................................... 17

3.2 Obyek Penelitian .................................................................................... 18

3.3 Waktu dan Tempat Penelitian ................................................................ 18

3.4 Alat dan Bahan ....................................................................................... 18

3.5 Variabel Penelitian ................................................................................. 25

3.6 Parameter Penelitian yang Dihitung ....................................................... 26

3.7 Langkah Pengambilan Data .................................................................... 26

3.8 Langkah Pengolahan Data ...................................................................... 27

BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA ........................................................ 29

4.1 Hasil Pengambilan Data. ........................................................................ 29

4.1.1 Data Penelitian Kincir Angin Dengan Kemiringan Sudu 20° Terhadap

Arah Putar Kincir. ................................................................................... 29


xiii





4.2 Proses Pengolahan Data Hasil Pengujian. .............................................. 38

4.2.1 Perhitungan Daya yang Tersedia Dalam Angin (P in) ............................ 38

4.2.2 Perhitungan Daya Kincir (P out) .............................................................. 38

4.2.1 Perhitungan Tip Speed Ratio ................................................................... 39

4.2.1 Koefisien Daya Kincir (Cp) .................................................................... 40

4.3 Hasil Pengolahan Data Pengujian. ......................................................... 40

4.3.1 Tabel Hasil Perhitungan Pada Variasi Kemiringan Sudu 20° Dengan

Pemakaian Moncong ............................................................................... 40

4.3.2 Tabel Hasil Perhitungan Pada Variasi Kemiringan Sudu 20° Tanpa





Pemakaian Moncong. .............................................................................. 47





4.4 Grafik Hasil Pengolahan Data Pengujian. .............................................. 53


xiv

4.4.1 Variasi Sudut Sudu 20° Terhadap Arah Putar Kincir ............................. 53

4.4.2 Variasi Sudut Sudu 10° Terhadap Arah Putar Kincir ............................. 57

4.4.3 Variasi Sudut Sudu 0° Terhadap Arah Putar Kincir ............................... 61

4.4.4 Analisa Grafik Pada Setiap Variasi Kincir Angin .................................. 65

BAB V KESIMPULAN ........................................................................................ 69

5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 69

5.2 Saran ....................................................................................................... 70

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 71

LAMPIRAN .......................................................................................................... 72


xv

ISTILAH PENTING

Simbol Keterangan

v Kecepatan angin (m/s)

n Kecepatan putar kincir (rpm)

F Gaya pengimbang (N)

A Luas penampang (m2)

T Torsi (N.m)

ω Kecepatan sudut (rad/sec)

P in Daya yang tersedia oleh angin (watt)

P out Daya yang dihasilkan kincir (watt)

tsr Tip speed ratio

Cp Koefisien daya (%)

r Jarak lengan torsi (m)

d Diameter kincir (m)

R Jari-jari kincir (m)


xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1. Peta Potensi Angin Indonesia ............................................................. 6

Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Vertikal: (a) Kincir Angin Savonius, (b)

Kincir Angin Daerius, (c) Kincir Angin Mag ..................................... 8

Gambar 2. 3 Kincir Angin Poros Horisontal: (a) Kincir Angin Propeler, (b)

American Wind Mill, (c) Cretan Wind Mill, (d) Dutch Four Arm

Wind Mill. ........................................................................................... 9

Gambar 2. 4. Ilustrasi Energi Angin ...................................................................... 11

Gambar 2. 5. Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) Dengan Tip Speed Ratio

(tsr) Dari Beberapa jenis Kincir. ....................................................... 15

Gambar 3. 1. Skema Kerja Penelitian .................................................................... 17

Gambar 3. 2. Posisi Sudu Kincir: (a) posisi 0°, (b) posisi 10°, (c) posisi 20 °. ..... 18

Gambar 3.3. Desain Kincir Angin Tipe Propeler Dua Sudu .................................. 19

Gambar 3.4. Bagian-Bagian Pemegang Sudu Kincir ............................................. 20

Gambar 3.5. Komponen Kincir Angin: (a) Sudu Kincir, (b) Sistem

Pengereman, (c) Moncong. ............................................................... 21

Gambar 3. 6. Peralatan Penunjang Pengambilan Data: (a) Terowongan

Angin, (b) Blower, (c) Anemometer, (d) Tachometer, (e)

Neraca Pegas. .................................................................................... 23

Gambar 4. 1 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir dengan

kecepatan putar kincir (n) pada variasi kemiringan sudu 20°

terhadap arah putar kincir dengan pemakaian moncong. ................. 54


xvii



terhadap arah putar kincir tanpa pemakaian moncong. .................... 54


daya yang dihasilkan kincir (Pout) pada variasi kemiringan

sudu 20° terhadap arah putar kincir dengan pemakaian

moncong. ........................................................................................... 55



sudu 20° terhadap arah putar kincir tanpa pemakaian moncong. ..... 55

Gambar 4. 5 Grafik perbandingan koefisien daya kincir dengan tip speed

ratio pada variasi sudut kemiringan sudu 20° terhadap arah

putar kincir. ....................................................................................... 57



terhadap arah putar kincir dengan pemakain moncong. ................... 58



terhadap arah putar kincir tanpa pemakain moncong. ...................... 58



sudu 10° terhadap arah putar kincir dengan pemakaian

moncong. ........................................................................................... 59


xviii



sudu 10° terhadap arah putar kincir tanpa pemakaian moncong. ..... 59



putar kincir. ....................................................................................... 61

Gambar 4. 11 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir

dengan kecepatan putar kincir (n) pada variasi kemiringan

sudu 0° terhadap arah putar kincir dengan pemasangan

moncong. ........................................................................................... 62


dengan kecepatan putar kincir (n) pada variasi kemiringan

sudu 0° terhadap arah putar kincir tanpa pemasangan

moncong. ........................................................................................... 62


dengan daya yang dihasilkan kincir (Pout) pada variasi

kemiringan sudu 0° terhadap arah putar kincir dengan

pemasangan moncong. ...................................................................... 63


dengan daya yang dihasilkan kincir (Pout) pada variasi

kemiringan sudu 0° terhadap arah putar kincir tanpa

pemasangan moncong. ...................................................................... 63


xix



putar kincir. ....................................................................................... 65

Gambar 4.16 Grafik hubungan torsi dan kecepatan putar masing-masing

variasi kincir pada kecepatan angin maksimal (7,09 m/s). ............... 66

Gambar 4. 17 Grafik hubungan torsi dan daya kincir masing-masing variasi

kincir pada kecepatan angin maksimal (7,09 m/s). ........................... 67

Gambar 4. 18 Grafik perbandingan koefisien daya kincir pada setiap variasi

kemiringan sudu. ............................................................................... 67


xx

DAFTAR TABEL

Tabel 4. 1 Hasil pengambilan data posisi kemiringan sudu 20° terhadap arah

putar kincir dengan moncong .............................................................. 30


putar kincir tanpa moncong ................................................................. 31


putar kincir dengan moncong. ............................................................. 32


putar kincir tanpa moncong. ................................................................ 34


putar kincir dengan moncong. ............................................................. 36


putar kincir tanpa moncong. ................................................................ 37

Tabel 4. 7 Hasil perhitungan untuk kecepatan angin 7,28 m/s pada variasi

kemiringan sudut sudu 20° dengan pemasangan moncong. ................ 40










xxi


kemiringan sudut sudu 20° tanpa pemasangan moncong. .................. 43






















xxii










kemiringan sudut sudu 0° dengan pemasangan moncong. .................. 49










kemiringan sudut sudu 0° tanpa pemasangan moncong. .................... 51




xxiii








xxiv


1

BAB I

PENDAHULUAN BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Potensi sumber energi terbarukan di Indonesia sangat beraneka ragam

disamping energi fosil, mulai dari angin, matahari, panas bumi dan tenaga air.

Ironisnya pemanfaatan sumber energi terbaruakan belum optimal dan sebagian

besar kebutuhan energi masih diperoleh melalui minyak bumi dan batu bara.

Pertumbuhan ekonomi, bertambahnya jumlah penduduk dengan bermacam

kebutuhan akan meningkatkan kebutuhan energi listrik. Sementara itu

ketersediaan minyak bumi dan batu bara sebagai sumber energi utama semakin

menipis. Meningkatnya kebutuhan energi listrik ini disebabkan karena semakin

banyaknya permintaan peralatan elektronik. Selain itu sebagai solusi atas

pengurangan gas rumah kaca akan dikembangkan kendaraan tenaga listrik yang

akan memerlukan daya listrik yang besar. Jika sumber energi listrik masih berasal

dari minyak bumi dan batu bara maka tujuan dari adanya kendaraan bertenaga

listrik tidak akan tercapai. Masalah yang lain adalah pembangunan di Indonesia

belum merata, dilihat dari banyaknya daerah terpencil dan tertinggal yang belum

mendapatkan aliran listrik sementara di kota besar dikhawatirkan akan mengalami

krisis energi. Kondisi geografis dan medan yang sulit juga mempengaruhi cepat

lambatnya pembangunan di pelosok. Maka diperlukan optimalisasi pemanfaatan

sumber energi alternatif yang terbarukan dengan kriteria kemudahan instalasi,

perawatan dan biaya yang kecil untuk mempercepat pembangunan.


2

Salah satu keanekaragaman sumber energi terbarukan di indonesia adalah

pemanfaatan tenaga angin. Pemanfaatan tenaga angin yang paling populer adalah

dengan menggunakan kincir angin. Kincir angin merupakan alat pengonversi

energi angin menjadi energi listrik maupun mekanik sehingga bisa menjadi salah

satu solusi untuk menggantikan energi fosil. Kemudahan instalasi, perawatan, dan

biaya yang murah sangat tergantung dari desain kincir itu sendiri. Maka kincir

angin harus memiliki desain yang sederhana serta menjalani uji kerja dan

penelitian sebelum proses produksi untuk menekan biaya pengerjaan.

Desain kincir angin yang akan diteliti adalah kincir angin poros horisontal

dua sudu dengan jenis propeller wind mill. Sudu dari kincir angin ini dibuat dari

pipa PVC 6 inch dengan bentuk yang bervariasi. Kincir dengan dua sudu ini akan

mudah dibuat, sederhana dalam pengepakan,dan mudah dalam instalasinya.

Sehingga proses pengembangan energi listrik dipelosok bisa dipercepat dan

kebutuhan energi di kota-kota besar Indonesia terjamin dari krisis energi sebagai

alternatif dari eksploitasi sumber energi tak terbarukan.

1.2 Rumusan Masalah

Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah:

1. Banyak daerah terpencil di Indonesia yang belum dialiri listrik,

sementara di kota-kota besar kebutuhan energi meningkat.

2. Pemanfaatan energi angin yang murah dan mudah dalam aplikasinya.

3. Untuk mendapatkan efisiensi maksimal diperlukan kincir angin sebagai

alat konversi energi angin menjadi energi mekanis atau listrik.


3

4. Tuntutan perkembangan teknologi energi masa depan yang memenuhi

prasyarat ramah lingkungan.

5. Mendapatkan rancangan kincir angin yang memenuhi aspek

kesederhanaan, mudah dalam pemasangan, dan mudah dalam perawatan.

1.3 Batasan Masalah

Batasan masalah yang diperlukan untuk memfokuskan dalam pembahasan

penelitian ini adalah:

1. Penelitian dibatasi pada perhitungan daya, dan koefisien daya kincir yang

dihasilkan dari variasi ukuran sudu, pemasangan moncong, kecepatan

angin, dan besar sudut posisi sudu terhadap arah datangnya angin.

2. Penelitian kincir angin poros horisontal dua sudu terbuat dari potongan

pipa 6” dengan diameter sapuan 800 mm.

3. Besar sudut sudu kincir yang divariasikan terhadap arah putar kincir

yaitu 0°, 10°, dan 20°.

4. Kerapatan udara (ρ) yang menjadi acuan yakni sebesar 1,18 kg/m3

5. Penelitian dilakukan pada terowongan angin di Laboratorium Konversi

Energi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan melalui hasil penelitian ini adalah:

1. Sebagai sumber informasi tentang unjuk kerja kincir angin dua sudu yang

terbuat dari potongan pipa.

2. Memberi solusi lain dalam pengembangan rekayasa pemanfaatan energi

angin.


4

3. Memberi manfaat bagi percepatan pengembangan teknologi energi

terbarukan.

4. Mendorong munculnya industri pemroduksi alat-alat pengonversi energi.

5. Menjadi sumber refrensi bagi masyarakat di daerah yang mempunyai

potensi energi angin untuk memberdayakan energi alternatif.

1.5 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah :

1. Membuat kincir angin poros horisontal tipe propeller dua sudu dari pipa

6 in dengan diameter sapuan 800 mm.

2. Memperoleh data karakteristik kincir angin menurut hubungan koefisien

daya kincir (Cp) dengan tip speed ratio (tsr).

3. Mengetahui besarnya daya maksimal yang dihasilkan kincir, koefisien

daya dan pengaruh pemasangan moncong pada kincir dengan kemiringan

sudu 0°.



sudu 10°.



sudu 20°.

6. Mencari unjuk kerja terbaik kincir angin berdasarkan variasi kemiringan

sudu terhadap arah putar kincir.


5

BAB II

DASAR TEORI

BAB II DASAR TEORI

2.1 Konsep Dasar Terbentuknya Angin

Energi angin semula berawal dari matahari dan Bumi yang berputar

menerima panas dari matahari secara bergantian. Ketika matahari memanaskan

sebagian luasan daerah di permukaan bumi, udara yang berada di daerah itu

menyerap panas yang dilepaskan pada daerah tersebut. Udara yang dipanaskan ini

akan memuai sehingga berpengaruh terhadap penurunan massa jenis. Udara yang

lebih panas ini akan lebih ringan daripada udara dingin di sekitarnya karena

penurunan massa jenis, akibatnya udara panas ini bergerak naik. Hal ini dapat

dibuktikan melalui pengamatan balon udara yang bergerak naik karena berisi

udara yang lebih panas. Jika udara panas ini bergerak naik, maka tekanan udara

turun karena udara pada tempat itu berkurang. Udara yang lebih dingin di

sekitarnya akan mengalir ke tempat yang bertekanan lebih rendah tadi. Naiknya

udara ini akan menjaga tekanan udara di daerah tersebut tetap normal sesuai

kondisi semula. Ketika udara yang lebih panas ini bergerak naik secara tiba-tiba,

udara yang lebih dingin mengalir cepat untuk mengisi celah yang ditinggalkan

oleh udara yang bergerak naik tersebut. Udara yang bergerak menuju celah

dengan kecepatan tertentu inilah yang disebut dengan angin. (Sumber:

http://express.howstuffworks.com/exp-wind-power.htm, tanggal 27 Juli 2012).

Indonesia memiliki total garis pantai mencapai 81.000 km dengan kecepatan

angin rata-rata 3 sampai 5 m/s, di beberapa tempat bisa mencapai 10 m/s.

Berdasarkan data Kementrian ESDM, total potensi energi angin di Indonesia


6

diperkirakan mencapai 9 GW. Hal ini merupakan potensi besar jika dimanfaatkan

untuk memanen energi untuk ketahanan energi nasional.

Gambar 2. 1. Peta Potensi Angin Indonesia

(Sumber: konversi.wordpress.com, 19 September 2012)

Tantangan pengembangan pembangkit listrik tenaga angin di Indonesia

adalah isu atau masalah klasik tentang kecepatan angin di Indonesia yang lebih

rendah jika dibandingkan negara-negara Eropa Utara dan Amerika. Selain itu,

fluktuasi kecepatan angin tersebut sering membuat turbin tidak bekerja maksimal.

Namun kendala tersebut bisa diatasi dengan teknologi generator dan konverter

daya dimana dengan kecepatan angin rendah sekitar 2,5 m/s alat masih mampu

mengonversi energi angin menjadi energi listrik.

(Sumber: http://www.hijauku.com/2012/04/10/indonesia-pun-bisa-memanen-

angin/, 19 September 2012)

2.2 Kincir Angin

Kincir angin adalah sebuah alat untuk mengonversi energi kinetik yang

berasal dari aliran angin yang biasa disebut tenaga angin menjadi energi mekanik

yang berupa putaran poros. Putaran poros ini kemudian dapat digunakan untuk


http://www.hijauku.com/2012/04/10/indonesia-pun-bisa-memanen-angin/

http://www.hijauku.com/2012/04/10/indonesia-pun-bisa-memanen-angin/

7

berbagai keperluan. Jika energi mekanik ini digunakan sebagai pembangkit listrik

maka alat ini disebut turbin angin atau wind turbine. Sedangkan jika digunakan

untuk menggerakan peralatan yang bersifat mekanik seperti penggilingan granulat

atau proses pemompaan maka alat ini disebut kincir angin atau windmill. Kincir

angin terdahulu banyak ditemukan di Belanda, Denmark, dan negara-negara

Eropa. Pada waktu itu penggunaannya lebih banyak untuk proses memompa air,

menumbuk hasil pertanian dan penggilingan. Kini desain kincir angin semakin

disempurnakan dan lebih banyak digunakan sebagai pembangkit listrik. (Sumber:

http://en.wikipedia.org/wiki/Windmill, tanggal 27 Juli 2012)

Berdasarkan posisi porosnya, jenis kincir angin dibedakan menjadi dua

yaitu kincir angin poros vertikal dan kincir angin poros horisontal.

2.2.1 Kincir Angin Poros Vertikal

Kincir angin poros vertikal mempunyai poros utama yang tegak lurus

terhadap permukaan tanah. Kelebihan yang membedakan dari jenis kincir angin

poros horisontal adalah kincir ini mampu menerima tenaga angin dari segala arah.

Dengan kata lain untuk mendapatkan putaran yang efektif tidak harus memakai

alat pengarah sehingga cocok untuk dipasang pada rumah atau bangunan lainnya.

Dengan rancangan poros yang terpasang vertikal, pemasangan kotak roda gigi

maupun generator menjadi lebih mudah yaitu dengan langsung memasang di

bagian bawah kincir tanpa susunan mekanik yang rumit. Selain itu rancangan ini

juga memungkinkan komponen generator maupun kotak roda gigi dapat

ditempatkan lebih dekat dengan permukaan tanah sehingga tidak memerlukan

konstruksi menara dan mempermudah saat proses perbaikan maupun perawatan.


8

Kerugian dari jenis kincir ini adalah putaran yang dihasilkan kecil sehingga energi

yang diperoleh pun kecil, sehinga efisiensi kincir ini lebih kecil dibanding kincir

dengan poros horisontal. Secara ekonomis, pembuatan kincir ini memerlukan

jumlah material yang banyak. (Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Windmill,

tanggal 27 Juli 2012)

(a) (b) (c)

Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Vertikal: (a) Kincir Angin Savonius, (b) Kincir

Angin Daerius, (c) Kincir Angin Mag

(Sumber: http://www.ecosources.info)

Ada banyak jenis kincir angin jenis poros vertikal yang dikembangkan

dengan berbagai variasi dan kelebihannya. Kincir poros vertikal yang sudah

umum diteliti dan dikembangkan antara lain kincir Savonius, kincir angin Darius,

dan kincir Mag.

2.2.2 Kincir Angin Poros Horisontal

Kincir angin poros horisontal memiliki desain poros utama yang sejajar

dengan permukaan tanah. Poros ini dirancang untuk bisa menyesuaikan arah

angin agar mendapatkan posisi tiupan yang efektif dengan berputar 360° dalam

merubah posisi. Pemasangan kincir ini memerlukan sebuah menara yang tinggi

atau tidak terhalang oleh suatu bangunan guna mendapatkan hembusan angin


http://www.ecosources.info/

9

yang maksimal. Sudu dari kincir ini dibuat sedemikian rupa dengan penambahan

penguat atau stiffener untuk menghindari deformasi atau lengkungan yang

diakibatkan hembusan angin yang kuat.

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 2. 3 Kincir Angin Poros Horisontal: (a) Kincir Angin Propeler, (b)

American Wind Mill, (c) Cretan Wind Mill, (d) Dutch Four Arm

Wind Mill.

(Sumber: http://www.ristek.go.id)

Jenis kincir angin poros horisontal yang sudah banyak dikembangkan antara

lain kincir angin tipe propeller yang biasanya dibuat dengan tiga sudu, American

Wind Mill, kincir Cretan Sail, dan kincir Dutch Arm seperti yang ditunjukan pada

Gambar (2.3 d). Pada perkembangan teknologi pemanfaatan energi angin telah

menghasilkan berbagai macam desain sudu kincir sehingga dapat


http://www.ristek.go.id/

10

mengoptimalkan daya angin yang dikonversi menjadi energi listrik maupun

mekanis.

Dalam skala besar jika dibandingkan kincir angin poros vertikal, kincir jenis

ini lebih banyak digunakan dalam pembangkit tenaga listrik karena mampu

mengonversi tenaga angin dengan kecepatan tinggi. Banyaknya material dalam

pembuatan kincir jenis poros horisontal lebih sedikit dibanding jenis poros

vertikal. Dengan adanya gaya angkat angin, kecepatan putar pada kincir jenis ini

lebih besar dari pada kecepatan angin.

Beberapa kekurangan kincir ini jika dibandingkan jenis poros vertikal yaitu

instalasi yang lebih sulit karena menggunakan menara yang tinggi. Posisi menara

yang tinggi ini juga menyulitkan pada saat proses perbaikan atau maintenance

sehingga memerlukan biaya ekstra. Karena harus menyesuaikan dengan arah

angin maka konstruksi kincir ini lebih rumit, mengingat bahwa komponen

tambahan seperti kotak roda gigi dan generator terpasang di atas menara dan

terhubung dengan poros utama. (Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Windmill,

tanggal 27 Juli 2012)

2.3 Rumus Perhitungan

Data penelitian yang diolah berpedoman pada rumus-rumus perhitungan

untuk menganalisa unjuk kerja dari variasi kincir yang diuji.

2.3.1 Energi Angin

Angin merupakan udara yang bergerak dari tempat yang bertekanan tinggi

ke tempat yang bertekanan rendah. Udara yang bergerak ini mempunyai massa


11

(m) dan kecepatan (v). Hal ini menunjukan bahwa angin merupakan energi kinetik

(Ek).

Gambar 2. 4. Ilustrasi Energi Angin

𝐸𝑘 =1

2∙ 𝑚 ∙ 𝑣2 (1)

keterangan:

𝐸𝑘 : energi kinetik (joule)

𝑚 : massa udara (kg)

v : kecepatan angin (m/s)

A : luas penampang kincir (m2)

B : hasil kali kecepatan angin dan waktu

𝜌 : massa jenis udara (kg/m3), besarnya massa jenis udara = 1,18

kg/m3

Pada skema energi angin (Gambar 2.4) diperlihatkan untuk mencari

besarnya massa udara dengan mengilustrasikan udara yang melewati kincir

menyerupai tabung. Besarnya massa udara diperoleh melalui perhitungan berikut:

B


12

B = v∙ 𝑡

𝑚 = 𝜌 ∙ 𝐴 ∙ 𝐵

𝑚 = 𝜌 ∙ 𝐴 ∙ 𝑣 ∙ 𝑡 (2)

Dalam perhitungan selanjutnya, dari Persamaan (2) dapat ditentukan laju aliran

masa per satuan waktu:

𝑚 = 𝜌 ∙ 𝐴 ∙ 𝑣 (3)

𝑚 : Laju alir massa udara (kg/s)

Dengan mendapatkan laju alir massa per satuan waktu pada Persamaan (3), daya

aliran angin dalam satuan watt dapat ditentukan melalui persamaan berikut:

𝑃𝑖𝑛 =1

2∙ 𝑚 ∙ 𝑣2 (4)

𝑃𝑖𝑛 : Daya yang tersedia pada angin (watt)

Substitusi anatara persamaan (3) dan (4) akan menghasilkan bentuk lain dalam

perhitungan daya yang disediakan oleh angin:

𝑃𝑖𝑛 =1

2∙ (𝜌 ∙ 𝐴 ∙ 𝑣) ∙ 𝑣2

𝑃𝑖𝑛 =1

2∙ 𝜌 ∙ 𝐴 ∙ 𝑣3 (5)

Dengan harga ρ sebesar 1,18 kg/m3, perhitungan daya yang disediakan oleh

angin dapat disederhanakan menjadi:

𝑃𝑖𝑛 = 0,6 ∙ 𝐴 ∙ 𝑣3 (6)

2.3.2 Torsi Kincir

Torsi pada bidang putar kincir yang berlawanan dengan hambatan

menimbulkan gaya tangensial. Gaya tangensial (F) ini memiliki jarak lengan


13

sepanjang (r) terhadap sumbu putar poros, maka persamaannya dapat ditulis

sebagai berikut:

𝑇 = 𝐹 ∙ 𝑟 (7)

T : torsi kincir (Nm)

F : gaya pembebanan (N)

r : panjang lengan torsi (m)

2.3.3 Kecepatan Sudut Kincir

Pada saat pengambilan data di lapangan, besarnya kecepatan sudut kincir

angin diperoleh melalui besarnya angka putaran yang dihasilkan dengan satuan

putaran per menit (rpm). Besarnya angka putaran dalam rpm akan dikonversikan

menjadi radian per sekon.

𝜔 =2𝜋

60 .𝑛 (8)

ω : Kecepatan sudut (rad/sec)

n : Putaran per menit (rpm)

2.3.4 Daya yang Dihasilkan Kincir Angin

Daya yang diperoleh melaui poros kincir angin merupakan transformasi

energi kinetik yang diperoleh dari angin. Susunan sudu pada kincir ini mengubah

aliran udara menjadi gerakan yang memutar poros. Dengan variabel data

kecepatan sudut dan torsi yang terdapat pada kincir maka besarnya daya yang

dihasilkan kincir dapat diketahui.

Pout = 𝑇 ∙ 𝜔 (9)

Pout : daya yang dihasilkan kincir


14

2.3.5 Tip Speed Ratio

Tip speed ratio (tsr) merupakan perbandingan antara kecepatan linier pada

ujung sudu kincir angin dengan kecepatan angin sebelum melewatt sudu kincir.

Besarnya tsr dapat ditulis secara matematis dengan rumus berikut:

𝑡𝑠𝑟 =𝜋 ∙ 𝐷 ∙ 𝑛

60 ∙ ʋ (10)

D : diameter kincir (m)

n : putaran per menit yang dihasilkan kincir (rpm)

v : kecepatan angin sebelum melewatt sudu kincir (m/s)

2.3.6 Koefisien Daya Kincir

Koefisien daya kincir (Cp) disebut juga efisiensi kincir. Angka ini

merupakan perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir (Pout) dengan daya

yang disediakan angin (Pin). Pada kenyataannya tidak semua energi yang

disediakan oleh angin dapat ditransformasikan oleh sudu-sudu kincir menjadi

gerak putar poros. Perbandingan tersebut dinyatakan dengan persamaan sebagai

berikut:

𝐶𝑝 =𝑃𝑜𝑢𝑡𝑃𝑖𝑛

.100% (11)

Cp : koefisien daya kincir

Pin : daya yang disediakan oleh angin (watt)

Pout : daya yang dihasilkan oleh kincir (watt)

Melalui penelitian yang dilakukan oleh Albert Bezt, koefisien daya

maksimum yang dapat dihasilkan oleh kincir angin sebesar 59,3 % (Sumber:

Wind Energy System by Dr. Gary L. Johnson). Angka ini kemudian disebut


15

dengan Batas Bezt. Teori Batas Bezt ini mengklaim ketidakmungkinan suatu

desain kincir jenis apapun untuk mencapai angka efisiensi yang melebihi pada

kisaran anggka 59% karena desain kincir terbaik pun tidak akan mampu menyerap

seluruh energi kinetik yang tersedia pada aliran angin.

Gambar 2. 5. Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) Dengan Tip Speed Ratio

(tsr) Dari Beberapa jenis Kincir.

(Sumber: Wind Energy System by Dr. Gary L. Johnson)



17

BAB III

METODE PENELITIAN

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Skema Kerja Penelitian

Tahapan kerja dalam unjuk kerja kincir angin poros horisontal dua sudu

dilakukan seperti pada skema kerja Gambar (3.1)

MULAI

Perancangan Kincir

Angin Tipe Propeler 2

Sudu

Pembuatan Prototip Kincir

Angin Tipe Propeler 2 Sudu

Variasi Sudut 0, 10, 20

Pemasangan

moncongTanpa moncong

Pengambilan

Data n, v, dan F

Pengolahan Data Pin,

Pout, tsr, Cp

Pembahasan dan

Penyusunan Laporan

SELESAI

Gambar 3. 1. Skema Kerja Penelitian


18

3.2 Obyek Penelitian

Model kincir angin yang diteliti unjuk kerjanya adalah kincir angin poros

horisontal dengan jenis propeller dua sudu. Sudu kincir ini dibuat dengan

menggunakan bahan pipa berukuran 6 in. Variasi posisi sudut sudu kincir

terhadap arah putar sudu kincir dari masing-masing sudu adalah 0°, 10°, dan 20 °.

Pengambilan data dari ketiga variasi sudu divariasikan lagi dengan pemakaian

moncong pengarah angin dan tanpa pemakaian moncong.

(a) (b) (c)

Gambar 3. 2. Posisi Sudu Kincir: (a) posisi 0°, (b) posisi 10°, (c) posisi 20 °.

3.3 Waktu dan Tempat Penelitian

Proses yang terkait mulai dari perancangan model, pembuatan model,

pengambilan data, penelitian dilakukan mulai bulan Juni 2012 sampai September

2012 dengan menggunakan fasilitas Laboratorium Konversi Energi Jurusan

Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3.4 Alat dan Bahan

Gambar (3.2) menunjukan bagian-bagian model kincir angin propeler 2

sudu yang digunakan dalam penelitian.


19

15

2

4

3

Gambar 3.3. Desain kincir angin tipe propeler dua sudu

Pembahasan secara detail dari bagian-bagian penting kincir pada gambar (3.2)

adalah sebagai berikut:

1. Tiang Penyangga Kincir

Fungsi dari Tiang Penyangga Kincir adalah untuk menopang keseluruhan

komponen pada kincir. Bahan dalam pembuatannya menggunakan pipa

berukuran 1,5 in. Rumahan bantalan dibuat dengan menggunakan profil

persegi berukuran 60 x 60 mm. Komponen tiang penyangga dibuat dengan

sambungan pengelasan.

2. Pemegang Sudu Kincir

Model kincir angin yang diteliti memerlukan variasi posisi sudut pada

sudu terhadap arah datangnya angin, maka pemegang sudu kincir dibuat

dengan 2 macam komponen yang dapat diatur posisinya. Bagian tersebut

adalah 2 buah blade holder yang berfungsi untuk memegang sudu kincir. Blade

holder ini terpasang pada support yang berfungsi untuk meletakan kincir pada

poros utama dan untuk menopang bagian sudu dan blade holder.


20

ab

Gambar 3.4. Bagian-Bagian Pemegang Sudu Kincir

Keterangan gambar:

a. Support

b. Blade Holder

Blade holder dan support di terpasang seperti pada Gambar (3.3), posisi ini

membuat kedua jenis komponen itu dapat diatur posisinya sehingga besar sudut

sudu kincir terhadap arah datang angin dapat divariasikan. Pemasangan blade

holder pada support menggunakan pengencang set screw M4. Blade holder

terbuat dari plat MS (mild steel) yang disambung secara pengelasan pada aksis

dengan bahan MS berdiameter 6 mm. Sedangkan support terbuat dari

alumunium.

3. Sudu Kincir

Sudu kincir dalam penelitian ini dibuat dengan bahan dari pipa PVC

berdiameter 6 in. Sudu ini dibuat dengan cara membagi pipa pada penampang

lingkaran dengan pembagian sudut 75° sehingga diperoleh lebar sudu 62,5


21

mm. Untuk memperoleh diameter kincir sebesar 800 mm maka kedua sudu

dibuat masing-masing sepanjang 380 mm. Bentuk sudu dibuat meruncing ke

ujung dengan sudut 10°. Sudu dipasang pada blade holder untuk mengatur

variasi sudut terhadap arah datang angin.

(a) (b)

(c)

Gambar 3.5. Komponen Kincir Angin: (a) Sudu Kincir, (b) Sistem

Pengereman, (c) Moncong.

4. Moncong

Moncong dalam penelitian ini berfungsi sebagai variabel untuk

mengarahkan angin. Dengan ada atau tidaknya moncong dapat berpengaruh


22

terhadap hasil pengambilan data. Pembuatan moncong menggunakan bahan

fiber glass dengan pertimbangan beban yang ringan.

5. Sistem Pembebanan

Sistem pembebanan pada penelitian ini dengan menggunakan sistem

pengereman melalui sebuah piringan. Tujuan sistem pembebanan ini adalah

untuk mencari besarnya momen puntir yang dihasilkan oleh kincir yang

diakibatkan oleh beban atau gaya pengereman. Besar gaya pengereman pada

piringan ini dapat diatur dengan besar beban tertentu. Prinsip kerja

pembebanan ini adalah dengan memberi gaya pengereman pada sebuah

piringan yang terhubung pada poros utama kincir angin. Piringan yang

terbebani ini akan menarik neraca pegas dengan panjang lengan tertentu. Torsi

diperoleh melalui angka yang terbaca pada neraca pegas dikalikan dengan

panjang lengan torsi.

Pengambilan data unjuk kerja kincir angin tipe propeler dua sudu

memerlukan peralatan penunjang yang sangat vital sebagai sarana simulasi

sumber angin dan alat ukur yang terkalibrasi untuk mencatat prestasi yang dicapai

dalam pengujian kincir, peralatan tersebut antara lain:

1. Terowongan Angin

Terowongan angin ini berfungsi sebagai alat simulasi percobaan unjuk

kerja kincir angin. Dimensi terowongan ini adalah 1,2 m x 1,2 m x 2,5 m.

Dalam terowongan angin ini kecepatan angin dapat disimulasikan dengan

kecepatan yang bervariasi. Untuk menghasilkan angin yang bertiup dari udara

luar melewatt ruangan terowongan angin maka tekanan dalam ruangan tersebut


23

dibuat lebih rendah daripada tekanan udara sekitar. Pengurangan tekanan ini

dengan menggunakan blower yang diatur pada jarak yang bervariasi hingga

mendapatkan kecepatan angin yang diinginkan sesuai yang ditunjukan pada

anemometer.

(a) (b)

(c) (d)

(e)

Gambar 3. 6. Peralatan penunjang pengambilan data: (a) Terowongan Angin,

(b) Blower, (c) Anemometer, (d) Tachometer, (e) Neraca Pegas.


24

2. Blower

Hembusan angin yang terjadi pada terowongan angin dibuat dengan

menciptakan tekanan yang lebih rendah pada ruangan terowongan terhadap

tekanan udara sekitar. Tekanan yang lebih rendah ini terjadi karena udara yang

berada dalam ruang terowongan disedot keluar menuju udara sekitar sehingga

tekanan yang berada dalam terowongan menjadi lebih rendah dan udara luar

mengalir untuk menyeimbangkan tekanan. Penghisapan udara ini

menggunakan blower yang digerakan oleh motor listrik 5,5 kw yang

ditransmisikan pada poros baling-baling penghisap dengan transmisi puli.

3. Anemometer

Pengaturan kecepatan angin sesuai kebutuhan pengambilan data

menggunakan indikator anemometer. Alat ini berfungsi untuk mengetahui

kecepatan angin. Dalam pengukuran kecepatan angin sesuai dengan data yang

diutuhkan, posisi anemometer diletakan di bagian depan terowongan angin.

Kecepatan angin yang diperoleh ditampilkan dalam bentuk digital pada display

anemometer yang dipakai.

4. Tachometer

Besar kecilnya hembusan angin yang masuk dalam terowongan angin

akan memengaruhi putaran poros kincir angin. Hasil dari pengambilan data

besar kecilnya putaran poros digunakan sebagai variabel dalam pengolahan

data. Putaran poros tersebut diukur dengan menggunakan tachometer. Prinsip

kerja alat ini menggunakan prinsip pantulan cahaya yang diterima oleh sensor


25

karena perbedaan intensitas yang diakibatkan oleh reflektor. Reflektor ini

dipasang pada sebuah piringan yang terdapat pada alat pembebanan.

5. Neraca Pegas

Dalam pengolahan data diperlukan variabel berupa torsi atau momen

puntir yang diderita poros kincir. Torsi pada kincir dapat diketahui dengan

mengukur beban pengimbang torsi yang dialami kincir. Beban ini diukur

dengan mengguanakan neraca pegas. Neraca pegas terpasang pada sebuah

lengan dengan jarak tertentu dari sumbu putar kincir yang telah ditentukan.

3.5 Variabel Penelitian

Untuk memperoleh rancangan kincir yang mampu bekerja secara maksimal

diperlukan eksperimen dengan variabel pemasangan kincir. Variabel yang

digunaan dalam penelitian yaitu

1. Variasi pembebanan pada kincir angin untuk memperoleh besar torsi

yang dihasilkan.

2. Variasi posisi sudut sudu terhadap arah putar kincir yaitu sebesar 0°, 10°,

dan 20°.

3. Variasi pemasangan dengan atau tanpa moncong pada kincir angin.

4. Variasi kecepatan angin.

Variabel yang diukur dalam penelitian yang didapat dari variasi tersebut

antara lain:

1. Kecepatan angin (ʋ)

2. Angka putaran kincir / poros (n)

3. Gaya pengimbang torsi (F)


26

3.6 Parameter Penelitian yang Dihitung

Untuk mendapatkan rancangan terbaik dari variasi kincir angin dalam

penelitian, parameter yang dihitung dan pertimbangan adalah:

1. Daya yang tersedia pada angin (Pin)

2. Daya yang dihasilkan kincir (Pout)

3. Koefisien daya kincir (Cp)

4. Kecepatan ujung sudu (tsr)

3.7 Langkah Pengambilan Data

Pada percobaan dalam penelitian kincir angin ini, data yang diambil adalah

kecepatan angin, kecepatan putar poros kincir angin, besarnya pembebanan pada

kincir. Data-data tersebut diambil dalam waktu yang bersamaan. Tahapan-tahapan

pengambilan data adalah sebagai berikut:

1. Memposisikan neraca pegas dengan tali pengait terhadap sistem

pembebanan.

2. Memposisikan besarnya sudut kemiringan sudu kincir sesuai data yang

diambil dengan pemasangan moncong atau tidak.

3. Menghubungkan kincir angin dengan sistem pembebanan.

4. Pengaturan kecepatan angin dilakukan dengan cara menggeser posisi

blower terhadap bagian belakang terowongan angin.

5. Menghidupkan blower setelah semua peralatan siap.

6. Memposisikan manometer di mulut terowongan angin untuk mengukur

kecepatan angin.


27

7. Pengambilan data besar torsi dilakukan dengan pembebanan secara

bertahap pada sistem pembebanan yang akan terbaca pada neraca pegas.

8. Kecepatan putar kincir diambil setiap tahap pembebanan

9. Mengulangi langkah 2 sampai 8 hingga posisi kecepatan angin kelima.

3.8 Langkah Pengolahan Data

Data percobaan yang diperoleh dapat diolah berdasarkan data-data awal

yang tersedia. Langkah pengolahan data tersebut dapat dilakukan dengan cara

sebagai berikut:

1. Perhitungan daya yang tersedia pada angin (Pin) dapat dicari dengan

Persamaan (4) berdasarkan data kecepatan angin (v) dan luasan frontal

kincir.

2. Momen puntir atau Torsi kincir (T) diperoleh dengan Persamaan (7)

berdasarkan data beban yang terbaca pada neraca pegas (F) dan lengan

torsi pada sistem pembebanan (L).

3. Daya yang dihasilkan kincir (Pout) diperoleh berdasarkan data kecepatan

putar kincir (n) dan torsi (T) yang dihasilkan dengan Persamaan (9)

4. Tip speed ratio (tsr) merupakan perbandingan kecepatan ujung sudu

kincir dengan kecepatan angin, diperoleh melalui Persamaan (10)

5. Koefisien daya dari kincir merupakan perbandingan antara daya yang

dihasilkan angin(Pin) dengan daya keluaran kincir (Pout) pada Persamaan

(11).



29

BAB IV

PERHITUNGAN DAN ANALISA

BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA

4.1 Hasil Pengambilan Data.

Pengambilan data percobaan Kincir Angin Tipe Propeler Dua Sudu ini

dilakukan dengan pengelompokan berdasarkan kemiringan sudu kincir angin

terhadap arah putar sudu kincir angin. Kemiringan sudut ini dikondisikan mulai

dari sudut 20°, 10°, dan terakhir 0°. Masing-masing variasi kemiringan sudu

kincir angin ini diuji coba dengan 5 variasi kecepatan angin yang berkisar antara 5

m/s pada posisi blower ke lima sampai dengan kecepatan 7,5 m/s pada saat tidak

ada celah antara blower dan terowongan angin. Dengan penggeseran posisi blower

ini didapat rata-rata penurunan kecepatan angin sebesar 0,75 m/s. Pembebanan

pada kincir diatur dengan kenaikan beban pada neraca pegas sebesar kurang lebih

0,5 Newton per penambahan beban. Pengambilan data beban dinyatakan selesai

jika tidak ada perubahan besarnya beban yang ditunjukan neraca pegas dan atau

pada saat kincir berhenti berputar. Data pembebanan diambil tiap perubahan

posisi blower. Pengambilan data pada setiap posisi kemiringan sudut kincir

terhadap arah putar kincir dilakukan dengan pemaikaian moncong dan dengan

tanpa memakai moncong.


Arah Putar Kincir.

Pengambilan data ini dibagi menjadi dua macam yaitu dengan pemakain

moncong dan tanpa pemakaian moncong. Kedua data dapat dilihat pada Tabel 4.1

dan Tabel 4.2.


30

Tabel 4. 1 Hasil pengambilan data posisi kemiringan sudu 20°

terhadap arah putar kincir dengan moncong

No beban Posisi v angin

(m/s) n (rpm) F (N)

1 0

1

7,47 574,40 0

2 1 7,87 529,80 0,7

3 2 7,87 511,53 1,35

4 3 6,58 511,53 1,75

5 4 7,11 483,43 2,35

6 5 6,62 451,47 3,5

7 6 7,28 430,33 3,7

8 7 7,43 419,67 3,95

9 8 7,13 406,27 4,35

10 9 7,25 392,30 4,65

11 10 7,47 347,43 4,95

12 0

2

6,79 554,23 0

13 1 6,77 525,63 0,5

14 2 7,17 486,50 1,1

15 3 6,33 472,87 1,7

16 4 6,67 459,30 2,1

17 5 6,58 441,43 2,55

18 6 6,24 381,23 3,2

19 7 6,40 385,80 3,7

20 8 6,26 354,47 3,95

21 0

3

6,15 463,73 0

22 1 6,50 436,57 0,6

23 2 6,33 425,27 1,05

24 3 6,31 412,43 1,45

25 4 6,59 381,60 1,95

26 5 6,62 366,87 2,35

27 6 6,88 342,23 2,65

28 7 6,29 335,07 2,95

29 8 6,36 301,43 3,25

30 0

4

6,02 437,43 0

31 1 6,19 414,00 0,7

32 2 5,87 394,23 0,15

33 3 6,15 371,87 0,55

34 4 5,55 324,23 1,85

35 5 5,99 312,53 2,35


31

Tabel 4.1 Hasil pengambilan data posisi kemiringan sudu 20°

terhadap arah putar kincir dengan moncong (lanjutan).


(m/s) n (rpm) F (N)

36 0

5

5,66 411,50 0

37 1 5,44 388,50 0,65

38 2 5,52 354,97 1,1

39 3 5,29 335,03 1,55

40 4 5,26 318,67 1,9

41 5 5,65 291,33 2,1

42 6 5,60 245,40 2,35


terhadap arah putar kincir tanpa moncong


(m/s) n (rpm) F (N)

1 0

1

7,20 573,97 0

2 1 7,27 540,80 0,7

3 2 7,01 530,00 1,15

4 3 7,33 523,53 1,5

5 4 7,19 501,83 2,1

6 5 7,10 464,07 2,75

7 6 7,46 443,20 3,4

8 7 6,89 440,57 3,75

9 8 7,48 407,07 4,05

10 9 6,50 394,20 4,4

11 0

2

7,16 543,20 0

12 1 6,55 519,60 0,45

13 2 6,69 487,77 1

14 3 7,22 469,47 1,45

15 4 6,97 471,30 1,95

16 5 7,01 448,73 2,5

17 6 6,82 426,17 3

18 7 6,72 392,03 3,3

19 8 7,02 362,73 3,7

20 9 6,93 354,77 4

21 0

3

6,26 498,10 0

22 1 6,13 473,83 0,65

23 2 6,27 449,10 1,2

24 3 6,43 416,37 1,8

25 4 6,29 411,33 2,25


32

Tabel 4.2 Hasil pengambilan data posisi kemiringan sudu 20°



(m/s) n (rpm) F (N)

26 5

3

6,09 385,53 2,6

27 6 6,67 357,67 2,9

28 7 6,38 334,33 3,35

29 0

4

6,21 446,23 0

30 1 6,00 420,70 0,6

31 2 6,23 388,33 1,2

32 3 6,14 369,40 1,75

33 4 6,33 341,73 2,2

34 5 6,12 306,23 2,55

35 6 6,04 283,53 2,85

36 0

5

5,13 403,60 0

37 1 5,75 384,57 0,5

38 2 5,34 362,97 1

39 3 5,76 327,07 1,5

40 4 5,59 314,07 1,85

41 5 5,49 274,07 2,15


Arah Putar Kincir.

Data yang diambil dalam posisi kemiringan sudu 10° terhadap arah putar

kincir baik dengan pemakaian moncong maupun tanpa pemakaina moncong dapat

ditampilkan pada Tabel 4.3 dan Tabel 4.4 berikut.


terhadap arah putar kincir dengan moncong.


(m/s) n (rpm) F (N)

1 0

1

6,86 895,70 0

2 1 6,93 877,20 0,5

3 2 7,31 848,23 1

4 3 7,11 832,80 1,65

5 4 6,56 797,57 1,9

6 5 7,11 789,50 2,3


33




(m/s) n (rpm) F(N)

7 6

1

7,42 753,90 2,75

8 7 6,57 736,80 3,2

9 8 6,87 713,10 3,6

10 9 7,04 696,27 3,85

11 10 7,36 672,73 4,05

12 11 7,42 651,67 4,45

13 12 6,70 569,43 4,91

14 13 7,78 487,77 5,25

15 0

2

6,82 847,83 0

16 1 6,73 820,73 0,55

17 2 6,37 799,40 1,1

18 3 7,25 777,43 1,5

19 4 6,94 747,77 1,95

20 5 7,16 700,80 2,35

21 6 6,95 646,10 3

22 7 6,79 608,07 3,4

23 8 6,28 594,33 3,8

24 9 6,79 547,70 4,1

25 10 6,70 526,00 4,25

26 0

3

6,49 745,47 0

27 1 6,35 729,20 0,45

28 2 5,95 674,57 1,1

29 3 6,17 627,53 1,6

30 4 6,31 622,37 1,95

31 5 5,99 583,33 2,45

32 6 5,78 549,27 2,85

33 7 5,72 521,07 3,05

34 8 5,98 433,90 3,4

35 0

4

5,80 684,83 0

36 1 5,82 647,10 0,55

37 2 5,69 605,57 1,05

38 3 5,71 556,20 1,55

39 4 5,78 530,03 2

40 5 5,21 482,20 2,4

41 6 5,61 392,63 2,9


34




(m/s) n (rpm) F(N)

42 0

5

5,42 637,20 0

43 1 5,24 589,43 0,6

44 2 5,59 537,77 1,15

45 3 5,70 488,03 1,8

46 4 5,47 441,23 2,15


terhadap arah putar kincir tanpa moncong.


(m/s) n (rpm) F (N)

1 0

1

7,14 882,97 0

2 1 6,95 876,83 0,4

3 2 6,83 844,77 1,05

4 3 6,74 797,60 1,85

5 4 6,92 796,00 2,25

6 5 7,22 763,73 2,7

7 6 7,06 754,13 2,9

8 7 6,91 720,03 3,2

9 8 6,91 696,27 3,5

10 9 6,83 681,73 3,85

11 10 6,89 659,60 4,3

12 11 7,32 598,60 4,6

13 12 7,25 559,20 4,8

14 0

2

6,91 840,77 0

15 1 6,56 808,80 0,7

16 2 6,58 771,33 1,35

17 3 6,55 746,03 1,85

18 4 6,96 707,00 2,3

19 5 7,02 671,40 2,85

20 6 7,11 638,00 3,15

21 7 6,88 618,50 3,35

22 8 6,47 592,07 3,8

23 9 6,81 579,90 4,15

24 10 6,67 491,97 4,35

25 0 3

5,92 733,00 0

26 1 6,20 712,90 0,45


35


terhadap arah putar kincir tanpa moncong (lanjutan).


(m/s) n (rpm) F (N)

27 2

3

6,17 690,10 1

28 3 6,19 642,30 1,55

29 4 6,36 615,93 1,9

30 5 6,35 579,23 2,4

31 6 6,36 535,93 2,9

32 7 6,23 523,10 3

33 8 6,19 401,03 3,45

34 0

4

5,72 685,53 0

35 1 5,93 643,37 0,45

36 2 5,74 604,70 1

37 3 5,62 564,83 1,5

38 4 5,61 518,13 1,85

39 5 5,37 494,93 2,35

40 0

5

5,51 632,87 0

41 1 5,55 599,60 0,5

42 2 5,27 551,10 1,1

43 3 5,50 491,10 1,55

44 4 5,31 424,33 2,05

45 5 5,23 326,57 2,4


Arah Putar Kincir.

Tabel 4.5 dan Tabel 4.6 menampilkan data yang diambil dalam pengujian

kincir angin dengan posisi kemiringan sudu 0° terhadap arah putar sudu kincir

angin yang divariasikan dengan pemakaian moncong maupun tidak. Kecepatan

angin yang terjadi pada percobaan dengan kemiringan sudu 0° ini mulai dari

posisi blower terdekat dengan kecepatan maksimum 7,43 m/s hingga posisi

blower terjauh dengan kecepatan minimum yang terjadi sebesar 4,97 m/s.

Kecepatan angin yang berfluktuasi tersebut diambil pada posisi kincir dengan

pemasangan moncong maupun tidak.


36


terhadap arah putar kincir dengan moncong.


(m/s) n (rpm) F (N)

1 0

1

6,94 1172,00 0

2 1 7,07 1138,00 0,6

3 2 7,43 1079,00 1,3

4 3 7,25 1050,67 1,6

5 4 7,13 986,60 2,1

6 5 7,16 940,80 2,55

7 6 6,99 875,37 2,85

8 7 6,84 838,90 3,25

9 8 7,06 794,50 3,5

10 9 7,01 724,53 3,9

11 0

2

6,47 1127,67 0

12 1 6,66 1020,33 0,65

13 2 6,48 981,03 1,15

14 3 6,78 905,70 1,7

15 4 6,77 870,07 2

16 5 6,69 818,60 2,45

17 6 7,01 735,33 2,95

18 7 6,63 667,00 3,4

19 0

3

5,99 985,47 0

20 1 5,91 930,40 0,6

21 2 6,07 849,17 1,25

22 3 6,25 815,23 1,6

23 4 6,21 761,27 2,1

24 5 6,14 695,63 2,4

25 6 5,79 702,90 2,6

26 7 5,69 624,87 2,9

27 0

4

5,75 871,97 0

28 1 5,75 823,60 0,7

29 2 5,60 774,57 1,2

30 3 5,78 713,00 1,65

31 4 5,71 642,37 2,05

32 5 5,74 489,17 2,45

33 0

5

5,29 833,40 0

34 1 5,75 783,33 0,5

35 2 5,43 736,20 0,95

36 3 5,50 657,57 1,4

37 4 5,49 546,63 1,9


37


terhadap arah putar kincir tanpa moncong.


(m/s) n (rpm) F (N)

1 0

1

6,91 1146,00 0

2 1 6,57 1117,00 0,55

3 2 6,47 1065,67 1,1

4 3 7,09 1012,33 1,6

5 4 6,54 912,47 2,05

6 5 6,89 898,27 2,4

7 6 7,16 861,57 2,85

8 7 6,86 800,43 3,4

9 8 7,13 725,67 3,65

10 0

2

6,29 1062,67 0

11 1 6,26 1034,33 0,55

12 2 6,76 990,70 1

13 3 6,71 936,13 1,4

14 4 6,77 865,43 1,85

15 5 6,49 843,80 2,1

16 6 6,43 794,80 2,55

17 7 6,61 701,47 2,95

18 8 6,57 600,30 3,3

19 0

3

5,92 912,43 0

20 1 6,10 892,27 0,5

21 2 6,20 855,60 0,9

22 3 6,29 818,53 1,35

23 4 6,18 780,03 1,75

24 5 6,52 730,90 2,15

25 6 6,20 614,87 2,4

26 0

4

5,20 846,53 0

27 1 5,48 824,70 0,4

28 2 5,68 768,90 0,85

29 3 5,64 717,73 1,3

30 4 5,54 661,57 1,75

31 5 5,79 497,53 2,05

32 0

5

5,20 800,93 0

33 1 4,93 767,67 0,35

34 2 5,67 716,40 0,85

35 3 5,23 660,43 1,1

36 4 5,21 599,30 1,55

37 5 4,97 474,80 1,9


38

4.2 Proses Pengolahan Data Hasil Pengujian.

Dalam pengolahan data hasil pengujian kincir angin dua sudu ini

menggunakan sampel data pada variasi kemiringan sudut sudu 0° terhadap arah

putaran kincir angin dengan pemakaian moncong pengarah angin. Lebih tepatnya

data Tabel 4.5 pada baris kedelapan pada saat terowongan angin dan blower

dalam posisi rapat.

4.2.1 Perhitungan Daya yang Tersedia Dalam Angin (Pin)

Kincir angin dalam pengujian memiliki diameter 80 cm sehingga luasan

frontal kincir ini dapat ditentukan sebesar:

𝐴 =𝜋

4× 𝐷2

𝐴 =𝜋

4× 0,82

𝐴 = 0,5024 𝑚2

Kecepatan angin yang terjadi pada kondisi ini sebesar 6,86 m/s, maka dengan

Persamaan (5) daya yang tersedia pada angin dapat ditentukan.

𝑃𝑖𝑛 = 0,5 ∙ 𝜌 ∙ 𝐴 ∙ 𝑣3

𝑃𝑖𝑛 = 0,5 ∙ 1,18 ∙ 0,5024 ∙ 6,863

𝑃𝑖𝑛 = 96,46 𝑤𝑎𝑡𝑡

4.2.2 Perhitungan Daya Kincir (Pout )

Sebelum memperoleh besarnya daya yang dihasilkan kincir perlu diketahui

besarnya torsi yang terjadi dan kecepatan sudut pada kincir angin tersebut. Torsi


39

didapat dari hasil kali antara beban sebesar 3,25 N yang terjadi pada kincir dengan

jarak lengan 0,1 m pada sistem pembebanan menurut pada data Tabel (4.5)

𝑇 = 𝐹 ∙ 𝑙

𝑇 = 3,25 ∙ 0,1

𝑇 = 0,325 𝑁𝑚

Dalam data Tabel (4.5) angka putaran yang terjadi pada kincir sebesar 838,9 rpm,

maka kecepatan sudut yang dihasilkan sebesar:

𝜔 =2𝜋

60∙ 𝑛

𝜔 =2𝜋

60∙ 838,9

𝜔 = 87,8 𝑟𝑎𝑑/𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘

Setelah besarnya kecepatan sudut dan torsi diketahui maka daya yang dihasilkan

kincir dapat dihitung.

𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑇 ∙ 𝜔

𝑃𝑜𝑢𝑡 = 0,325 ∙ 87,8

𝑃𝑜𝑢𝑡 = 28,54 𝑤𝑎𝑡𝑡

4.2.1 Perhitungan Tip Speed Ratio

Perbandingan kecepatan angin sebesar 6,84 dengan kecepatan di ujung sudu

akan menampilkan besar tip speed ratio.

𝑡𝑠𝑟 =𝜋 ∙ 𝐷 ∙ 𝑛

60 ∙ 𝑣

𝑡𝑠𝑟 =𝜋 ∙ 0,8 ∙ 838,9

60 ∙ 6,84

𝑡𝑠𝑟 = 5,15


40

4.2.1 Koefisien Daya Kincir (Cp)

Persentase prestasi kincir angin propeler dua sudu dalam mengkonversi

daya yang disediakan oleh angin dapat diperhitungkan dengan menggunakan

Persamaan (11). Besarnya koefisien daya kincir ini sebesar:

𝐶𝑝 =𝑃𝑜𝑢𝑡𝑃𝑖𝑛

× 100%

𝐶𝑝 =28,54

96,46× 100%

𝐶𝑝 = 29,58%

4.3 Hasil Pengolahan Data Pengujian.

Keseluruhan data yang diperoleh dalam pengujian kincir angin propeler dua

sudu dengan bahan pipa 6 in diolah dalam tabel dengan persamaan menurut

perhitungan yang sesuai untuk mengetahui daya yang dihasilkan kincir angin,

Torsi yang terjadi, perbandingan kecepatan angin dengan kecepatan ujung sudu,

dan koefisien daya kincir menurut variasi data yang diperlukan.


Pemakaian Moncong

Berdasarkan data percobaan yang diperoleh pada Tabel (4.1), hasil

perhitungan dengan variasi kemiringan sudu 20° terhadap arah putar kincir angin

dengan pemasangan moncong dapat dilihat pada Tabel (4.7), Tabel (4.8), Tabel

(4.9), Tabel (4.10), dan Tabel (4.11). Hasil perhitungan yang ditunjukan pada

kelima tabel tersebut dibagi berdasarkan masing-masing variasi posisi blower

sehingga berpengaruh terhadap kecepatan angin.


41

Tabel 4.7 Hasil perhitungan untuk kecepatan angin 7,28 m/s pada variasi

kemiringan sudut sudu 20° dengan pemasangan moncong.

No v n F Pin Pout Torsi ω

tsr Cp m/s rpm N watt watt Nm rad/s

0 7,47 574,40 0 125,65 0,00 0,00 60,12 3,23 0,00%

1 7,87 529,80 0,7 146,66 3,88 0,07 55,45 2,83 2,65%

2 7,87 511,53 1,35 146,66 7,23 0,14 53,54 2,77 4,93%

3 6,58 511,53 1,75 85,88 9,37 0,18 53,54 3,31 10,91%

4 7,11 483,43 2,35 108,35 11,89 0,24 50,60 2,84 10,97%

5 6,62 451,47 3,5 87,45 16,54 0,35 47,25 3,15 18,91%

6 7,28 430,33 3,7 116,06 16,67 0,37 45,04 2,54 14,36%

7 7,43 419,67 3,95 123,64 17,35 0,40 43,93 2,31 14,03%

8 7,13 406,27 4,35 109,26 18,50 0,44 42,52 2,21 16,93%

9 7,25 392,30 4,65 114,87 19,09 0,47 41,06 2,18 16,62%

10 7,47 347,43 4,95 125,65 18,00 0,50 36,36 1,87 14,33%





0 6,79 554,23 0 94,36 0,00 0,00 58,01 3,35 0,00%

1 6,77 525,63 0,5 93,53 2,75 0,05 55,02 3,30 2,94%

2 7,17 486,50 1,1 111,11 5,60 0,11 50,92 2,80 5,04%

3 6,33 472,87 1,7 76,28 8,41 0,17 49,49 3,16 11,03%

4 6,67 459,30 2,1 89,45 10,10 0,21 48,07 2,85 11,29%

5 6,58 441,43 2,55 85,68 11,78 0,26 46,20 2,87 13,75%

6 6,24 381,23 3,2 73,07 12,77 0,32 39,90 2,56 17,48%

7 6,40 385,80 3,7 78,84 14,94 0,37 40,38 2,59 18,95%

8 6,26 354,47 3,95 73,95 14,65 0,40 37,10 2,35 19,82%





0 6,15 463,73 0 70,12 0,00 0,00 48,54 3,18 0,00%

1 6,50 436,57 0,6 82,78 2,74 0,06 45,69 2,83 3,31%

2 6,33 425,27 1,05 76,28 4,67 0,11 44,51 2,88 6,13%


42


kemiringan sudut sudu 20° dengan pemasangan moncong (lanjutan).



3 6,31 412,43 1,45 75,73 6,26 0,15 43,17 2,70 8,26%

4 6,59 381,60 1,95 86,27 7,79 0,20 39,94 2,47 9,03%

5 6,62 366,87 2,35 87,26 9,02 0,24 38,40 2,37 10,34%

6 6,88 342,23 2,65 98,17 9,49 0,27 35,82 2,05 9,67%

7 6,29 335,07 2,95 75,02 10,35 0,30 35,07 2,16 13,79%

8 6,36 301,43 3,25 77,37 10,25 0,33 31,55 2,05 13,25%





0 6,02 437,43 0 65,76 0,00 0,00 45,78 3,03 0,00%

1 6,19 414,00 0,7 71,49 3,03 0,07 43,33 2,74 4,24%

2 5,87 394,23 0,15 60,97 0,62 0,02 41,26 2,78 1,02%

3 6,15 371,87 0,55 69,95 2,14 0,06 38,92 2,57 3,06%

4 5,55 324,23 1,85 51,39 6,28 0,19 33,94 2,43 12,22%

5 5,99 312,53 2,35 64,62 7,69 0,24 32,71 2,18 11,90%





0 5,66 411,50 0 54,66 0,00 0,00 43,07 3,05 0,00%

1 5,44 388,50 0,65 48,53 2,64 0,07 40,66 2,98 5,45%

2 5,52 354,97 1,1 50,56 4,09 0,11 37,15 2,72 8,08%

3 5,29 335,03 1,55 44,50 5,44 0,16 35,07 2,66 12,21%

4 5,26 318,67 1,9 43,87 6,34 0,19 33,35 2,50 14,45%

5 5,65 291,33 2,1 54,22 6,40 0,21 30,49 2,20 11,81%

6 5,60 245,40 2,35 52,94 6,04 0,24 25,69 1,82 11,40%


43


Pemakaian Moncong

Hasil perhitungan unjuk kerja kincir angin pada Tabel (4.12), Tabel (4.13),

Tabel (4.14), Tabel (4.15), dan Tabel (4.16) diperoleh berdasarkan pengambilan

data pada Tabel (4.2)


kemiringan sudut sudu 20° tanpa pemasangan moncong.

No

v

angin

(m/s)

n (rpm) F

(N)

Pin Pout Torsi ω tsr Cp

watt watt Nm rad/s

0 7,20 573,97 0 112,28 0,00 0 60,08 3,34 0,00%

1 7,27 540,80 0,7 115,83 3,96 0,07 56,60 3,11 3,42%

2 7,01 530,00 1,15 103,84 6,38 0,115 55,47 3,17 6,14%

3 7,33 523,53 1,5 118,72 8,22 0,15 54,80 2,98 6,92%

4 7,19 501,83 2,1 111,81 11,03 0,21 52,53 2,90 9,87%

5 7,10 464,07 2,75 107,89 13,36 0,275 48,57 2,74 12,38%

6 7,46 443,20 3,4 125,15 15,77 0,34 46,39 2,42 12,60%

7 6,89 440,57 3,75 98,60 17,29 0,375 46,11 2,72 17,54%

8 7,48 407,07 4,05 125,90 17,26 0,405 42,61 2,23 13,71%

9 6,50 394,20 4,4 82,78 18,15 0,44 41,26 2,68 21,93%



No

v

angin

(m/s)

n (rpm) F

(N)


watt watt Nm rad/s

0 7,16 543,20 0 110,42 0,00 0 56,85 3,15 0,00%

1 6,55 519,60 0,45 84,51 2,45 0,045 54,38 3,31 2,90%

2 6,69 487,77 1 90,05 5,11 0,1 51,05 3,11 5,67%

3 7,22 469,47 1,45 113,22 7,12 0,145 49,14 2,77 6,29%

4 6,97 471,30 1,95 101,85 9,62 0,195 49,33 2,85 9,44%

5 7,01 448,73 2,5 103,84 11,74 0,25 46,97 2,71 11,31%

6 6,82 426,17 3 95,41 13,38 0,3 44,61 2,60 14,03%

7 6,72 392,03 3,3 91,27 13,54 0,33 41,03 2,56 14,84%

8 7,02 362,73 3,7 104,28 14,05 0,37 37,97 2,19 13,47%

9 6,93 354,77 4 100,32 14,85 0,4 37,13 1,99 14,81%


44



No

v

angin

(m/s)

n (rpm) F

(N)


watt watt Nm rad/s

0 6,26 498,10 0 73,77 0,00 0 52,13 3,32 0,00%

1 6,13 473,83 0,65 69,27 3,22 0,065 49,59 3,20 4,65%

2 6,27 449,10 1,2 74,30 5,64 0,12 47,01 2,92 7,59%

3 6,43 416,37 1,8 80,14 7,84 0,18 43,58 2,74 9,79%

4 6,29 411,33 2,25 75,02 9,69 0,225 43,05 2,67 12,91%

5 6,09 385,53 2,6 67,92 10,49 0,26 40,35 2,68 15,45%

6 6,67 357,67 2,9 89,45 10,86 0,29 37,44 2,26 12,14%

7 6,38 334,33 3,35 78,28 11,72 0,335 34,99 2,24 14,98%



No

v

angin

(m/s)

n (rpm) F

(N)


watt watt Nm rad/s

0 6,21 446,23 0 72,02 0,00 0 46,71 3,00 0,00%

1 6,00 420,70 0,6 64,95 2,64 0,06 44,03 2,90 4,07%

2 6,23 388,33 1,2 72,71 4,88 0,12 40,65 2,60 6,71%

3 6,14 369,40 1,75 69,61 6,77 0,175 38,66 2,56 9,72%

4 6,33 341,73 2,2 76,46 7,87 0,22 35,77 2,22 10,29%

5 6,12 306,23 2,55 68,93 8,17 0,255 32,05 2,16 11,86%

6 6,04 283,53 2,85 66,26 8,46 0,285 29,68 1,95 12,77%



No

v

angin

(m/s)

n (rpm) F

(N)


watt watt Nm rad/s

6 6,04 283,53 2,85 66,26 8,46 0,285 29,68 1,95 12,77%

0 5,13 403,60 0 40,70 0,00 0 42,24 3,28 0,00%

1 5,75 384,57 0,5 57,16 2,01 0,05 40,25 2,83 3,52%

2 5,34 362,97 1 45,77 3,80 0,1 37,99 2,83 8,30%

3 5,76 327,07 1,5 57,61 5,13 0,15 34,23 2,33 8,91%

4 5,59 314,07 1,85 52,51 6,08 0,185 32,87 2,38 11,58%

5 5,49 274,07 2,15 49,88 6,17 0,215 28,69 2,06 12,36%


45


Pemakaian Moncong

Hasil perhitungan pengujian kincir pada variasi kemiringan sudu 10°

terhadap arah putar sudu kincir angin dengan pemasangan moncong pada Tabel

(4.17), Tabel (4.18), Tabel (4.19), Tabel (4.20), dan Tabel (4.21), diperoleh

berdasarkan data pengujian kincir pada Tabel (4.3).



No

v

angin n F Pin Pout Torsi ω

tsr Cp

m/s rpm N watt watt Nm rad/s

0 6,86 895,70 0 97,10 0,00 0,00 93,75 5,50 0,00%

1 6,93 877,20 0,5 100,11 4,59 0,05 91,81 5,32 4,59%

2 7,31 848,23 1 117,75 8,88 0,10 88,78 4,81 7,54%

3 7,11 832,80 1,65 108,35 14,38 0,17 87,17 5,00 13,27%

4 6,56 797,57 1,9 84,90 15,86 0,19 83,48 5,08 18,68%

5 7,11 789,50 2,3 108,12 19,01 0,23 82,63 4,66 17,58%

6 7,42 753,90 2,75 123,14 21,70 0,28 78,91 4,29 17,62%

7 6,57 736,80 3,2 85,49 24,68 0,32 77,12 4,55 28,87%

8 6,87 713,10 3,6 97,74 26,87 0,36 74,64 4,22 27,49%

9 7,04 696,27 3,85 104,95 28,06 0,39 72,88 4,18 26,73%

10 7,36 672,73 4,05 119,94 28,52 0,41 70,41 3,86 23,78%

11 7,42 651,67 4,45 123,14 30,35 0,45 68,21 3,69 24,65%

12 6,70 569,43 4,91 90,66 29,26 0,49 59,60 3,25 32,28%

13 7,78 487,77 5,25 141,95 26,80 0,53 51,05 2,83 18,88%



No

v


tsr Cp


0 6,82 847,83 0 95,41 0,00 0,00 88,74 5,23 0,00%

1 6,73 820,73 0,55 91,89 4,72 0,06 85,90 5,16 5,14%

2 6,37 799,40 1,1 77,73 9,20 0,11 83,67 5,24 11,84%

3 7,25 777,43 1,5 114,63 12,21 0,15 81,37 4,49 10,65%

4 6,94 747,77 1,95 100,54 15,26 0,20 78,27 4,50 15,18%

5 7,16 700,80 2,35 110,42 17,24 0,24 73,35 4,07 15,61%


46


kemiringan sudut sudu 10° dengan pemasangan moncong (lanjutan).

No

v


tsr Cp


6 6,95 646,10 3 101,19 20,29 0,30 67,63 3,98 20,05%

7 6,79 608,07 3,4 94,36 21,64 0,34 63,64 3,85 22,93%

8 6,28 594,33 3,8 74,48 23,64 0,38 62,21 3,89 31,74%

9 6,79 547,70 4,1 94,16 23,50 0,41 57,33 3,26 24,96%

10 6,70 526,00 4,25 90,66 23,40 0,43 55,05 3,13 25,81%



No

v


tsr Cp


0 6,49 745,47 0 82,40 0,00 0,00 78,03 4,84 0,00%

1 6,35 729,20 0,45 77,00 3,43 0,05 76,32 4,73 4,46%

2 5,95 674,57 1,1 63,50 7,77 0,11 70,60 4,71 12,23%

3 6,17 627,53 1,6 70,80 10,51 0,16 65,68 4,19 14,84%

4 6,31 622,37 1,95 75,55 12,70 0,20 65,14 4,11 16,81%

5 5,99 583,33 2,45 64,62 14,96 0,25 61,06 3,98 23,15%

6 5,78 549,27 2,85 58,06 16,38 0,29 57,49 4,01 28,22%

7 5,72 521,07 3,05 56,27 16,63 0,31 54,54 3,80 29,56%

8 5,98 433,90 3,4 64,30 15,44 0,34 45,41 3,30 24,01%



No

v


tsr Cp


0 5,80 684,83 0 58,81 0,00 0,00 71,68 4,96 0,00%

1 5,82 647,10 0,55 59,43 3,73 0,06 67,73 4,64 6,27%

2 5,69 605,57 1,05 55,53 6,66 0,11 63,38 4,49 11,98%

3 5,71 556,20 1,55 55,97 9,02 0,16 58,22 4,17 16,12%

4 5,78 530,03 2 58,21 11,10 0,20 55,48 3,79 19,06%

5 5,21 482,20 2,4 42,63 12,11 0,24 50,47 3,90 28,41%

6 5,61 392,63 2,9 53,22 11,92 0,29 41,10 3,15 22,39%


47



No

v


tsr Cp


0 5,42 637,20 0 47,86 0,00 0,00 66,69 5,02 0,00%

1 5,24 589,43 0,6 43,25 3,70 0,06 61,69 4,80 8,56%

2 5,59 537,77 1,15 52,51 6,47 0,12 56,29 4,03 12,33%

3 5,70 488,03 1,8 55,68 9,19 0,18 51,08 3,54 16,51%

4 5,47 441,23 2,15 49,20 9,93 0,22 46,18 3,36 20,18%


Pemakaian Moncong.

Hasil perhitungan pengujian kincir pada variasi kemiringan sudu 10°

terhadap arah putar sudu kincir angin tanpa pemasangan moncong pada Tabel

(4.21), Tabel (4.22), Tabel (4.23), Tabel (4.24), dan Tabel (4.25), diperoleh

berdasarkan data pengujian kincir pada Tabel (4.4).



No

v

angin

(m/s)

n

(rpm)

F

(N)


watt watt Nm rad/s

0 7,14 882,97 0 109,49 0,00 0 92,42 5,16 0,00%

1 6,95 876,83 0,4 100,98 3,67 0,04 91,78 5,25 3,64%

2 6,83 844,77 1,05 96,04 9,28 0,105 88,42 5,10 9,67%

3 6,74 797,60 1,85 92,09 15,44 0,185 83,48 4,98 16,77%

4 6,92 796,00 2,25 99,67 18,75 0,225 83,31 4,80 18,81%

5 7,22 763,73 2,7 113,45 21,58 0,27 79,94 4,38 19,02%

6 7,06 754,13 2,9 105,85 22,89 0,29 78,93 4,44 21,63%

7 6,91 720,03 3,2 99,46 24,12 0,32 75,36 4,42 24,25%

8 6,91 696,27 3,5 99,46 25,51 0,35 72,88 4,24 25,65%

9 6,83 681,73 3,85 96,04 27,47 0,385 71,35 4,10 28,60%

10 6,89 659,60 4,3 98,38 29,69 0,43 69,04 3,96 30,17%

11 7,32 598,60 4,6 118,23 28,82 0,46 62,65 3,50 24,38%

12 7,25 559,20 4,8 114,87 28,09 0,48 58,53 3,21 24,46%


48



No

v

angin

(m/s)

n

(rpm)

F

(N)


watt watt Nm rad/s

0 6,91 840,77 0 99,24 0,00 0 88,00 5,10 0,00%

1 6,56 808,80 0,7 85,10 5,93 0,07 84,65 5,11 6,96%

2 6,58 771,33 1,35 85,88 10,90 0,135 80,73 4,81 12,69%

3 6,55 746,03 1,85 84,71 14,45 0,185 78,08 4,78 17,05%

4 6,96 707,00 2,3 101,41 17,02 0,23 74,00 4,25 16,78%

5 7,02 671,40 2,85 104,28 20,03 0,285 70,27 4,08 19,21%

6 7,11 638,00 3,15 108,35 21,03 0,315 66,78 3,76 19,41%

7 6,88 618,50 3,35 98,17 21,69 0,335 64,74 3,79 22,09%

8 6,47 592,07 3,8 81,45 23,55 0,38 61,97 3,91 28,91%

9 6,81 579,90 4,15 95,20 25,19 0,415 60,70 3,40 26,46%

10 6,67 491,97 4,35 89,45 22,40 0,435 51,49 2,65 25,04%



No

v

angin

(m/s)

n

(rpm)

F

(N)


watt watt Nm rad/s

0 5,92 733,00 0 62,38 0,00 0 76,72 5,17 0,00%

1 6,20 712,90 0,45 71,67 3,36 0,045 74,62 4,81 4,69%

2 6,17 690,10 1 70,63 7,22 0,1 72,23 4,75 10,23%

3 6,19 642,30 1,55 71,32 10,42 0,155 67,23 4,33 14,61%

4 6,36 615,93 1,9 77,55 12,25 0,19 64,47 4,04 15,80%

5 6,35 579,23 2,4 77,18 14,55 0,24 60,63 3,78 18,85%

6 6,36 535,93 2,9 77,55 16,27 0,29 56,09 3,63 20,98%

7 6,23 523,10 3 72,71 16,43 0,3 54,75 3,43 22,59%

8 6,19 401,03 3,45 71,32 14,48 0,345 41,97 2,52 20,30%



No

v

angin

(m/s)

n

(rpm)

F

(N)


watt watt Nm rad/s

0 5,72 685,53 0 56,27 0,00 0 71,75 4,96 0,00%

1 5,93 643,37 0,45 62,86 3,03 0,045 67,34 4,44 4,82%

2 5,74 604,70 1 56,86 6,33 0,1 63,29 4,41 11,13%

3 5,62 564,83 1,5 53,36 8,87 0,15 59,12 4,23 16,62%

4 5,61 518,13 1,85 53,08 10,03 0,185 54,23 3,89 18,90%

5 5,37 494,93 2,35 46,55 12,17 0,235 51,80 3,87 26,15%


49



No

v

angin

(m/s)

n

(rpm)

F

(N)


watt watt Nm rad/s

0 5,51 632,87 0 50,43 0,00 0 66,24 4,79 0,00%

1 5,55 599,60 0,5 51,39 3,14 0,05 62,76 4,47 6,11%

2 5,27 551,10 1,1 44,12 6,34 0,11 57,68 4,38 14,38%

3 5,50 491,10 1,55 50,02 7,97 0,155 51,40 3,64 15,93%

4 5,31 424,33 2,05 45,00 9,10 0,205 44,41 3,25 20,23%

5 5,23 326,57 2,4 43,12 8,20 0,24 34,18 2,47 19,02%


Pemakaian Moncong.

Hasil perhitungan pengujian kincir pada variasi kemiringan sudu 0° dengan

pemasangan moncong pada Tabel (4.26), Tabel (4.27), Tabel (4.28), Tabel (4.29),

dan Tabel (4.30), diperoleh berdasarkan data pengujian kincir pada Tabel (4.5).

hasil perhitungan kelima tabel tersebut dibuat berdasarkan variasi dari posisi jarak

blower terhadap mulut terowongan angin, sehingga diperoleh variasi kecepatan

angin.



No

v

angin n (rpm) F Pin Pout Torsi ω

tsr Cp

m/s N watt watt Nm rad/s

0 6,94 1172,00 0 100,54 0,00 0,00 122,67 7,05 0,00%

1 7,07 1138,00 0,6 106,53 7,15 0,06 119,11 6,73 6,71%

2 7,43 1079,00 1,3 123,39 14,68 0,13 112,94 6,07 11,90%

3 7,25 1050,67 1,6 114,63 17,60 0,16 109,97 6,05 15,35%

4 7,13 986,60 2,1 109,26 21,69 0,21 103,26 5,81 19,85%

5 7,16 940,80 2,55 110,65 25,11 0,26 98,47 5,46 22,69%

6 6,99 875,37 2,85 102,95 26,11 0,29 91,62 5,29 25,36%

7 6,84 838,90 3,25 96,46 28,54 0,33 87,80 5,15 29,58%

8 7,06 794,50 3,5 106,08 29,11 0,35 83,16 4,70 27,44%

9 7,01 724,53 3,9 103,62 29,58 0,39 75,83 4,46 28,54%


50



No

v

angin n (rpm) F Pin Pout Torsi ω

tsr Cp


0 6,47 1127,67 0 81,45 0,00 0,00 118,03 6,96 0,00%

1 6,66 1020,33 0,65 88,85 6,94 0,07 106,79 6,50 7,81%

2 6,48 981,03 1,15 82,02 11,81 0,12 102,68 6,39 14,40%

3 6,78 905,70 1,7 93,95 16,12 0,17 94,80 5,62 17,15%

4 6,77 870,07 2 93,53 18,21 0,20 91,07 5,32 19,47%

5 6,69 818,60 2,45 90,26 20,99 0,25 85,68 5,15 23,26%

6 7,01 735,33 2,95 103,84 22,70 0,30 76,96 4,28 21,87%

7 6,63 667,00 3,4 87,65 23,74 0,34 69,81 4,31 27,08%



No

v

angin n

(rpm)

F Pin Pout Torsi ω tsr Cp


0 5,99 985,47 0 64,62 0,00 0,00 103,15 6,85 0,00%

1 5,91 930,40 0,6 62,22 5,84 0,06 97,38 6,64 9,39%

2 6,07 849,17 1,25 67,42 11,11 0,13 88,88 5,86 16,48%

3 6,25 815,23 1,6 73,42 13,65 0,16 85,33 5,44 18,60%

4 6,21 761,27 2,1 72,19 16,73 0,21 79,68 5,12 23,18%

5 6,14 695,63 2,4 69,61 17,47 0,24 72,81 4,84 25,10%

6 5,79 702,90 2,6 58,36 19,13 0,26 73,57 5,07 32,78%

7 5,69 624,87 2,9 55,53 18,97 0,29 65,40 4,57 34,16%



No

v

angin n

(rpm)



0 5,75 871,97 0 57,31 0,00 0,00 91,27 6,32 0,00%

1 5,75 823,60 0,7 57,16 6,03 0,07 86,20 6,01 10,56%

2 5,60 774,57 1,2 52,94 9,73 0,12 81,07 5,83 18,38%

3 5,78 713,00 1,65 58,06 12,31 0,17 74,63 5,07 21,21%

4 5,71 642,37 2,05 56,12 13,78 0,21 67,23 4,78 24,56%

5 5,74 489,17 2,45 56,86 12,54 0,25 51,20 3,30 22,06%


51



No

v

angin n

(rpm)



0 5,29 833,40 0 44,50 0,00 0,00 87,23 6,88 0,00%

1 5,75 783,33 0,5 57,16 4,10 0,05 81,99 5,66 7,17%

2 5,43 736,20 0,95 48,26 7,32 0,10 77,06 5,95 15,17%

3 5,50 657,57 1,4 50,02 9,64 0,14 68,83 4,97 19,27%

4 5,49 546,63 1,9 49,74 10,87 0,19 57,21 4,25 21,85%


Pemakaian Moncong.

Hasil perhitungan pengujian pada Tabel (4.31), Tabel (4.32), Tabel (4.33),

Tabel (4.34), dan Tabel (4.35), diperoleh berdasarkan data pengujian kincir pada

Tabel (4.6).



No

v

angin

(m/s)

n (rpm) F

(N)


watt watt Nm rad/s

0 6,91 1146,00 0 99,46 0,00 0 119,95 6,94 0,00%

1 6,57 1117,00 0,55 85,49 6,43 0,055 116,91 7,02 7,52%

2 6,47 1065,67 1,1 81,45 12,27 0,11 111,54 6,83 15,06%

3 7,09 1012,33 1,6 107,21 16,95 0,16 105,96 6,00 15,81%

4 6,54 912,47 2,05 84,13 19,58 0,205 95,50 5,82 23,27%

5 6,89 898,27 2,4 98,60 22,56 0,24 94,02 5,41 22,89%

6 7,16 861,57 2,85 110,65 25,70 0,285 90,18 5,06 23,23%

7 6,86 800,43 3,4 97,10 28,48 0,34 83,78 4,82 29,34%

8 7,13 725,67 3,65 109,03 27,72 0,365 75,95 4,16 25,43%



No

v

angin

(m/s)

n (rpm) F

(N)


watt watt Nm rad/s

0 6,29 1062,67 0 74,84 0,00 0 111,23 7,03 0,00%

1 6,26 1034,33 0,55 73,95 5,95 0,055 108,26 6,89 8,05%


52


kemiringan sudut sudu 0° tanpa pemasangan moncong (lanjutan).

No

v

angin

(m/s)

n (rpm) F

(N)


watt watt Nm rad/s

2 6,76 990,70 1 93,12 10,37 0,1 103,69 6,10 11,14%

3 6,71 936,13 1,4 90,87 13,72 0,14 97,98 5,88 15,10%

4 6,77 865,43 1,85 93,53 16,76 0,185 90,58 5,32 17,92%

5 6,49 843,80 2,1 82,40 18,55 0,21 88,32 5,41 22,51%

6 6,43 794,80 2,55 80,14 21,21 0,255 83,19 5,18 26,47%

7 6,61 701,47 2,95 87,06 21,66 0,295 73,42 4,45 24,88%

8 6,57 600,30 3,3 85,49 20,73 0,33 62,83 3,63 24,25%



No

v

angin

(m/s)

n (rpm) F

(N)


watt watt Nm rad/s

0 5,92 912,43 0 62,54 0,00 0 95,50 6,43 0,00%

1 6,10 892,27 0,5 68,42 4,67 0,05 93,39 6,11 6,82%

2 6,20 855,60 0,9 71,67 8,06 0,09 89,55 5,78 11,25%

3 6,29 818,53 1,35 74,84 11,57 0,135 85,67 5,38 15,45%

4 6,18 780,03 1,75 71,15 14,29 0,175 81,64 5,22 20,08%

5 6,52 730,90 2,15 83,36 16,45 0,215 76,50 4,68 19,73%

6 6,20 614,87 2,4 71,84 15,45 0,24 64,36 4,13 21,50%



No

v

angin

(m/s)

n (rpm) F

(N)


watt watt Nm rad/s

0 5,20 846,53 0 42,26 0,00 0 88,60 6,79 0,00%

1 5,48 824,70 0,4 49,47 3,45 0,04 86,32 6,35 6,98%

2 5,68 768,90 0,85 55,09 6,84 0,085 80,48 5,62 12,42%

3 5,64 717,73 1,3 53,94 9,77 0,13 75,12 5,39 18,11%

4 5,54 661,57 1,75 51,25 12,12 0,175 69,24 4,89 23,64%

5 5,79 497,53 2,05 58,51 10,68 0,205 52,08 3,30 18,25%


53



No

v

angin

(m/s)

n (rpm) F

(N)


watt watt Nm rad/s

0 5,20 800,93 0 42,26 0,00 0 83,83 6,46 0,00%

1 4,93 767,67 0,35 36,01 2,81 0,035 80,35 6,57 7,81%

2 5,67 716,40 0,85 54,95 6,37 0,085 74,98 5,38 11,60%

3 5,23 660,43 1,1 43,12 7,60 0,11 69,13 5,29 17,63%

4 5,21 599,30 1,55 42,63 9,72 0,155 62,73 4,73 22,81%

5 4,97 474,80 1,9 36,89 9,44 0,19 49,70 4,12 25,59%

4.4 Grafik Hasil Pengolahan Data Pengujian.

Tampilan grafik hasil pengolahan data bertujuan untuk menampilkan

hubungan antara Gaya (F) dengan kecepatan putar kincir (n), Daya yang

dihasilkan kincir (Pout) dengan kecepatan putar kincir (n), tip speed ratio (tsr)

dengan koefisien daya kincir (Cp). Hubungan antar variabel tersebut

dibandingkan dengan setiap masing masing posisi kincir angin berdasarkan

kemiringan sudut sudu terhadap arah putar kincir dan dengan pemasangan

moncong atau tidak. Dengan perbandingan masing-masing posisi kincir ini dapat

diketahui pengaturan posisi kincir angin tipe propeler berbahan pipa yang paling

efektif.

4.4.1 Variasi Sudut Sudu 20° Terhadap Arah Putar Kincir

Data pada grafik berikut diambil berdasarkan hasil perhitungan dan data

yang tersedia pada Tabel (4.7), Tabel (4.8), Tabel (4.9), Tabel (4.10), dan Tabel

(4.11) untuk data kincir angin yang menggunakan moncong. Grafik untuk

menampilkan hasil perhitungan kincir angin tanpa moncong ditunjukan pada

Tabel (4.12), Tabel (4.13), Tabel (4.14), Tabel (4.15), dan Tabel (4.16).


54


kecepatan putar kincir (n) pada variasi kemiringan sudu 20° terhadap

arah putar kincir dengan pemakaian moncong.


kecepatan putar kincir (n) pada variasi kemiringan sudu 20° terhadap

arah putar kincir tanpa pemakaian moncong.

0

100

200

300

400

500

600

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Kec

epat

an p

uta

r kin

cir,

n(r

pm

)

Torsi kincir, T (Nm)

0

100

200

300

400

500

600

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

kec

epat

an p

uta

r kin

cir,

n(r

pm

)



55

Gambar 4. 3 Grafik hubungan antara torsi (T) yang dihasilkan kincir dengan daya

yang dihasilkan kincir (Pout) pada variasi kemiringan sudu 20°

terhadap arah putar kincir dengan pemakaian moncong.



terhadap arah putar kincir tanpa pemakaian moncong.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Day

a kel

uar

an k

inci

r, P

ou

t(w

att)


V =5,49 m/s

0

5

10

15

20

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

Day

a kel

uar

an k

inci

r, P

ou

t (w

att)



56

Hubungan torsi dengan kecepatan putar yang dihasilkan kincir yang

ditampilkan grafik pada Gambar (4.1) dan Gambar (4.2) menunjukan pengaruh

kecepatan angin dan pembebanan terhadap besarnya kecepatan putar kincir angin.

Pada kondisi kincir berputar tanpa beban dan kecepatan angin maksimal, putaran

yang dihasilkan adalah 574,40 rpm dengan pemasangan moncong dan 573,97 rpm

tanpa pemasangan moncong. Pada kecepatan angin maksimal ini, torsi maksimal

yang dihasilkan kincir sebesar 0,5 Nm dengan kecepatan putar 347,43 rpm dengan

pemasangan moncong. Uji coba kincir tanpa pemasangan moncong, torsi

maksimal yang dihasilkan kincir sebesar 0,44 Nm dengan kecepatan putar 394,2

rpm.

Pada variasi kecepatan angin yang terkecil, torsi maksimal yang dihasilkan

kincir angin dengan pemakaian moncong sebesar 0,24 pada kecepatan putar 245,4

rpm. Pada kondisi tanpa pemasangan moncong, torsi maksimal yang dihasilkan

sebesar 0,215 pada kecepatan putar 274,07 rpm.

Daya angin yang mampu dikonversi oleh kincir angin pada kecepatan

maksimal yang ditunjukan grafik pada Gambar (4.3) dan Gambar (4.4) sebesar

19,9 watt dengan pemasangan sudu dan 18,5 watt tanpa pemasangan sudu.

Semakin kecil kecepatan angin maka daya keluaran kincir semakin kecil, hal ini

disebabkan karena daya yang tersedia pada angin yang semakin mengecil ketika

kecepatannya menurun.

Kincir angin dengan pemasangan moncong menghasilkan koefisien daya

terbesar yaitu 14,1% pada tip speed ratio 1,75 menurut grafik pada Gambar (4.5).


57

Koefisien daya kincir tanpa pemakaian moncong sebesar tip speed ratio 13,1%

pada 2,4. Pada variasi kemiringan sudu 20° terhadap arah putar kincir,

penambahan moncong memberikan selisih koefisien daya sebesar 2,51%.

Pemasangan moncong dalam uji coba pengambilan data ini membantu

mengarahkan agin yang menuju kincir menuju sudu kincirnya.

Gambar 4. 5 Grafik perbandingan koefisien daya kincir dengan tip speed ratio

pada variasi sudut kemiringan sudu 20° terhadap arah putar kincir.


Penyajian hasil perhitungan dalam bentuk grafik untuk variasi kemiringan

sudu 10° terhadap arah putar kincir dengan pemakaian moncong diambil

berdasarkan hasil perhitungan pada Tabel (4.17), Tabel (4.18) Tabel (4.19), Tabel

(4.20), dan Tabel (4.21). Grafik untuk posisi tanpa pemakaian moncong

ditampilkan berdasarkan hasil perhitungan pada Tabel (4.22), Tabel (4.23) Tabel

(4.24), Tabel (4.25), dan Tabel (4.26).

0

5

10

15

20

25

0 1 2 3 4

Ko

efis

ien d

aya

kin

cir,

Cp

(%

)

tip speed ratio, tsr

Dengan Moncong

Tanpa Moncong


58



terhadap arah putar kincir dengan pemakain moncong.



terhadap arah putar kincir tanpa pemakain moncong.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Kec

epat

an p

uta

r kin

cir,

n(r

pm

)


0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Kec

epat

an p

uta

r kin

cir,

n(r

pm

)



59



terhadap arah putar kincir dengan pemakaian moncong.



terhadap arah putar kincir tanpa pemakaian moncong.

0

5

10

15

20

25

30

35

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Day

a kel

uar

an k

inci

r P

ou

t(w

att)


V =5,66 m/s

0

5

10

15

20

25

30

35

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Day

a kel

uar

an k

inci

r, P

ou

t(w

att)


V =6,22 m/s


60

Pada posisi sudu dengan kemiringan yang telah dikurangi menjadi 10°

terhadap arah putar kincir, terjadi penambahan kecepatan putar. Pada kondisi

tanpa beban kecepatan putar menjadi 882,97 rpm tanpa pemasangan moncong dan

895,70 rpm dengan pemasangan moncong. Peningkatan kecepatan putar ini

merupakan pengaruh aerodinamika posisi sudu kincir yang bergerak terhadap arah

putarnya. Posisi kemiringan sudu yang lebih kecil mengurangi gaya hambat ketika

sudu itu bergerak menuju arah putarnya. Pengaruh penurunan kecepatan angin

terhadap kecepatan putar kincir seperti yang ditampilkan pada grafik dalam

Gambar (4.6) dan Gambar (4.7) adalah semakin menurunnya kecepatan putar

kincir.

Torsi yang mampu diberikan kincir pada saat kecepatan angin maksimal

meningkat jika dibanding posisi kemiringan sudu 20° yaitu sebesar 0,53 Nm

dengan pemasangan moncong dan 0,48 Nm tanpa pemasangan moncong. Pada

saat kecepatan angin dalam posisi minimal, torsi yang dihasilkan kincir pada

kemiringan sudut ini menjadi lebih kecil daripada kincir dengan posisi kemiringan

sudut 20° terhadap arah putar kincir.

Daya yang dihasilkan kincir angin dengan posisi kemiringan sudu 10°

meningkat jika dibandingkan kincir dengan kemiringan sudu 20°. Pada grafik

Gambar (4.8) dan Gambar (4.9) menunjukan daya yang dihasilkan kincir pada

kecepatan angin maksimal sebesar 30,35 watt dengan pemasangan moncong dan

29,69 watt tanpa pemasangan moncong. Pada kecepatan angin terendah pun daya


61

keluaran yang dihasilkan kincir pada kemiringan sudut ini juga lebih besar

dibanding pada saat posisi kemiringan sudu 20°.



Koefisien daya variasi kincir ini dengan pemasangan moncong mencapai

25% pada tip speed ratio 3,2. Pada kondisi tanpa pemasangan moncong, koefisien

dayanya turun 2,04% menjadi 24% pada tip speed ratio 3,4.


Grafik yang disajikan berikut diambil berdasarkan hasil perhitungan pada

Tabel (4.27), Tabel (4.28) Tabel (4.29), Tabel (4.30), dan Tabel (4.31) untuk

variasi kincir data kincir dengan pemakaian moncong. Pada saat dikondisikan

dalam posisi tanpa pemakaian moncong, grafik ditampilkan berdasarkan hasil

perhitungan pada Tabel (4.32), Tabel (4.33) Tabel (4.34), Tabel (4.35), dan Tabel

(4.36).

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5 6

Ko

efis

ien d

aya

kin

cir,

Cp

(%)


Dengan

Moncong

Tanpa

Moncong


62



terhadap arah putar kincir dengan pemasangan moncong.



terhadap arah putar kincir tanpa pemasangan moncong.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

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

kec

epat

an p

uta

r kin

cir,

n(r

pm

)


0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40

Kec

epat

an p

uta

r kin

cir,

n (

rpm

)



63


daya yang dihasilkan kincir (Pout) pada variasi kemiringan sudu 0°

terhadap arah putar kincir dengan pemasangan moncong.


daya yang dihasilkan kincir (Pout) pada variasi kemiringan sudu 0°

terhadap arah putar kincir tanpa pemasangan moncong.

0

5

10

15

20

25

30

35

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

Day

a kel

uar

an k

inci

r, P

ou

t(w

att)


V =5,49 m/s

0

5

10

15

20

25

30

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

Day

a kel

uar

an k

inci

r, P

ou

t(W

att)



64

Dengan posisi kemiringan sudu 0°, torsi yang mampu dihasilkan kincir

angin pada kecepatan angin maksimal yaitu sebesar 0,39 Nm dengan pemasangan

moncong dan 0,365 Nm tanpa pemasangan moncong. Angka ini lebih kecil jika

dibandingkan dengan posisi kemiringan sudu kincir 20° dan 10°. Momen puntir

yang lebih kecil dibanding posisi kemiringan sudu lainnya dalam percobaan

dengan posisi ini disebabkan berdasar analisa hembusan angin yang mendorong

bilah-bilah kincir memerlukan gaya yang lebih besar untuk menggerakan bilah ini

ke arah putar karena kemiringan yang kecil.

Kecepatan putar kincir dengan posisi kemiringan sudu 0° lebih besar

dibanding posisi kemiringan sudu kincir 20° dan 10° dalam keseluruhan variasi

kecepatan angin yang diujicobakan. Posisi kemiringan sudu yang semakin kecil

terhadap arah putar kincir berpengaruh terhadap gaya hambat terhadap arah

pergerakan bilah kincir ke arah putarnya.

Daya keluaran maksimal yang dihasilkan kincir pada posisi ini sebesar

29,58 watt dengan pemasangan moncong dan 28,48 watt dengan kecepatan angin

maksimal. Garfik pada Gambar (4.13) dan Gambar (4.14) menunjukan pengaruh

kecepatan angin terhadap daya keluaran kincir. Semakin kecil kecepatan angin

berakibat daya yang tersedia pada angin itu semakin kecil dan daya yang

dikonversi oleh kincir sebanding dengan daya yang tersedia pada angin tersebut.

Pemasangan moncong sebagai pengarah angin pada posisi sudu 0°

memberikan koefisien daya 4,57% lebih besar dibanding tanpa pemasangan

moncong. Perbandingan koefisien daya dengan tip speed ratio pada posisi ini

adalah yang terbesar dibanding dengan posisi kemiringan sudu 20° dan 10°.


65

Berdasarkan koefisien daya yang ditunjukan grafik pada Gambar (4.15), daya

yang tersedia pada angin yang dikonversi oleh kincir dengan posisi kemiringan

sudu 0° lebih banyak dibading posisi sudu yang lain dalam percobaan.



4.4.4 Analisa Grafik Pada Setiap Variasi Kincir Angin

Masing-masing hasil perhitungan pada setiap variasi kemiringan sudu kincir

terhadap arah putarnya ditampilakan dalam satu grafik untuk mengetahui prestasi

dari setiap variasi. Bagian yang ditampilkan berdasarkan kondisi kincir dengan

kecepatan angin maksimal. Rata-rata kecepatan angin maksimal dalam pengujian

kincir ini sebesar 7,09 m/s. Dengan perbandingan ini dapat diketahui karakteristik

kincir angin berdasarkan posisi kemiringan sudu terhadap arah putar kincir tipe

propeler.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Ko

efis

ien

day

a kin

cir.

Cp

(%)


Dengan

Moncong

Tanpa

Moncong


66

Gambar 4.16 Grafik hubungan torsi dan kecepatan putar masing-masing variasi

kincir pada kecepatan angin maksimal (7,09 m/s).

Grafik pada Gambar (4.16) menunjukan kecepatan putar kincir terbesar

pada kecepatan angin maksimal terjadi pada variasi kemiringan sudu kincir 0°.

Torsi terbesar terjadi pada variasi kincir dengan kemiringan sudu 10°, sedangkan

torsi terkecil terjadi saat kemiringan sudu 0°. Besar torsi ditentukan dengan

pembebanan dalam perangkat pengereman pada saat kincir berputar. Pada variasi

kincir dengan kemiringan sudu 0° dapat diamati garis yang merupakan hubungan

antara kecepatan putar dengan torsi kincir lebih merosot tajam setiap penambahan

pembebanan per 0,1 N. Keadaan ini berbeda dengan garis grafik pada variasi

kemiringan sudu 20°, dimana penurunan kecepatan terhadap torsi tidak begitu

tajam. Dengan grafik tersebut dapat dianalisa bahwa kincir dengan kemiringan

sudu 0° torsi yang mampu dihasilkan kincir lebih kecil dibanding kemiringan

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Kec

epat

an p

uta

r kin

cir

,n(r

pm

)


dengan

moncong

tanpa

moncong


67

sudu yang lebih besar, tetapi kecepatan putar kincir yang dihasilkan paling besar

daripada variasi lainnya.

Gambar 4. 17 Grafik hubungan torsi dan daya kincir masing-masing variasi kincir

pada kecepatan angin maksimal (7,09 m/s).

Gambar 4. 18 Grafik perbandingan koefisien daya kincir pada setiap variasi

kemiringan sudu.

0

5

10

15

20

25

30

35

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Day

a kel

uar

an k

inci

r, P

ou

t(w

att)


dengan

moncong

tanpa moncong

sudut 10°

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Koef

isie

n d

aya

kin

cir,

Cp

(%)


Dengan

moncong

tanpa

moncong

sudut 20°

sudut 10°

sudut 0°


68

Kecepatan angin berpengaruh terhadap daya yang tersedia pada angin.

Grafik dalam Gambar (4.17) menunjukan kincir dengan kemiringan sudu 0° lebih

besar dalam menghasilkan daya keluaran yang dikonversi dari energi angin

daripada kedua variasi lainnya.

Kincir dengan kemiringan sudu 0° menduduki koefisien daya tertinggi

dalam hasil pengambilan data dengan 3 variasi kemiringan sudut. Daya yang

tersedia pada angin dapat dikonversi sebesar 26% pada tip speed ratio 4,25 seperti

yang tertera pada Gambar (4.18).


69

BAB V

KESIMPULAN

BAB V KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan

Semua proses yang melibatkan pengambilan data dengan pengujicobaan

kincir angin tipe propeler dua sudu dan dilanjutkan dengan analisa melalui

perhitungan maupun grafis dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:

1. Telah dibuat kincir angin tipe propeller berbahan pipa 6 in dengan

diameter sapuan 0,8 meter.

2. Telah diperoleh data karakteristik kincir angin dengan grafik

hubungan koefisien daya (Cp) dan tip speed ratio (tsr).

3. Daya maksimal yang dihasilkan kincir dengan variasi kemiringan

sudu 0° sebesar 29,6 watt pada kecepatan angin 7,01 m/s dengan

koefisien daya maksimal 26% pada tsr 4,25. Besarnya koefisien daya

maksimal bertambah 4,6% dengan pemasangan moncong.



koefisien daya maksimal 24% pada tsr 3,4. Besarnya koefisien daya

maksimal bertambah 2,1% dengan pemasangan moncong.



koefisien daya maksimal 14,1% pada tsr 1,75. Besarnya koefisien

daya maksimal bertambah 2,5% dengan pemasangan moncong.


70

6. Unjuk kerja kincir angin dengan variasi kemiringan sudu 0°

merupakan unjuk kerja terbaik dari keseluruhan variasi kemiringan

sudu dalam penelitian.

5.2 Saran

Perbaikan-perbaikan untuk meningkatkan kinerja dan pengembangan kincir tipe

propeler dua sudu berbahan pipa 6 inch ini memerlukan beberapa saran yaitu:

1. Untuk meningkatkan koefisien daya kincir angin dengan

meningkatkan kepresisian dimensi komponen kincir angin.

2. Pengembangan lebih lanjut mengenai material dan perlindungan

komponen kincir terhadap cuaca.

3. Penelitian lebih lanjut terhadap variasi pemasangan moncong

pengarah angin pada kincir.


71

DAFTAR PUSTAKA

Burton, Tony. Sharpe, David. Jenkins, Nick. Bossanyi, Ervin., Wind Energy

Handbook, Wiley : New York, 2001

Daryanto. Y. 2007. Kajian Potensi Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu.

BALAI PPTAGG-UPT-LAGG.

Irwin, J. David. 2001. Mechanical Engineer’s Handbook, Auburn Universty

:Auburn, Alabama.

Johnson, G.L. 2006. Wind Energy System. Manhattan.

Johnson, G.L. 1997. The Search for A New Energy Source. Manhattan.

Piggott, Hugh. 2000. Wind Power Workshop. Building Your Own Wind Turbine.

C. A. T. Publication.

Soeripno, 1992, Uji Coba Pemanfaatan SKEA Untuk Pengairan Sawah Serang

Jawa Barat, Warta LAPAN No. 60/61, Jakarta.


Documents

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJInaskah ini menjadi cambuk bagi penulis untuk terus belajar, maka segala bentuk kritik dan saran yang membangun akan penulis terima. Penulis