UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT … · ekonomi dan dikarenakan ketersedian bahan bakar minyak, gas maupun batu bara tersebut semakin menipis. ... 2.1.3 Klasifikasi

i

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL

EMPAT SUDU BERBAHAN KOMPOSIT BERDIAMETER 100

CM LEBAR MAKSIMUM 13 CM DENGAN JARAK 20 CM

DARI PUSAT POROS

SKRIPSI

Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin S-1

Disusun Oleh :

ANTONIUS WIRANTO

NIM :125214069

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2016

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE PERFORMANCE OF WIND TUNEL HORIZONTAL

SHAFT FOUR BLADE WITH COMPOSITE MATERIAL

WITH DIAMETER 100 CM MAXIMUM WIDTH 13 CM WITH

20 CM DISTANCE FROM THE AXIS OF SHAFT

FINAL PROJECT

As Partical Fulfillment of the Requirement

To Getting The Sarjana Teknik degree In Mechanical Engineering

By :

ANTONIUS WIRANTO

Student Number :125214069

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2016


iii


iv


v

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Dengan ini penulis menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam skripsi

dengan judul :

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU

BERBAHAN KOMPOSIT BERDIAMETER 100 CM LEBAR MAKSIMUM

13 CM DENGAN JARAK 20 CM DARI PUSAT POROS

Yang dibuat untuk melengkapi persyaratan yang wajib ditempuh untuk menjadi

Sarjana Teknik pada program Strata-1, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan

Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta, sejauh yang saya ketahui

bukan merupakan tiruan dari Tugas Akhir yang sudah dipublikasikan di

Perguruan tinggi manapun, kecuali bagian informasi yang dicantumkan dalam

daftar pustaka.

Dibuat di : Yogyakarta

Pada tanggal 25 Agustus 2016

Antonius Wiranto


vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIS

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

Nama : ANTONIUS WIRANTO

Nomor Mahasiswa : 125214069

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU

BERBAHAN KOMPOSIT BERDIAMETER 100 CM LEBAR MAKSIMUM

13 CM DENGAN JARAK 20 CM DARI PUSAT POROS

Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas

Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain,

mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan

mempublikasikanya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa

perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama

tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal 25 Agustus 2016

Yang menyatakan

Antonius wiranto


vii

INTISARI

Kebutuhan listrik di Indonesia dari tahun ke tahun mengalami peningkatan

hal ini terjadi dikarenakan, bertambahnya jumlah penduduk, pertumbuhan

ekonomi dan dikarenakan ketersedian bahan bakar minyak, gas maupun batu bara

tersebut semakin menipis. Atas dasar kondisi tersebut, muncul adanya ide untuk

menghasilkan energi alternatif yang tidak terbatas misalnya energi angin. Untuk

tujuan dari penelitian ini yaitu: Merancang dan membuat desain sudu kincir angin

poros horizontal empat sudu bahan komposit, mengetahui unjuk kerja kincir angin

poros horizontal empat sudu, mengetahui nilai Coefisien Performance (Cp) dan

tip speed ratio (TSR) dari kincir angin poros horizontal empat sudu bahan

komposit.

Kincir angin yang diteliti adalah kincir angin propeller poros horizontal

empat sudu berbahan komposit berdiameter 100 cm lebar maksimum 13 cm

berjarak 20 cm dari sumbu poros. Terdapat tiga variasi perlakuan kecepatan angin,

variasi kecepatan angin pertama dengan kecepatan angin 10,2 m/s, variasi

kecepatan angin kedua 8,2 m/s dan variasi kcepatan angin yang ketiga 6,2 m/s.

Agar mendapatkan daya kincir, torsi, koefisien daya maksimal, dan tip speed ratio

pada kincir, maka poros kincir dihubungkan ke mekanisme pembebanan dengan

menggunakan lampu yang berfungsi untuk pemberian beban pada kincir.

Dari hasil penelitian ini, untuk variasi kecepatan angin 10,2 m/s,

menghasilkan koefisien daya mekanis maksimal sebesar 19,4% pada tip speed

ratio 2,6 dengan daya output sekitar 96 watt dan torsi sebesar 1,85 N.m. Untuk

variasi kecepatan angin 8,2 m/s menghasilkan koefisien daya mekanis maksimal

sebesar 27,1% pada tip speed ratio 2,5 dengan daya output sekitar 70 watt dan

torsi sebesar 1,70 N.m. Untuk variasi kecepatan angin 6,2 m/s menghasilkan

koefisien daya mekanis maksimal sebesar 36,4% pada tip speed ratio 2,9 dengan

daya output sekitar 40 watt dan torsi sebesar 1,17 N.m. Dari ketiga kincir angin

yang sudah diteliti, dapat disimpulkan bahwa kincir angin dengan variasi

kecepatan angin 6,2 m/s memiliki nilai koefisien daya maksimal dan tip speed

ratio paling tinggi.

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


viii

ABSTRACT

The demand for electricity in Indonesia over years has increased because the

number of population increased economic growth and the lack of availability of

fuel oil, gas or coal. Based on these conditions, the emerged the idea to produce

alternative energy that is not limited eg wind energy. For the purposes of this

study are: Designing and design blade windmill horizontal shaft four-blade

composite materials, know the performance of windmills horizontal shaft four-

blade, knowing the value coefficient Performance (Cp) and the tip speed ratio

(TSR) of windmills horizontal shaft four-blade composite materials.

The experimental windmill type was horizontal shaft windmill propeller four

blades made of composites with maximum diameter of 100 cm, width 13 cm

within 20 cm from the axis of the shaft. There are three variations of wind speed;

10.2 m / s, 8.2 m / s and 6.2 m / s. In order to obtain windmill power, torque, and

maximum power coefficient and tip speed ratio at the wheel, the wheel shaft

connected to load mechanism by using lights that function for giving the load on

the wheel.

The results of this experiment for variations of wind speed of 10.2 m/s produced

maximum mechanical power coefficient reached at 19.4% on a tip speed ratio of

2.6 with 96 watt power output and torques 1.85 N.m. The results for variation of

wind speed of 8.2 m/s produced the maximum mechanical power coefficient of

27.1% on a tip speed ratio of 2.5 with 70 watt power output and torque 1.70 N.m.

For variation of wind speed of 6.2 m/s, this experiment produced mechanical

power coefficient maximum at 36.4% on a tip speed ratio of 2.9 with an output

power of about 40 watts and torque at 1.17 N.m. From the three windmills that

have been examined, it can be concluded that the windmill with wind speed of 6.2

m/s has a maximum power coefficient and reached the highest tip speed ratio.

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


ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan

berkah-Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsi. Skripsi ini diajukan sebagai

salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik

Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

Banyak hambatan yang dialami penulis selama proses penulisan skripsi.

Namun karena kuasa Tuhan Yang Maha Esa, bantuan dan keterlibatan berbagai

pihak, penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan baik. Oleh karena itu, pada

kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih atas segala bantuan,

dukungan dan dorongan, baik secara moril, materil dan spiritual antara lain

kepada :

1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas segala yang telah

diberikan selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas

Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin,

selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan saran,

bimbingan dan atas segala yang telah diberikan selama penulis belajar di

Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas

Sanata Dharma, Yogyakarta.

3. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing skripsi yang telah

memberikan waktu, tenaga dan pikiran selama penulisan skripsi.

4. Segenap dosen dan staff Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata

Dharma, Yogyakarta atas segala kerjasama, pelayanan dan bimbingan selama

penulis menempuh kuliah dan proses penulisan skripsi.


x

5. Markus Tukidi dan Katarina sebagai kedua orang tua penulis yang selalu

memberi semangat baik berupa materi maupun spiritual.

6. Saudara-saudaraku tercinta (Yohanes Jiwanto S.T, fx.Triyanto dan Margarita

Warni) yang selalu mendukung dan mendoakan.

7. Teman-teman Teknik Mesin Angkatan 2012 Universitas Sanata Dharma dan

teman-teman dari penulis lainnya yang tidak bisa disebutkan satu per satu.

Akhir kata, penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini tidaklah sempurna,

Tidak ada gading yang tak retak sehingga kritik dan saran yang bersifat

membangun dari pembaca sangat diharapkan demi penyempurnaan skripsi ini di

kemudian hari . Akhirnya, besar harapan penulis agar skripsi ini dapat bermanfaat

bagi kita semua.

Yogyakarta 25 Agustus 2016

Penulis


xi

DAFTAR ISI

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

HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................... iv

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

LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI ............................................................ vi

INTISARI ............................................................................................................. vii

ABSTRACT ........................................................................................................ viii

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

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

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. xv

DAFTAR TABEL ............................................................................................. xviii

DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xix

DAFTAR SIMBOL ............................................................................................... xx

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

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

1.2 Rumusan Masalah .................................................................................... 3

1.3 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3

1.4 Batasan Masalah ..................................................................................... 3

1.5 Manfaat Penelitian ................................................................................... 4

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ......................................... 5

2.1 Dasar Teori ............................................................................................... 5

2.1.1 Energi Angin .......................................................................................... 5

2.1.2 Kondisi Angin ........................................................................................ 6

2.1.3 Klasifikasi Turbin Angin ....................................................................... 7

2.1.4 Jenis – Jenis Kincir Angin ..................................................................... 8

2.1.4.1 Kincir Angin Sumbu Horizontal ......................................................... 8


xii

2.1.4.2 Kincir Angin Sumbu Vertikal …......................................................10

2.1.5 Kandungan Energi Dalam Angin ........................................................ 13

2.1.6 Pengukuran Angin ............................................................................... 13

2.1.7 Hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio….................14

2.1.8 Rumus Perhitungan .............................................................................15

2.1.8.1Rumus Energi Kinetik .......................................................................... 15

2.1.8.2 Rumus Daya Angin ............................................................................. 16

2.1.8.3 Rumus Tip Speed Ratio (tsr) ................................................................ 17

2.1.8.4 Rumus Torsi ....................................................................................... 17

2.1.8.5 Rumus Daya Mekanis .......................................................................... 18

2.1.8.6 Rumus Daya Listrik............................................................................. 19

2.1.8.7 Rumus Koefisien Daya (Cp) ................................................................ 19

2.1.9 Komposit ............................................................................................ 20

2.1.9.1 Klasifikasi Bahan Komposit Serat .................................................... 20

2.1.9.2 Tipe Komposit Serat ......................................................................... 22

2.1.9.3 Faktor Kekuatan Komposit ............................................................... 23

2.1.10 Serat .................................................................................................. 25

2.1.10.1 Serat Alami .................................................................................... 26

2.1.10.2 Serat Buatan .................................................................................... 29

2.1.11 Matrik ................................................................................................ 31

2.1.12 Jenis-jenis Polimer/Resin ..................................................................35

2.1.12.1 Resin Termoset ..............................................................................37

2.1.12.2 Resin Fenol ....................................................................................37

2.1.12.3 Resin urea-formaldehid (Resin Urea) ............................................38

2.1.12.4 Resin Melamin ...............................................................................39

2.1.12.5 Resin Epoksi ..................................................................................41


http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Turbin_angin_sumbu_vertikal&action=edit&redlink=1

xiii

2.1.12.6 Resin Poliuretan .............................................................................42

2.1.12.7 Resin Poliester Tak Jenuh ..............................................................43

2.1.13 Katalis ...............................................................................................46

2.2 Tinjauan Pustaka ....................................................................................46

BAB III METODE PENELITIAN......................................................................... 50

3.1 Diagram Penelitian ................................................................................ 50

3.2 Alat Dan Bahan ...................................................................................... 51

3.3 Desain Kincir ......................................................................................... 56

3.4 Pembuatan Sudu / Blade Kincir Angin ................................................... 57

3.4.1 Alat Dan Bahan.................................................................................... 57

3.4.2 Proses Pembuatan Sudu / Blade .......................................................... 58

3.5 Langkah Penelitian ................................................................................ 63

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN ............................................. 65

4.1 Data Hasil Pengujian .............................................................................. 65

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan .......................................................... 67

4.2.1 Perhitungan Daya Angin ..................................................................... 67

4.2.2 Perhitungan Torsi ................................................................................ 68

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir .................................................................... 69

4.2.4 Perhitungan Daya Listrik .................................................................... 69

4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr) ...................................................... 70

4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya (Cp) ....................................................... 70

4.3 Data Hasil Perhitungan .......................................................................... 71

4.4 Grafik Hasil Perhitungan ....................................................................... 75

4.4.1 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Daya Pada Variasi

Kecepatan Angin Rata – Rata 10,2 m/s ............................................. 75


Kecepatan Angin Rata – Rata 8,2 m/s ............................................... 76


xiv


Kecepatan Angin Rata - Rata 6,2 m/s ............................................... 77

4.4.4 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Daya Mekanis Untuk Tiga

Variasi Kecepatan Angin ..................................................................... 78

4.4.5 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Daya Elektris Untuk Tiga

Variasi Kecepatan Angin ..................................................................... 79

4.4.6 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Torsi Untuk Kecepatan

Angin Rata - Rata 10,2 m/s ................................................................. 80

4.4.7 Grafik Hubungan Antara Putran Poros dan Torsi Untuk Kecepatan

Angin Rata - Rata 8,2 m/s ................................................................... 81


Angin Rata - Rata 6,2 m/s ................................................................... 82

4.4.9 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Torsi Untuk Tiga variasi

Kecepatan Angin ................................................................................. 83

4.4.10 Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya Pada Variasi

Kecepatan Angin Rata – Rata 10,2 m/s ............................................ 84

4.4.11 Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien DayaPada Variasi

Kecepatan Angin Rata – Rata 8,2 m/s .............................................. 85

4.4.12 Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya pada Variasi

Kecepatan Angin Rata – Rata 6,2 m/s .............................................. 86

4.4.13 Grafik Perbandingan Koefisien Daya Mekanis Maksimal Dengan Tip

Speed RatioPada Tiga Variasi Kecepatan Angin .............................. 87

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................. 89

5.1 Kesimpulan ............................................................................................ 89

5.2 Saran ...................................................................................................... 90

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 91

LAMPIRAN .......................................................................................................... 92


xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Konsumsi Energi .................................................................................. 1

Gambar 2.1 Kincir Angin Sumbu Horizontal ......................................................... 9

Gambar 2.2 Kincir Angin Sumbu Vertikal ........................................................... 11

Gambar 2.3 Anemometer Digital ........................................................................... 14

Gambar 2.4 Grafik Koefisien Daya (Cp) dengan Tips Speed Ratio (TSR) ........... 15

Gambar 2.5 Klasifikasi Bahan Komposit............................................................... 21

Gambar 2.6 Tipe Discontinuous Fiber ................................................................... 22

Gambar 2.7 Tipe Komposit Serat........................................................................... 23

Gambar 2.8 Jenis – Jenis Serat Alami .................................................................... 27

Gambar 2.9 Serat Wol Dari Bulu Domba .............................................................. 27

Gambar 2.10 Serat Pisang ...................................................................................... 28

Gambar 2.11 Serat Asbes ....................................................................................... 28

Gambar 2.12 Jenis Serat Buatan ............................................................................ 29

Gambar 2.13 Serat Kaca ....................................................................................... 31

Gambar 2.14 Kurva Tegangan/Regangan Sistem Matriks Ideal ............................ 33

Gambar 2.15 Kurva Tegangan/Regangan Terhadap Kegagalan Serat................... 34

Gambar 2.16 Reaksi Resin Fenol ........................................................................... 38

Gambar 2.17 Reaksi Resin Epoksi ......................................................................... 42

Gambar 2.18 Resin Yukalac 235 ........................................................................... 46

Gambar 3.1 Diagram Alir Metode Penelitian Kincir Angin ................................. 50

Gambar 3.2 Blade/Sudu ......................................................................................... 52

Gambar 3.3 Dudukan Sudu ................................................................................... 52

Gambar 3.4 Fan Blower ........................................................................................ 53

Gambar 3.5 Tachometer ......................................................................................... 53

Gambar 3.6 Timbangan Digital ............................................................................. 54


xvi

Gambar 3.7 Anemometer ....................................................................................... 54

Gambar 3.8 Voltmeter ........................................................................................... 55

Gambar 3.9 Amperemeter ..................................................................................... 55

Gambar 3.10 Skema Pembebanan Lampu ............................................................ 56

Gambar 3.11 Desain Kincir ................................................................................... 57

Gambar 3.12 Mal/Cetakan kertas .......................................................................... 58

Gambar 3.13 Pembentukan Sudu Pada Pipa ......................................................... 59

Gambar 3.14 Bentuk Cetakan Sudu Kincir Angin ................................................. 59

Gambar 3.15 Pelapisan Mal ................................................................................... 60

Gambar 3.16 Resin dan Katalis .............................................................................. 60

Gambar 3.17 Pengolesan Resin Dan Katalis ke Cetakan ....................................... 61

Gambar 3.18 Peletakan Serat Glass Pada Cetakan Sudu ...................................... 61

Gambar 3.19 Peletakan Plat Pada Ujung Sudu Kincir ........................................... 61

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara rpm dan daya pada variasi kecepatan angin

rata – rata 10,2 m/s .................................................................................. 76


rata – rata 8,2 m/s .................................................................................... 77


rata - rata 6,2 m/s ..................................................................................... 78

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

angin .......................................................................................................... 79

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

angin .......................................................................................................... 80

Gambar 4.6 Grafik hubungan rpm dan torsi untuk variasi kecepatan angin rata –

rata 10,2 m/s ............................................................................................. 81


rata 8,2 m/s ............................................................................................... 82


rata 6,2 m/s ............................................................................................... 83


xvii

Gambar 4.9 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk tiga variasi kecepatan angin ..84

Gambar 4.10 Grafik hubungan antara tsr dan koefisien daya untuk variasi

kec.angin rata – rata 10,2 m/s ............................................................. 85

Gambar 4.11 Grafik hubungan antara tsr dan koefisien daya variasi kecepatan

angin rata – rata 8,2 m/s ....................................................................... 86

Gambar 4.12 Grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr variasi kecepatan

angin rata – rata 6,2 m/s ....................................................................... 87

Gambar 4.13 Grafik perbandingan antara koefisien daya mekanis terhadap tip

speed ratio untuk tiga variasi kecepatan angin ................................. 88


xviii

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Potensi dan Pemanfaatan Energi Terbarukan di Indonesia ...................... 2

Tabel 2.1 Tingkat kecepatan angin .......................................................................... 6

Tabel 2.2 Kekuatan Serat ....................................................................................... 26

Table 2.3 Kekuatan tarik, tekan dan lentur bahan polimer .................................... 36

Tabel 2.4 (A) Alkohol dihidrat dipakai untuk resin polyester ............................... 44

Tabel 2.4 (B) Asam dibasa vinil dipergunakan untuk resin polyester ................... 44

Tabel 2.5 Monomor vinil dipergunakan untuk resin polyester .............................. 45

Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu ........................................................... 57

Tabel 4.1 Data pengujian kincir angin empat sudu kecepatan angin 10,2 m/s ...... 65

Tabel 4.2 Data pengujian kincir angin empat sudu kecepatan angin 8,2 m/s ........ 66

Tabel 4.3 Data pengujian kincir angin empat sudu kecepatan angin 6,2 m/s ........ 67

Tabel 4.4 Data perhitungan empat sudu propeler kecepatan angin 10,2 m/s ......... 72

Tabel 4.5 Data perhitungan empat sudu propeler kecepatan angin 8,2 m/s ........... 73

Tabel 4.6 Data perhitungan empat sudu propeler kecepatan angin 6,2 m/s ........... 74


xix

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Mekanis Pada Variasi

Kecepetan Angin 10,2 m/s. ........................................................... 92

Lampiran 2. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Listrik Pada Variasi

Kecepatan Angin 10,2 m/s. ............................................................ 92

Lampiran 3. Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya Pada Variasi

Kecepatan Angin 10,2 m/s. ............................................................ 93


Kecepatan Angin 8,2 m/s. .............................................................. 93


Kecepatan Angin 8,2 m/s...............................................................94


Kecepatan Angin 8,2 m/s ............................................................... 94


Kecepetan Angin 6,2 m/s...............................................................95





Lampiran 10.Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Mekanis Pada Tiga

Variasi Kecepatan Angin 10,2 m/s, 8,2 m/s dan 6,2 m/s...............96

Lampiran 11.Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Listrik Pada Tiga Variasi

Kecepatan Angin 10,2 m/s, 8,2 m/s dan 6,2 m/s............................97

Lampiran 12.Grafik Hubungan Antara TSR dan CP Pada Tiga Variasi Kecepatan

Angin 10,2 m/s, 8,2 m/s dan 6,2 m/s.. ............................................ 97

Lampiran 13.Grafik Hubungan Antara RPM dan Torsi Pada Variasi Kecepatan

Angin 10,2 m/s. .............................................................................. 98


Angin 8,2 m/s. ...............................................................................98


Angin 6,2 m/s.................................................................................99

Lampiran 16.Grafik Hubungan Antara RPM dan Torsi Pada Tiga Variasi

Kecepatan Angin 10,2 m/s, 8,2 m/s dan 6,2 m/s. ........................... 99


xx

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan

ρ Massa jenis (kg/m3)

r Jari-jari kincir (m)

A Luas penampang (m2)

Kecepatan angin (m/s)

Kecepatan sudut (rad/s)

n Kecepatan putar poros (rpm)

F Gaya pembebanan (N)

T Torsi (N.m)

Pin Daya angin (Watt)

Po Daya listrik (Watt)

Pout Daya kincir (Watt)

TSR Tip Speed Ratio

Cp Koefisien daya (%)

Cpmax Koefisien daya maksimal (%)

m massa (kg)

Ek Energi kinetic (J)

Volume (m3)

V Tegangan (Volt)

I Arus (Ampere)

Waktu (s)

ṁ Laju aliran massa udara (kg/s)

Vt Kecepatan di ujung sudu kincir (m/s)

L Panjang lengan torsi (m)

Lmax Lebar maksimal (m)


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Beberapa tahun terakhir ini, energi listrik merupakan persoalan yang

krusial di Indonesia. Peningkatan permintaan energi listrik seperti yang

ditunjukkan oleh Gambar 1.1 disebabkan oleh pertumbuhan populasi penduduk

dan pertumbuhan ekonomi yang ada di Indoneisa. Menipisnya sumber cadangan

minyak dunia serta permasalahan emisi dari bahan bakar fosil memberikan

tekanan kepada setiap negara untuk segera memproduksi dan menggunakan energi

terbaharukan. Kebutuhan energi di Indonesia saat ini masih dipenuhi dengan

bahan bakar fosil, yaitu : minyak, gas alam dan batu bara.

Gambar 1.1 Konsumsi Energi

Sumber : Statistik Ekonomi Energi Indonesia 2006, DESDM

Salah satu cara mengatasi krisis energi bahan bakar fosil ini yaitu

menggunakan energi alternatif, dimana energi alternatif yang dapat diperbaharuhi


2

dan banyak tersedia di alam. seperti gas, energi angin, tenaga air, panas bumi, dan

bioenergi, bahan bakar yang berasal dari bahan nabati. Berikut sumber energi

terbarukan yang ada di Indonesia seperti yang ditunjukkan oleh Tabel 1.1.

Tabel 1.1 Potensi dan Pemanfaatan Energi Terbarukan di Indonesia.

Sumber: Rencana Usaha Penyediaan Tenaga Listrik 2006-2015, PT PLN

(Persero), Juli 2005.

Pemanfaatan sumber energi angin untuk menghasilkan energi listrik di

perlukan alat yaitu kincir angin, kincir angin ini akan menangkap energi angin dan

menggerakkan generator yang nantinya akan berubah menjadi energi listrik pada

prinsipnya kincir angin ini mengubah energi kinetic menjadi energi mekanik.

Kincir angin digolongkan ke dalam dua kategori menurut arah sumbu rotasinya

yaitu: Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) dan Vertikal Axis Wind Turbine

(VAWT). Kincir angin yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan kincir

angina poros horizontal. Penulis mencoba melakukan penelitian dengan

merancang dan membuat kincir angin jenis propeller empat sudu dari bahan dasar

komposit serat dengan ukuran jari – jari sudu dari keempat kincir angin ini sama

yakni 45 cm dengan berat 215 gram.


3

1.2 Rumusan Masalah

Permasalahan yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah:

1. Memaksimalkan pemanfaatan energi angin yang ada di Indonesia.

2. Mencari solusi energi baru dan terbarukan yang dapat dijadikan sebagai

pengganti sumber daya alam tak terbarui.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Merancang dan membuat desain sudu kincir angin poros horizontal empat

sudu bahan komposit.

2. Mengetahui unjuk kerja kincir angin poros horizontal empat sudu.

3. Mengetahui nilai Coefisien Performance (Cp) dan tip speed ratio (TSR)

dari kincir angin poros horizontal empat sudu bahan komposit.

1.4 Batasan Masalah

Dalam penulisan skripsi ini, penulis memberikan batasan - batasan

masalah agar bahasan tidak melebar, diantaranya:

1. Model kincir angin dibuat tipe propeller, sudu terbuat dari bahan komposit

serat fiber glass dan resin Yukalac 235, sudu berdiameter 100 cm, lebar

maksimum 13 cm dengan jarak 20 cm dari pusat poros.

2. Penelitian meggunakan variasi kecepatan angin 6,2 m/s, 8,2 m/s, dan 10,2

m/s.

3. Kincir angin menggunakan sudu berjumlah empat.


4

4. Penelitian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata

Dharma.

1.5 Manfaat

Manfaat dari skripsi ini adalah :

1. Mengetahui proses-proses pembuatan elemen-elemen Turbin Angin dan

pembuatan sudu-sudu dengan bahan komposit.

2. Kincir angin ini dapat dimanfaatkan sebagai salah satu aplikasi

pemanfaatan energi terbarukan.

3. Menambah pengembangan bentuk sudu yang bervariasi.


5

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

2.1.1 Energi Angin

Energi merupakan suatu kekuatan yang dimiliki oleh suatu zat sehingga zat

tersebut mempunyai pengaruh pada keadaan sekitarnya. Menurut mediumnya dikenal

banyak jenis energi. Diantaranya, energi gelombang, energi arus laut,energi kosmos,

energi yang terkandung pada senyawa atom, dan energi-energi lain yang bila

dimanfaatkan akan berguna bagi kebutuhan manusia. Salah satu dari energi tersebut

adalah energi angin yang jumlahnya tak terbatas dan banyak digunakan untuk

meringankan kerja manusia. Angin memberikan energi gerak sehingga mampu

menggerakkan perahu layar, kincir angin, dan bisa dimanfaatkan menjadi pembangkit

listrik yaitu berupa turbin angin. Keberadaan energi angin ini terdapat di lapisan

atmosfer bumi yang banyak mengandung partikel udara dan gas. Lapisan troposfer

merupakan lapisan atmosfer terendah bumi dan dilapisan ini semua peristiwa cuaca

termasuk angin terjadi.

Energi angin adalah energi yang terkandung pada massa udara yang bergerak.

Energi angin berasal dari energi matahari. Pemanasan bumi oleh sinar matahari

menyebabkan perbedaan massa jenis (ρ) udara. Perbedaan massa jenis ini

menyebabkan perbedaan tekanan pada udara sehingga akan terjadi aliran fluida dan


6

menghasilkan angin. Kondisi aliran angin dipengaruhi oleh medan atau permukaan

bumi yang dilalui oleh aliran angin dan perbedaan temperatur permukaan bumi.

2.1.2 Kondisi Angin

Syarat dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi

listrik dapat dilihat pada tabel 2.1 di bawah, dimana klasifikasi angin pada kelompok

3 adalah batas minimum dan angin pada kelompok 8 adalah batas maksimum dari

energi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik.

Tabel 2.1 Tingkat kecepatan angin.

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


7

2.1.3 Klasifikasi Turbin Angin

Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan

tenaga listrik. Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan

para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. Turbin angin

terdahulu banyak digunakan di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa lainnya

dan lebih dikenal dengan windmill.

Kini turbin angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan

listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi dan menggunakan

sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin. walaupun sampai saat ini

penggunaan turbin angin masih belum dapat menyaingi pembangkit listrik

konvensional (Co: PLTD,PLTU, dll), turbin angin masih lebih dikembangkan oleh

para ilmuan karena dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah

kekurangan sumber daya alam tak terbaharui (Co: batubara dan minyak bumi)

sebagai bahan dasar untuk membangkitkan listrik

Angin adalah salah satu bentuk energi yang tersedia di alam, Pembangkit

Listrik Tenaga Angin (PLTA) mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik

dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Cara kerjanya cukup sederhana,

energi angin yang memutar turbin angin, diteruskan untuk memutar rotor pada

generator dibelakang bagian turbin angin, sehingga akan menghasilkan energi listrik.

Energi listrik ini biasanya akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat

dimanfaatkan.


8

2.1.4 Jenis – Jenis Kincir Angin

Pada umumnya, kincir angin dikategorikan dalam dua jenis, yakni :

1. Kincir angin sumbu horizontal.

2. Kincir angin sumbu vertikal.

2.1.4.1 Kincir Angin Sumbu Horizontal

Kincir angin sumbu horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT)

memiliki poros rotor utama dan generator listrik di puncak menara. Kincir berukuran

kecil diarahkan oleh sebuah baling – baling angin yang sederhana, sedangkan kincir

berukuran besar pada umumnya menggunakan sebuah sensor angin yang

digabungkankan ke sebuah servo motor. Sebagian besar memiliki

sebuah gearbox yang mengubah perputaran kincir yang pelan menjadi lebih cepat

berputar. Sebuah menara menghasilkan turbulensi di belakangnya, kincir biasanya

diarahkan melawan arah anginnya menara. Bilah – bilah kincir dibuat kaku agar

mereka tidak terdorong menuju menara oleh angin berkecepatan tinggi. Sebagai

tambahan, bilah-bilah itu diletakkan di depan menara pada jarak tertentu dan sedikit

dimiringkan. Turbulensi menyebabkan kerusakan struktur menara, dan realibilitas

begitu penting, sebagian besar HAWT merupakan mesin upwind. Meski memiliki

permasalahan turbulensi, mesin downwind dibuat agar tidak memerlukan mekanisme

tambahan supaya bilah – bilah kincir tetap sejalan dengan angin, dan karena di saat

angin berhembus sangat kencang, bilah-bilahnya bisa ditekuk sehingga mengurangi

wilayah tiupan mereka dan dengan demikian juga mengurangi resintensi angin dari


http://id.wikipedia.org/wiki/Rotor

http://id.wikipedia.org/wiki/Generator_listrik

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Baling-baling_angin&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Servo_motor&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Gearbox

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Turbulensi&action=edit&redlink=1

9

bilah – bilah itu. Bentuk dari kincir angin sumbu horizontal ini dapat dilihat pada

pada Gambar 2.1.

Kelebihan dari kincir angin sumbu horizontal atau HWAT, yakni dasar

menara yang tinggi membolehkan akses ke angin yang hembusannya lebih kuat di

tempat – tempat yang memiliki geseran angin, perbedaan antara laju dan arah angin

antara dua titik yang jaraknya relatif dekat di dalam atmosfer bumi. Di sejumlah

lokasi geseran angin, setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan angin meningkat

sebesar 20%.

Gambar 2.1 Kincir angin sumbu horizontal

Sumber : http://www.indoenergi.com/2012/07/, diakses 1 April 2016

Selain memiliki kelebihan, adapun juga kelemahan yang dimilik oleh kincir

angin sumbu horizontal atau HAWT. Menara yang tinggi serta bilah yang panjangnya


http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Geseran_angin&action=edit&redlink=1

10

bisa mencapai 90 meter sulit diangkut. Diperkirakan besar biaya transportasi bisa

mencapai 20% dari seluruh biaya peralatan kincir angin. Kelemahan dari desain

kincir angin sumbu horizontal adalah sebagai berikut :

a) HAWT yang tinggi akan sulit dipasang, membutuhkan derek yang sangat

tinggi dan membutuhkan operator yang profesional.

b) Dibutuhkan konstruksi menara yang besar untuk menyangga bilah – bilah

yang berat, transmisi roda gigi, dan generator.

c) HAWT yang tinggi bisa memengaruhi radar airport.

d) Ukurannya yang tinggi merintangi jangkauan pandangan dan mengganggu

penampilan landscape.

e) Berbagai varian downwind mengalami kerusakan struktur yang disebabkan

oleh turbulensi.

f) HAWT membutuhkan mekanisme kontrol yaw tambahan untuk membelokkan

kincir ke arah angin.

2.1.4.2 Kincir Angin Sumbu Vertikal

Kincir angin sumbu vertikal atau Vertical Axis Wind Turbine (VAWT)

memiliki poros atau sumbu rotor utama yang disusun tegak lurus. Kelebihan utama

susunan ini adalah kincir tidak harus diarahkan ke angin agar menjadi efektif.

Kelebihan ini sangat berguna di tempat-tempat yang arah anginnya sangat bervariasi.

VAWT mampu mendayagunakan angin dari berbagai arah. Dengan sumbu yang

vertikal, generator serta gearbox bisa ditempatkan di dekat tanah, jadi menara tidak


http://id.wikipedia.org/wiki/Radar



11

perlu menyokongnya dan lebih mudah diakses untuk keperluan perawatan. Tapi ini

menyebabkan sejumlah desain menghasilkan tenaga putaran yang berdenyut. Drag

atau gaya yang menahan pergerakan sebuah benda padat melalui fluida (zat cair atau

gas) bisa saja tercipta saat kincir berputar. Karena sulit dipasang di atas menara,

kincir sumbu tegak sering dipasang lebih dekat ke dasar tempat ia diletakkan, seperti

tanah atau puncak atap sebuah bangunan. Kecepatan angin lebih pelan pada

ketinggian yang rendah, sehingga yang tersedia adalah energi angin yang sedikit.

Aliran udara di dekat tanah dan obyek yang lain mampu menciptakan aliran yang

bergolak, yang bisa menyebabkan berbagai permasalahan yang berkaitan dengan

getaran, diantaranya kebisingan dan bearing wear yang akan meningkatkan biaya

pemeliharaan atau mempersingkat umur kincir angin. Jika tinggi puncak atap yang

dipasangi menara kincir kira-kira 50% dari tinggi bangunan, ini merupakan titik

optimal bagi energi angin yang maksimal dan turbulensi angin yang minimal. Bentuk

dari kincir angin sumbu vertical dapat dilihat pada Gambar 2.2

a. Kincir angin Savonius b. Kincir angin Darrieus

Gambar 2.2 Kincir angin sumbu vertikal

Sumber : http://www.indoenergi.com/2012/07/, diakses 1 April 2016


http://id.wikipedia.org/wiki/Gaya_hambat

12

Adapun kelebihan dari desain kincir angin sumbu vertikal adalah sebagai

berikut :

a) Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.

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

c) Sebuah VAWT bisa diletakkan lebih dekat ke tanah, membuat pemeliharaan

bagian-bagiannya yang bergerak jadi lebih mudah.

d) VAWT memiliki sudut airfoil (bentuk bilah sebuah baling-baling yang terlihat

secara melintang) yang lebih tinggi, memberikan keaerodinamisan yang tinggi

sembari mengurangi drag pada tekanan yang rendah dan tinggi.

e) Desain VAWT berbilah lurus dengan potongan melintang berbentuk kotak

atau empat persegi panjang memiliki wilayah tiupan yang lebih besar untuk

diameter tertentu daripada wilayah tiupan berbentuk lingkarannya HAWT.

f) VAWT memiliki kecepatan awal angin yang lebih rendah daripada HAWT.

Biasanya VAWT mulai menghasilkan listrik pada 10km/jam (6 m.p.h.)

g) VAWT biasanya memiliki tip speed ratio (perbandingan antara kecepatan

putaran dari ujung sebuah bilah dengan laju sebenarnya angin) yang lebih

rendah sehingga lebih kecil kemungkinannya rusak di saat angin berhembus

sangat kencang.

h) VAWT yang ditempatkan di dekat tanah bisa mengambil keuntungan dari

berbagai lokasi yang menyalurkan angin serta meningkatkan laju angin

(seperti gunung atau bukit yang puncaknya datar dan puncak bukit),

i) VAWT tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah.


13

Selain memiliki kelebihan, desain kincir angin ini juga memiliki kekurangan

yaitu sebagai berikut :

a) Kebanyakan VAWT memproduksi energi hanya 50% dari efisiensi HAWT

karena drag tambahan yang dimilikinya saat kincir berputar.

b) VAWT tidak mengambil keuntungan dari angin yang melaju lebih kencang di

elevasi yang lebih tinggi.

c) Kebanyakan VAWT mempunyai torsi awal yang rendah, dan membutuhkan

energi untuk mulai berputar.

d) Sebuah VAWT yang menggunakan kabel untuk menyanggahnya memberi

tekanan pada bantalan dasar karena semua berat rotor dibebankan pada

bantalan. Kabel yang dikaitkan ke puncak bantalan meningkatkan daya

dorong ke bawah saat angin bertiup.

2.1.5 Kandungan Energi Dalam Angin

Bentuk energi yang terdapat pada angin yang dapat diekstraksi oleh turbin

angin adalah energi kinetiknya. Angin adalah massa udara yang bergerak, besarnya

energi yang terkandung pada angin tergantung pada kecepatan angin dan massa jenis

angin atau udara yang bergerak tersebut.

2.1.6 Pengukuran Angin

Parameter yang diukur pada proses konversi energi angin pada umumnya

adalah kecepatan dan arahnya, kecepatan angin diukur dengan menggunakan alat


14

anemometer. Anemometer mempunyai banyak jenis dan salah satunya adalah

anemometer digital

Anemometer digital merupakan alat yang terdiri atas tombol-tombol dan layar

tampilan (display). Anemometer digital memiliki tiga skala pengukuran yaitu

meter/sekon, km/jam, dan knots. Pada anemometer digital pengukuran dapat

dilakukan berulang-ulang dan data akan otomatis tersimpan dalam memori.

Gambar 2.3 Anemometer digital

Sumber: http://google.com

2.1.7 Hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio

Berikut ini grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio dari

berbagai jenis kincir dapat di lihat pada grafik batas Betz (betz limit diperkenalkan

oleh ilmuan Jerman, Albert Betz) berikut ini :


15

Gambar 2.4 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) dengan Tips Speed Ratio

(TSR) dari beberapa jenis kincir

Sumber : Johnson, 2006, hal. 18

2.1.8 Rumus Perhitungan

Rumus yang digunakan dalam melakukan perhitungan kincir angin dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut :

2.1.8.1 Rumus Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda karena geraknya.

Energi kinetik dipengaruhi oleh massa benda dan kecepatannya. Dapat ditulis dalam

rumus sebagai berikut :

Ek =

m v

2 (1)


16

yang dalam hal ini :

Ek : Energi kinetik (J)

m : massa benda (kg)

v : kecepatan benda (m/s)

2.1.8.2 Rumus Daya Angin

Daya angin adalah daya yang dihasilkan oleh angin tiap luasan sudu.

Sehingga daya angin dapa digolongkan sebagai energi potensial. Pada dasarnya daya

angin merupakan angin yang bergerak persatuan waktu sehingga dapat ditulis dalam

rumus sebagai berikut :

Daya = kerja / waktu

= energi kinetik / waktu

Pin = ½ . m . ν2 /t

= ½ (ρ.A.d).ν2 /t

= ½ . ρ. A . ν2. (d/t) d/t = ν

= ½ . ρ . A . ν3 (2)

dalam hal ini :

Pin : Daya yang disediakan oleh angin (watt)

: massa jenis aliran (kg

/m 3)

ν : kecepatan angin (m/s)

A : Luas penampang sapuan sudu (m2)


17

2.1.8.3 Rumus Tip Speed Ratio (tsr)

Tip speed ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir

angin dengan kecepatan angin.

Kecepatan diujung sudu (Vt) dapat dirumuskan sebagai :

Vt = ω r (3)

dengan :

Vt : kecepatan ujung sudu.

ω : kecepatan sudut (rad/s).

r : jari – jari kincir (m).

sehingga tsr-nya dapat dirumuskan sebagai berikut:

(4)

dengan :

r : jari – jari kincir (m).

n : putaran poros kincir tiap menit (rpm).

v : kecepatan angin (m/s).

2.1.8.4 Rumus Torsi

Torsi adalah hasil kali dari gaya pemebebanan (F) dengan panjang lengan

torsi (l). Perhitungan torsi dapat dirumuskan sebagai berikut :


18

T = F l (5)

dengan :

F : gaya pembebanan (N).

l : panjang lengan torsi ke poros (m).

2.1.8.5 Rumus Daya Mekanis

Daya yang dihasilkan kincir (Pout ) adalah daya yang dihasilkan kincir akibat

adanya angin yang melintasi sudu kincir. Sehingga daya kincir yang dihasilkan oleh

gerakkan melingkar kincir dapat dirumuskan :

Pout ( mekanis ) = T ω (6)

dengan :

T = torsi dinamis (N.m).

ω = kecepatan sudut didapatkan dari

=

=

=

Dengan ini untuk daya yang dihasilkan kincir dapat dinyatakan dengan persamaan

(7), yaitu :


19

Pout ( mekanis )

(7)

dengan :

Pout : Daya yang dihasilkan oleh kincir angin (watt).

n : Putaran poros (rpm).

2.1.8.6 Rumus Daya Listrik

Daya yang dihasilkan (Pout) adalah daya yang dihasilkan generator. Sehingga

daya kincir yang dihasilkan oleh gerakkan melingkar kincir dapat dirumuskan :

Pout ( Listrik ) = V I (8)

Dengan :

V : Tegangan (volt)

I : Arus (ampere)

2.1.8.7 Rumus Koefisien Daya (Cp)

Koefisien Daya (Cp) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukkan

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

oleh angin (Pin).

Sehingga Cp dapat dirumuskan :

(9)

dengan :


20

Cp : Koefisien Daya.

Pout : daya yang dihasilkan kincir (watt).

Pin : daya yang disediakan oleh angin (watt).

2.1.9 Komposit

Komposit adalah penggabungan dua atau lebih material yang berbeda sebagai

suatu kombinasi yang menyatu. Bahan komposit pada umumnya terdiri dari dua

unsur, yaitu serat (fiber) sebagai penguat (renforcement) dan bahan pengikat serat

yang disebut matrik. Didalam komposit unsur utamanya serat, sedangkan bahan

pengikatnya polimer yang mudah dibentuk. Penggunaan serat sendiri yang utama

adalah menentukan karakteristik bahan komposit, seperti kekakuan, kekuatan serta

sifat mekanik lainnya.

Sebagai bahan pengisi, serat digunakan untuk menahan gaya yang bekerja

pada bahan komposit, matrik berfungsi melindungi dan mengikat serat agar dapat

bekerja dengan baik terhadap gaya-gaya yang terjadi. Oleh karena itu untuk bahan

serat digunakan bahan yang kuat, kaku dan getas, sedangkan bahan matrik dipilih

bahan-bahan yang liat, lunak dan tahan terhadap perlakuan kimia.

2.1.9.1 Klasifikasi Bahan Komposit Serat

Klasifikasi komposit serat ( fiber - matrik composites ) dibedakan menjadi;

1. Fibre composites (komposit serat) adalah gabungan serat dengan matrik.


21

2. Flake composites adalah gabungan serpih rata dengan matrik.

3. Particulate composites adalah gabungan partikel dengan matrik.

4. Filled composites adalah gabungan matrik continous skeletal.

5. Laminar composites adalah gabungan lapisan atau unsur pokok lamina.

Klasifikasi komposit ditunjukkan pada gambar dibawah ini ;

Gambar 2.5 Klasifikasi Bahan Komposit (Hadi, 2001)

Bahan komposit terdiri dari dua macam, yaitu komposit partikel ( particulate

Composite ) dan komposit serat (fibre composite). Bahan komposit partikel terdiri

dari partikel yang diikat matrik. Komposit serat ada dua macam, yaitu serat panjang

(continuos fibre) dan serat pendek (short fibre atau whisker). (Hadi, 2001)


22

2.1.9.2 Tipe Komposit Serat

Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit,

yaitu :

1. Continuous Fibre Composite

Tipe ini mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina

diantara matriknya. Tipe ini mempunyai kelemahan pemisahan antar lapisan.

2. Woven Fibre Composite (bi-directional)

Komposit ini tidak mudah dipengaruhi pemisahan antar lapisan karena

susunan seratnya mengikat antar lapisan. Susunan serat memanjangnya yang tidak

begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan melemah.

3. Discontinous Fibre Composite

Discontinous Fibre Composite adalah tipe komposit dengan serat pendek.

Tipe ini dibedakan lagi menjadi 3 :

a) Aligned discontinous fibre

b) Off-axis aligned discontinous fibre

c) Randomly oriented discontinous fibre

a) aligned b) off-axis c) randomly

Gambar 2.6 Tipe discontinous fibre (Gibson, 1994)


23

4. Hybrid Fibre Composite

Hybrid fibre composite merupakan komposit gabungan antara tipe serat lurus

dengan serat acak. Tipe ini digunakan supaya dapat menganti kekurangan sifat dari

kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.

Continous Fibre Composit Woven Fibre Composite

Randomly Oriented Discontinous Fibre Hybrid Fibre Composite

Gambar 2.7 Tipe Komposit Serat (Gibson, 1994)

2.1.9.3 Faktor Kekuatan Komposit

Faktor yang mempengaruhi kekuatan komposit :

1. Faktor Serat

2. Letak Serat

a. One dimensional reinforcement, mempunyai kekuatan pada arah axis serat.


24

b. Two dimensional reinforcement (planar), mempunyai kekuatan pada dua arah

atau masing-masing arah orientasi serat.

c. Three dimensional reinforcement, mempunyai sifat isotropic kekuatannya lebih

tinggi dibanding dengan dua tipe sebelumnya.

3. Panjang Serat

Serat panjang lebih kuat dibanding serat pendek. Oleh karena itu panjang dan

diameter sangat berpengaruh pada kekuatan maupun modulus komposit. Serat

panjang (continous fibre) lebih efisien dalam peletakannya daripada serat pendek.

4. Bentuk Serat

Bentuk serat tidak mempengaruhi, yang mempengaruhi adalah diameter

seratnya. Semakin kecil diameter serat akan menghasilkan kekuatan komposit yang

tinggi.

5. Faktor Matrik

Matrik berfungsi mengikat serat. Polimer sering dipakai termoplastik dan

termoset.

a. Thermoplastik

1. Polyamide (PI),

2. Polysulfone (PS),

3. Poluetheretherketone (PEEK),

4. Polypropylene (PP),

5. Polyethylene (PE) dll.


25

b. Thermosetting

1. Epoksi,

2. Polyester.

3. Resin Furan dll.

6. Katalis

Katalis digunakan untuk membantu proses pengeringan (curring) pada bahan

matriks suatu komposit. Penggunaan katalis yang berlebihan akan semakin

mempercepat proses laju pengeringan, tetapi akan menyebabkan bahan komposit

yang dihasilkan semakin getas.

2.1.10 Serat

Serat adalah suatu jenis bahan yang berupa potongan-potongan komponen

yang membentuk jaringan memanjang yang utuh. Saat ini terdapat berbagai macam

jenis serat baik yang berasal dari alam maupun yang dibuat oleh manusia (man

made), Contoh serat yang paling banyak dijumpai adalah serat pada kain. Manusia

menggunakan serat dalam banyak hal, antara lain untuk membuat benang, kain atau

kertas. Serat dapat digolongkan menjadi dua jenis yaitu serat alam dan serat sintetis

(serat buatan manusia).


https://id.wikipedia.org/wiki/Serat

26

Tabel 2.2 Kekuatan Serat.

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

komposit.html.

2.1.10.1 Serat Alami

Serat alam menurut Jumaeri, (1977:5), yaitu “serat yang langsung diperoleh di

alam. Pada umumnya kain dari serat alam mempunyai sifat yang hampir sama yaitu

kuat, padat, mudah kusut, dan tahan penyetrikaan”. Serat alam digolongkan lagi

menjadi :


http://www.kincirangin.info/

http://imamengineering.blogspot.co.id/2015/03/makalah-mekanika-bahan-komposit.html

http://imamengineering.blogspot.co.id/2015/03/makalah-mekanika-bahan-komposit.html

27

Gambar 2.8 Jenis –jenis serat alami

Sumber: http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-

macam-Serat-Alam.bmp. Diakses Juni 2016.

a) Serat Protein

Serat proteina dapat berbentuk staple atau filamen. Serat protein berbentuk

stapel berasal dari rambut hewan berupa domba, alpaca, unta, cashmer, mohair,

kelinci, dan vicuna. Yang paling sering digunakan adalah wol dari bulu domba.

Gambar 2.9 Serat wol dari bulu domba




http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam-Serat-Alam.bmp


http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam-Serat-Alam.bmp.%20Diakses%20Juni%202016

http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam-Serat-Alam.bmp.%20Diakses%20Juni%202016

28

b) Serat Selulosa

Serat tumbuhan/serat pangan biasanya tersusun atas selulosa, semiselulosa dan

kadang – kadang mengandung pula lignin. Sifat umum serat yang dari selulosa adalah

mudah menyerap air (higroskopis), mudah kusut dan jika dilakukan uji pembakaran

menimbulkan baud an arang seperti terbakar.

Gambar 2.10 Serat Pisang

Sumber: http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam-

Serat-Alam.bmp. Diakses Juni 2016.

c) Serat mineral

Serat mineral, umumnya dibuat dari asbestos. Saat ini asbestos adalah satu-

satunya mineral yang secara alami terdapat dalam bentuk serat panjang.

Gambar 2.11 Serat Asbes








29

2.1.10.2 Serat Buatan

Serat buatan menurut Jumaeri, (1979:35), yaitu “serat yang molekulnya disusun

secara sengaja oleh manusia. Sifat-sifat umum dari serat buatan, yaitu kuat dan tahan

gesekan”.

Gambar 2.12 Jenis serat buatan

Sumber:http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-

macam-Serat-Sintetis.bmp

a) Serat Fiberglass

Kaca serat (Bahasa Inggris: fiberglass) atau sering diterjemahkan menjadi

serat gelas adalah kaca cair yang ditarik menjadi serat tipis dengan garis tengah


30

sekitar 0,005 mm – 0,01 mm. Serat ini dapat dipintal menjadi benang atau ditenun

menjadi kain, yang kemudian diresapi dengan resin sehingga menjadi bahan yang

kuat dan tahan korosi untuk digunakan sebagai badan mobil dan bangunan kapal. Dia

juga digunakan sebagai agen penguat untuk banyak produk plastik, material komposit

yang dihasilkan dikenal sebagai plastik diperkuat-gelas (glass-reinforced plastic,

GRP) atau epoxy diperkuat glass-fiber (GRE), disebut “fiberglass” dalam

penggunaan umumnya.

Pembuat gelas dalam sejarahnya telah mencoba banyak eksperimen dengan

gelas giber, tetapi produksi masal dari fiberglass hanya dimungkinkan setelah

majunya mesin.

Pada 1893, Edward Drummond Libbey memajang sebuah pakaian di World

Columbian Exposition menggunakan glass fiber dengan diameter dan tekstur fiber

sutra. Yang sekarang ini dikenal sebagai “fiberglass”, diciptakan pada 1938 oleh

Russell Games Slayter dari Owens-Corning sebagai sebuah material yang digunakan

sebagai insulasi. Dia dipasarkan dibawah merk dagang Fiberglas (sic),

Pada umumnya bentuk dasar suatu bahan komposit adalah tunggal dimana

merupakan susunan dari paling tidak terdapat dua unsur yang bekerja bersama untuk

menghasilkan sifat-sifat bahan yang berbeda terhadap sifat-sifat unsur bahan

penyusunnya. Dalam prakteknya komposit terdiri dari suatu bahan utama (matrik –

matrix) dan suatu jenis penguatan (reinforcement) yang ditambahkan untuk

meningkatkan kekuatan dan kekakuan matrik. Penguatan ini biasanya dalam bentuk

serat (fibre, fiber).


31

Gambar 2.13 Serat Kaca

2.1.11 Matrik

Matrik dalam komposit berfungsi sebagai bahan mengikat serat menjadi

sebuah unit struktur, melindungi dari perusakan eksternal, meneruskan atau

memindahkan beban eksternal pada bidang geser antara serat dan matrik, sehingga

matrik dan serat saling berhubungan.

Pembuatan komposit serat membutuhkan ikatan permukaan yang kuat antara

serat dan matrik. Selain itu matrik juga harus mempunyai kecocokan secara kimia

agar reaksi yang tidak diinginkan tidak terjadi pada permukaan kontak antara

keduanya. Untuk memilih matrik harus diperhatikan sifat-sifatnya antara lain seperti

tahan terhadap panas, tahan cuaca yang buruk dan tahan terhadap goncangan yang

biasanya menjadi pertimbangan dalam pemilihan material matrik.

Bahan Polimer yang sering digunakan sebagai material matrik dalam

komposit ada dua macam yaitu thermoplastik dan termoset. Thermoplastik dan

thermoset ada banyak macam jenisnya yaitu :


32

1. Thermoplastik

Polyamide (PI),

Polysulfone (PS),

Poluetheretherketone (PEEK),

Polyhenylene Sulfide (PPS),

Polypropylene (PP),

Polyethylene (PE) dll.

2. Thermosetting

Epoksi,

Polyester.

Phenolic,

Plenol,

Resin Amino,

Resin Furan dll.

a. Sistem Matriks

Apapun sistem matriks yang digunakan dalam bahan komposit akan

memerlukan sifat-sifat berikut :

1. Sifat-sifat mekanis yang bagus.

2. Sifat-sifat daya rekat yang bagus.


33

3. Sifat-sifat ketangguhan yang bagus.

4. Ketahanan terhadap degradasi lingkungan bagus.

1) Sifat-sifat mekanis yang bagus

Gambar 2.14 dibawah memperlihatkan kurva tegangan/regangan untuk suatu

sistem matriks ideal. Kurva untuk matriks menunjukkan kekuatan puncak tinggi,

kekakuan tinggi (ditunjukkan dengan kemiringan awal) dan regangan tinggi terhadap

kegagalan. Hal ini berarti bahwa matriks pada awalnya kaku tetapi pada waktu yang

sama tidak akan mengalami kegagalan getas.

Gambar 2.14. Kurva Tegangan/Regangan Sistem Matriks Ideal.

Sumber:http://material-teknik.blogspot.co.id/2010/02/defenisi-komposit.html

Matriks harus mampu berubah panjang paling tidak sama dengan serat.

Gambar 2.15 memberikan regangan terhadap kegagalan yang dimiliki untuk serat


http://material-teknik.blogspot.co.id/2010/02/defenisi-komposit.html

34

kaca-E, serat kaca-S, serat aramid, dan serat karbon berkekuatan tinggi (yaitu bukan

dalam bentuk komposit). Disini terlihat, sebagai contoh, serat kaca-S dengan

perpanjangan 5,3%, akan membutuhkan matriks dengan perpanjangan paling tidak

sama dengan nilai tersebut untuk mencapai sifat tarik yang maksimum.

Gambar 2.15 Kurva Tegangan/Regangan Terhadap Kegagalan Serat.

Sumber:http://material-teknik.blogspot.co.id/2010/02/defenisi-komposit.html

2) Sifat-sifat daya rekat yang bagus.

Daya rekat yang tinggi antara matriks dan serat penguat diperlukan untuk

apapun jenis sistem matriks. Hal ini akan menjamin bahwa beban dipindahkan secara

efisiensi dan akan menjaga pecahnya atau lepasnya ikatan serat dan matriks ketika

ditegangkan.



35

3) Sifat-sifat ketangguhan yang bagus.

Ketangguhan adalah suatu ukuran dari ketahanan bahan terhadap propaganda

retak, tetapi dalam komposit hal ini akan susah untuk diukur secara akurat.

Bagaimanapun juga, kurva tegangan dan regangan yang dimiliki sistem matriks

menyediakan beberapa indikasi ketangguhan bahan. Sistem matriks dengan regangan

terhadap kegagalan yang rendah akan cenderung menciptakan komposit yang getas,

dimana retak dapat mudah terjadi.

4) Ketahanan terhadap degradasi lingkungan bagus.

Ketahanan terhadap lingkungan, air dan substansi agresif lain yang bagus,

bersama-sama dengan kemampuan untuk bertahan terhadap siklus tegangan konstan,

adalah sifat yang paling esensi untuk apapun jenis sistem matriks.

2.1.12 Jenis-jenis Polimer/Resin

Resin adalah senyawa polymer rantai karbon. Polymer berasal dari kata –poly

(banyak) dan –mer (ikatan). Senyawa polymer rantai karbon dapat didefinisikan

sebagai senyawa yang mempunyai banyak ikatan rantai karbon.

Resin merupakan bahan pembuat Fiberglass yang berujud cairan kental seperti

lem, berkelir hitam atau bening. Berfungsi untuk mengeraskan semua bahan yang

akan dicampur. Resin biasanya digunakan sebagai bahan dasar dalam membuat

kerajinan, gantungan, maupun action figure.


36

Tabel 2.3 Kekuatan tarik, tekan dan lentur bahan polimer.

Kekuatan Tarik

(kgf/mm2)

Perpanjangan

(%)

Modulus Elastisitas

(kgf/mm2 x 102)

Kekuatan Tekan

(kgf/mm2)

Kekuatan Lentur

(kgf/mm2)

Resin Termoset

Resin Fenol (Bakelin) : Tanpa pengisi 4,9 - 5,6 1,0 - 1,5 5,2 - 7 7 - 21 8,4 - 10,5

Dengan bubuk kayu 4,5 -7 0,4 - 0,5 5,6 - 12 15,4 - 25,2 5,9 - 8,4

Dengan asbes 3,8 - 5,2 0,18 - 0,50 7 - 21 14 -24 5,6 - 9,8

Dengan serat gelas 3,6 - 7 0,2 23 - 1 12 -24 7 - 42

Resin melamin : Dengan pengisi - - - - -

Dengan selulosa 4,9 – 9,1 0,6 – 1,0 8,4 – 9,8 17,5 – 30,1 7 – 11,2

Resin urea :

Dengan selulosa 4,2 – 9,1 0,4 – 1,0 7 – 10,5 17,5 - 31 7 -11,2

Resin poliester :

Dengan pengisi

(coran kaku) 4,2 – 9,1 < 5 2,1 – 4,2 9,1 – 25 5,9 – 16,1

Dengan serat gelas 17,5 – 2,1 0,5 – 5,0 5,6 – 14 10,5 – 21 7 - 28

Dengan serat sintetik 3,1 – 4,2 - - 14 - 26 7 – 8,4

Resin Epoksi : Dengan pengisi (coran) 2,8 – 9,1 3 – 6 2,4 10,5 – 17,5 9,3 – 13,3

Dengan serat gelas 9,8 – 2,1 4 2,1 21 - 26 14 - 21

Resin Silikon :

Dengan serat gelas 2,8 – 3,5 - - 7 – 10,5 7 – 9,8

Resin Termoplastik Stiren :

G.P. 4,5 – 6,3 1,0 – 2,5 2,8 – 3,5 8 – 11,2 6,9 – 9,8

Dikopolimerkan dengan akrilonitril 6,6 – 8,4 1,5 - 3,5 2,8 – 3,9 9,8 – 11,9 9,8 – 13,3

Resin ABS 1,6 – 6,3 10 - 140 0,7 – 2,8 1,7 – 7,7 2,5 – 9,4

Nilon :

Nilon 6 7,1 – 8,4 25 - 320 1,0 – 2,6 4,6 – 8,5 5,6 – 11,2

Nilon 66 4,9 - 8,4 25 - 200 1,8 – 2,8 5 – 9,1 5,6 – 9,6

Polietilen :

Masa jenis tinggi 2,1 – 3,8 15 - 100 0,4 – 1 2,2 0,7

Masa jenis rendah 0,7 – 1,4 90 - 650 0,14 – 0,24 - -

Polietilen :

- 3,3 – 4,2 200 - 700 1,1 – 1,4 4,2 – 5,6 4,2 – 5,6

Resin PVC :

Kaku 3,5 – 6,3 2 - 40 2,4 – 4,2 5,6 – 9,1 7 – 11,2

Dengan plastis 0,7 – 1,4 200 - 400 - 0,7 – 1,2 -

Poliasetal :

(Delrin) 6,1 - 7 15 – 40 ext. 75 2,4 – 2,8 12,6 8,4 – 9,8

Polikarbonat :

- 5,6 – 6,6 60 - 100 22 7,7 7,7 – 9,1

Politetrafluoroetilen :

(Teflon) 1,4 – 3,1 200 - 400 0,4 1,19 Baja Lunak

Untuk kontruksi

0,1 - 0,2% C 38 30 300 38

Sumber: Ir. Tata Surdia MS. Met. E , Prof. Dr. Shiroku Saito, 2005, Pengetahuan

Bahan Teknik, PT.Pradnya Paramita, Hal 184.


37

2.1.12.1 Resin Termoset

Ada resin fenol, resin urea dan resin melamin yang dihasilkan dari kondensasi

formalin pada pemanasan dan resin epoksi dihasilkan dari polimerisasi adisi pada

pemanasan dengan adanya katalis amino. Dalam setiap hal resin yang dipanas

awetkan mempunyai ikatan dengan struktur jaringan, sukar larut dalam pelarut dan

tak dapat dilelehkan oleh panas. Bahan ini terutama digunakan untuk bahan-bahan

teknik seperti komponen listrik dan mekanik, pelapis hiasan.

2.1.12.2 Resin Fenol

Fenol-fenol seperti, kresol, ksilenol, dsb, dikondensasikan denga formadehida

untuk menghasilkan resin termoset. Seperti yang ditunjukkan pada Gb.2.16 bila suatu

asam digunakan sebagai katalis pada reaksi fenol dan formaldehida, akan dihasilkan

suatu novolak termoplastik yang larut dalam alkohol dan aseton. Bahan ini

direaksikan dengan pengeras, heksametilentetramin, untuk membuat resin yang tak

larut dan tak dapat dilelehkan. Ini disebut cara kering atau proses dua tahap. Dilain

pihak dengan katalis basa dihasilkan suatu bahan seperti sirop yang disebut resol,

yang tergolong resin yang tak larut dan tak dapat dilelehkan. Ini disebut cara basah

atau proses satu tahap.

1) Pencetakan

Dibawah ini diberikan contoh proses dua tahap. Novola dicampurkan dengan

heksametilentetramin 10-15%, terhadap 50 bagian campuran ini ditambah 50 bagian

bubuk kayu, 0,5-1,2% bagian magnesia dan pelarut maupun zat pewarna, dicampur


38

dengan baik dan dirol panas pada 120-1300

C kemudian dihancurkan untuk membuat

bubuk cetakan. Rol yang dipanaskan sebagian besar akan memberikan pengaruh pada

sifat-sifat produknya. Dilain pihak, resol digunakan dalam bentuk larutan alkohol 30-

50% (pernis), sedangkan untuk barang cetakan, bubuk kayu secukupnya dijenuhkan

dalam pernis (kira-kira 50%), dikeringkan dan dibubukkan untuk sebagai bahan

mentah. Diperlukan waktu dan energi untuk pengeringan karena itu dalam banyak hal

ini dilakukan menurut proses dua tahap.

Gambar 2.16 Reaksi Resin Fenol.



2.1.12.3 Resin urea-formaldehid (Resin Urea)

Ini adalah resin termoset yang didapat lewat reaksi urea dan formalin, dimana

urea dan formaldehid (37% formalin) bereaksi dalam alkalin netral dan lunak. Untuk

resin cetakan, ditambah 97-160 g formalin 37% (1,2-2,0 mol sebagai formaldehid

pada 60 g (1 mol) urea, dan pH diatur sampai 7-8,5 dengan air amonia, larutan

natrium hidroksida dalam air, trietanolamin, dsb, dan biarkan bereaksi berturut-turut

untuk 2-3 jam pada 400 C atau 1,0-1,5 jam pada 70

0 C. Larutkan kondensat awal yang


39

didapat dalam heksametilentetramin 1-8% (heksamin), dan tambahkan 29-48 g

puip/bubur selulosa dan campurkan secukupnya untuk kira-kira 1 jam. Semakin

sedikit pulp yang terdapat sebagai pengisi, semakin transparan produk yang didapat,

tetapi kurang kekuatannya, menyusut lebih banyak dan lebih mudah retak. Resin

campuran ini dikeringkan untuk 2-3 jam mulai 600 C sampai 90-95

0 C, didehidrasi

dan dikondensasi. Bahan yang kering kemudian dibubukan untuk 20-48 jam, lalu

ditambahkan bahan pewarna, pemlastis, pengeras (asam oksolat, asam ftalat,

amonium ftalat dan garam-garam lain). Disamping itu, bahan digunakan sebagai

perekat, cat, pengubah kertas dan serat.

Resin urea sendiri lebih jelek dari pada resin fenol, resin melamin, dsb, dalam

hal ketahanan air, kestabilan dimensi dan ketahanan terhadap penuaan, karena itu

beberapa bahan lain ditambahkan atau diproses menjadi kopolimer dengan fenol,

melamin, dsb, untuk memperbaiki sifat-sifat tersebut diatas.

1) Pencetakan

Proses yang dipakai yaitu pencetakan tekan, pengalihan dan injeksi. Dalam

pencetakan tekan, bahan diproses pada temperatur cetakan 130-1500

C, tekanan 150-

300 kg/cm2, selama 30-40 detik/1 mm ketebalan dari benda cetakan.

2.1.12.4 Resin Melamin

Bahan ini lebih unggul dalam berbagai sifat dari pada resin urea.

1) Cara produksi


40

Karena melamin mempunyai 3 gugus amino, maka 6 mol formaldehid dapat

bereaksi dengan 1 mol melamin, tetapi ada umumnya 3-5 mol formaldehid digunakan

untuk membuat resin. Bahan bereaksi secara termal dengan katalis. Untuk membuat

bahan cetakan, 6 g (1 mol) melamin direaksikan dengan 243 g formalin 37% (3 mol

sebagai formaldehid) diatur sampai pH 8-9 dengan larutan natrium karbonat dalam

air. Setelah 60-90 menit bahan dipindahkan ke alat penekan, dicampur dengan 55-85

g pulp untuk sekitar 1 jam, dikeringkan 80-1100 C dan dibubukkan. Pembubukan

dihentikan setelah 10-15 jam. Karena bahan cetakan mengandung 60-70% resin,

ditambahkan pulp 30-40%, pengeras 0,05-1% (bahan asam lemah seperti

ftalatanhidrid atau garamnya) dan 0,5-2% bahan pewarna. Berbagai bahan dapat

dibuat dengan kondensasi yang sesuai untuk memenuhi kegunaan yang bersangkutan,

seperti perekat, lapisan hiasan,lembaran yang dilaminasi, cat, kertas dan serat.

2) Pencetakan

Seperti halnya resin urea, dilakukan pencetakan: tekanan, pengalihan, dan

injeksi. Suhu pencetakan 10-200 C lebih tinggi dari pada resin urea. Sebagai kondisi

pencetakan standar digunakan temperatur pencetakan 150-1700 C, tekanan

pencetakan 150-250 kgf/cm2, waktu pencetakan 1 menit pada 160

0 C atau 40 detik

pada 1700 C per 1 mm tebal bahan. Dalam produksi alat-alat makan, pengerjaan yang

kurang sesuai menghasilkan formalin sisa yang menggangu dan merusak kemampuan

penggunaan, karena itu pada umumnya barang cetakan dibiarkan dalam termostat

pada 80-1200 C selama 30-60 menit agar pemantapan dapat berlangsung secukupnya

(pemanggangan akhir). Proses yang cocok digunakan untuk pencetakan pelapis


41

hiasan dan lembaran-lembaran yang dilapisi, perekat, pengecatan, pelapisan resin

pada serat dan kertas.

2.1.12.5 Resin Epoksi

Resin ini mempunyai kegunaan yang luas dalam industri teknik kimia, listrik,

mekanik dan sipil sebagai perekat, cat lapisan, pencetakan cor dan benda-benda

cetakan.

1) Produksi

Pada saat ini produknya adalah kebanyakan merupakan kondensat dari

bisfenol A (4-4’ dihidroksidifenil 2,2-propanon) dan epiklorhidrin.

Bisfenol A diganti dengan novolak, atau senyawa tak jenuh, siklopentadien,

dsb. Resin epoksi bereaksi dengan pengeras dan menjadi unggul dalam kekuatan

mekanik dan ketahanan kimia. Sifatnya bervariasi bergantung pada jenis, kondisi dan

pencampuran dengan pengerasnya. Banyaknya campuran dihitung dari ekivalen

epoksi (banyaknya resin yang mengandung 1 mol gugus epoksi dalam gram).

2) Resin bisfenol A

Kelekatannya terhadap bahan lain baik sekali. Bahan ini banyak digunakan

dalam cat untuk logam, perekat, pelapis dengan serat glass, dsb. Pada pengawetan

tidak dihasilkan produ tambahan seperti air, dan penyusutan volume kurang.

Kestabilan dimensinya baik sangat tahan terhadap zat kimia dan stabil terhadap

banyak asam kecuali asam pengaksid yang kuat dan asam alifatik rendah, alkali dan


42

garam. Karena takdiserang oleh hampir semua pelarut bahan ini baik digunakan

sebagai bahan yang non-korosif.

3) Resin sikloalifatik

Bahan ini viskositasnya rendah dan ekivalensi epoksinya kecil. Bahan

berguna sebagai pengencer bisfenol karena mudah penaganannya, karena kaku dan

rapuh terutama digunakan untuk alat isolasi listrik yang diperkuat dengan serat glass,

untuk ketahanan busur dan sifat anti alurnya baik.

Gambar 2.17 Reaksi Resin Epoksi.



2.1.12.6 Resin Poliuretan

Poliuretan terutama dihasilkan oleh reaksi diisosianat dan senyawa

polihidroksi (disebut poliol karena mempunyai lebih dari dua guus-OH akhir). Resin

ini kuat, baik dalam ketahanan abrasi, ketahanan minyak dan ktahanan pelarut, maka

digunakan untuk plastik busa, bahan elastis, cat, perekat, serat elastis dan kulit

sintetik.


43

2.1.12.7 Resin Poliester Tak Jenuh

Dalam banyak hal ini disebut poliester saja karena berupa resin cair dengan

viskositas yang relatif rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis

tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak resin termoset lainya

maka tidak perlu diberi tekanan untuk pencetakan. Berdasarkan karakteristik ini

bahan dikembangkan secara luas sebagai plastik penguat dengan mengunakan serat

glass.

1) Produksi

Seperti dinyatakan pada Tabel 2.4 suatu asam dibasa (B) bereaksi secara

kondensasi dengan alkohol dihidrat (A) untuk mendapatkan poliester. Karena asam

tak jenuh digunakan dengan berbagai cara sebagai dari asam dibasa yang

menyebabkan terdapat ikatan tak jenuh dalam rantai utama dari polimer yang

dihasilkan maka disebut poliester tak jenuh. Kemudian monometer vinil seperti yang

ditunjukkan pada Tabel 2.5 dicampur bereaksi dengan gugus tak jenuh pada saat

pencetakan untuk mengeset. Sebagai contoh standar digunakan 1 mol (98 g)

anhidrida maleat, 1 mol (148 g) anhidrid, 1 mol (62 g) etilen glikol dan 1 mol (76 g)

propilen glikol. Sebagai monomor pengikat silang untuk poliester stiren bersifat

unggul dalam keaktifannya dan lebih murah.


44

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



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




45

Tabel 2.5 Monomor vinil dipergunakan untuk resin polyester.



2) Resin Yukalac 235

Yukalac 235 Series adalah tipe resin umum orthophtalic yang cepat kering,

thixotropic, pre-accelerated dan non-wax, sangat cocok untuk membuat produk FRP

dengan proses hand lay up dan spray up molding. Tipe ini sangat umum digunakan

sebagai material struktur dalam pembuatan kapal pesiar, kapal memancing, barang

saniter, bath tub, bahan bangunan dan produk FRP lainnya. Tipe ini adalah tipe yang

khusus dikembangkan untuk aplikasi hand lay up dan spray up molding pada cuaca

panas.


46

Gambar 2.18 Resin Yukalac 235

Sumber:http://google.com

2.1.13 Katalis

Katalis berbentuk cairan jernih dengan bau menyengat. Fungsinya sebagai

katalisator agar resin lebih cepat mengeras. Penambahan katalis ini cukup sedikit saja

tergantung pada jenis resin yang digunakan. Selain itu umur resin juga mempengaruhi

jumlah katalis yang digunakan. Artinya resin yang sudah lama dan mengental akan

membutuhkan katalis lebih sedikit bila dibandingkan dengan resin baru yang masih

encer.

2.2 Tinjauan Pustaka

Petrus Dodo Anggriawan (2013) telah melakukan penelitian tentang pengujian

unjuk kerja kincir angin propeler tiga sudu dari bahan triplek dan anyaman bambu

berdiameter 80 cm. Penelitian ini bertujuan untuk mencari dan membandingkan

koefisien daya diantara dua model kincir permukaan halus dan kincir permukaan


47

kasar (dilapisi anyaman bambu). Kincir angin menggunakan model kincir angin

horizontal tipe propeler dengan tiga sudu.

Kincir ini memiliki diameter 80 cm dengan luas penampang sudu 0,50 m2 dan

berat 420 gram. Kincir angin menggunakan variasi kemringan sudu 100 dan 15

0.

Untuk mengukur dan mengetahui torsi, daya kincir, koefisien daya dan tips speed

ratio pada kincir, poros kincir dihubungkan ke mekanisme pengereman yang

berfungsi sebagai variasi beban pada kincir. Besarnya beban pengereman pada kincir

diukur dengan neraca pegas, putaran pada kincir diukur menggunakan takometer dan

kecepatan angin diukur dengan menggunakan anemometer.

Hasil kincir menunjukkan bahwa dengan kemiringan sudu 100 didapatkan

kincir angin permukaan halus dapat menghasilkan daya lebih besar dari pada kincir

permukaan kasar yaitu sebesar 15,2 watt, dengan beban torsi 0,40 Nm dan CP 8,6 % .

Sedangkan pada kemiringan sudu 150 didapat kincir angin permukaan kasar dapat

menghasilkan daya lebih besar dari pada kincir permukaan halus yaitu sebesar 14

watt, dengan beban torsi 0,40 Nm dan CP 8,2 %.

Heryanto, Valentinus Kelvin (2014) telah melakukan penelitian tentang

pengujian unjuk kerja kincir angin poros horisontal 4 sudu berbahan pipa PVC 8”

dengan variasi kemiringan sudu. Kebutuhan energi merupakan salah satu hal yang

tidak dapat dipisahkan dari kehidupan manusia karena mempunyai peranan yang

penting untuk memenuhi semua kebutuhan manusia baik dari segi ekonomi, sosial,

dan lingkungan. Pemanfaatan energi terbarukan saat ini sangat dibutuhkan dengan


48

produksi bahan bakar minyak yang semakin terbatas. Keterbatasan produksi bahan

bakar minyak menjadikan harga bahan bakar naik. Upaya-upaya pencarian sumber

energi alternatif selain fosil, membuat para peneliti untuk mencari energi lain yang

kita kenal sekarang dengan istilah energi terbarukan. Salah satu energi terbarukan

yang dapat dikembangkan di Indonesia adalah pemanfaatan energi angin. Salah satu

alat yang bisa memanfaatkan energi angin adalah kincir angin. Karakteristik desain

kincir angin menjadi salah satu syarat mekanisme yang harus diperhatikan.Penelitian

ini juga memacu pengembangan pembuatan kincir angin dengan bahanmaterial yang

murah, kuat, sederhana, dan terjangkau masyarakat luas.

Model kincir angin yang digunakan adalah kincir angin poros horisontal

menggunakan bahan pipa PVC (polyvinil chloride) 8” dengan jumlah sudu 4 buah

yang mempunyai diameter 1100 mm. Penelitian dilakukan dengan menggunakan

sebuah terowongan angin di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata

Dharma. Variasi yang diambil adalah variasi kemiringan sudu kincir angin. Data yang

diambil pada saat penelitian adalah kecepatan angin, kecepatan putaran poros kincir

angin, dan gaya pengimbang torsi.

Hasil penelitian kincir angin dengan variasi kemiringan sudu 28,7°

menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 11,27% pada tip speed ratio 3,03.

Hasil penelitian kincir angin dengan variasi kemiringan sudu 34° menghasilkan

koefisien daya maksimal sebesar 34,91 % pada tip speed ratio 4,38. Hasil penelitian

kincir angin dengan variasi kemiringan sudu 39,8°. Menghasilkan koefisien daya


49

maksimal sebesar 23,57% pada tip speed ratio 3,64.

Dari ketiga variasi kemiringan sudu yang digunakan pada penelitian kincir

angin, koefisien daya maksimal dihasilkan pada kemiringan sudu 34° sebesar 34,91

% pada tip speed ratio 4,38. Kemiringan sudu kincir angin yang terbaik adalah sudu

kincir angindengan sudut 34°.


50

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Penelitian

Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perencanaan kincir hingga

analisis data. Langkah kerja dalam penelitian ini dalam bentuk gambar diagram

alir seperti yang di tunjukan dalam Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin.

Mulai

Perancangan kincir angin poros horizontal empat sudu

Pembuatan cetakan kincir angin menggunakan pralon

Pembuatan kincir angin berbahan dasar komposit

Pengambilan data, untuk mengetahui kecepatan putaran kincir,

kecepatan angin, dan beban pengereman pada kincir angin

Pengolahan data untuk mencari koefisien daya dan tip speed ratio.

Membandingan koefisien daya maksimal dan tip speed ratio pada masing –

masing variasi kincir angin

Analisa serta pembahasan data dan pembuatan laporan

Selesai


51

Ada tiga jenis perlakuan metode untuk melakukan penelitian ini, yaitu :

1. Penelitian Kepustakaan (Library Research)

Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur –literatur

yang berhubungan dengan penulisan tugas akhir ini serta dapat dipertanggung

jawabkan kebenarannya.

2. Pembuatan Alat

Pembuatan alat uji kincir angin tipe ini dilakukan di Laboratorium

Konversi Energi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Kincir yang sudah jadi

dipasang dan motor listrik sebagai sumber tenaga untuk menghasilkan tenaga

angin untuk memutar kincir.

3. Pengamatan Secara Langsung (Observasi)

Metode observasi ini dilakukan dengan mengamati secara langsung

terhadap objek yang diteliti yaitu kincir angin zumbu horizontal pada wind

tunnel.

3.2 Alat dan Bahan

Model kincir angin horizontal ini d ib u a t dengan bahan dasar komposit

serat esglas dengan 5 lapisan yang di susun secara teratur dan cara pembuatannya

memerlukan cetakan yang sudah dibuat menggunakan bahan pralon dan dengan

diameter kincir 100 cm.

1. Sudu kincir angin.

Ukuran panjang sudu kincir menentukan daerah sapuan angin yang

menerima energi angin sehingga dapat membuat dudukan sudu atau turbin


52

berputar. Semua sudu memiliki bentuk dan ukuran yang sama, sudu kincir angin

yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2. Blade / Sudu.

2. Dudukan Sudu.

Dudukan sudu yang merupakan bagian komponen yang berfungsi untuk

pemasangan sudu dan juga untuk mengatur kemiringan sudu. Dudukan sudu

ini memiliki dua belas buah lubang untuk pemasangan sudu,untuk mengatur sudu

kemiringan cukup memutar kemiringan plat dudukan sudu. Posisi plat dudukan

dapat disesuaikan dengan kebutuhan yang diperlukan.

Gambar 3.3 Dudukan Sudu.


53

3. Fan blower.

Fan blower berfungsi untuk menghisap udara memutar kincir angin, fan

blower dengan power sebesar 15 Hp.

Gambar 3.4 Fan Blower

4. Tachometer.

Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan

putaran poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (rotation per minute).

Jenis tachometer yang digunakan adalah digital light tachometer, cara kerjanya

cukup sederhana meliputi 3 bagian, yaitu: Sensor, pengolah data dan penampil.

Gambar 3.5 Tachometer


54

5. Timbangan Digital.

Timbangan Digital digunakan untuk mengetahui beban generator pada

saat kincir angin berputar. Timbangan Digital ini diletakan pada bagian lengan

generator.

Gambar 3.6 Timbangan Digital.

6. Anemometer.

Anemometer berfungsi untuk mengukur atau menentukan kecepatan

angin. Selain mengukur kecepatan angin, alat ini juga dapat mengukur besarnya

tekanan angin, cuaca, dan tinggi gelombang laut.

Gambar 3.7 Anemometer.


55

7. Voltmeter.

Voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan yang dihasilkan kincir

angin oleh setiap variasinya.

Gambar 3.8 Voltmeter.

8. Amperemeter.

Ampermeter digunakan untuk mengukur arus yang dihasilkan oleh Kincir

Angin dengan setiap variasinya.

Gambar 3.9 Amperemeter.


56

9. Pembebanan.

Pembebanan yang dilakukan dengan menggunakan lampu bermaksud

untuk mengetahui performa kincir angin. Variasi voltase lampu yang diberikan

bermaksud supaya data yang dihasilkan lebih bervariasi. Lampu yang digunakan

adalah lampu 40 Watt sebanyak 8 buah, lampu 60 Watt sebanyak 4 buah, lampu 75

Watt sebanyak 3 buah dan lampu 100 Watt sebanyak 8 buah.

Gambar 3.10 Skema Pembebanan Lampu.

3.3 Desain Kincir

Desain kincir angin yang dibuat seperti yang ditunjukan pada Gambar

3.10. Gambar tersebut menunjukan bahwa kincir angin yang dibuat panjang

diameternya berukuran 100 cm dengan lebar maksimum sudu 13 cm.


57

Gambar 3.11 Desain kincir.

3.4 Pembuatan Sudu / Blade Kincir Angin

3.4.1 Alat dan Bahan

Pembuatan sebuah sudu / blade merupakan proses yang dilakukan secara

bertahap serta membutuhkan alat dan bahan, seperti yang ditunjukkan oleh Tabel

3.1

Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu.

ALAT BAHAN

Mesin Bor Pipa 8 Inchi

Mesin Gerinda Tangan Katalis

Ampelas Resin

Timbangan Serat gelas

Kertas Karton Aluminium foil

Kuas Plat Aluminium

Gergaji Besi

Gunting

Gelas Ukur


58

3.4.2 Proses Pembuatan Sudu / Blade

Dalam proses pembuatan sudu / blade dilakukan dengan beberapa tahapan.

tahapan – tahapan pembuatan sudu seperti berikut:

A. Pembuatan Cetakan Pipa:

1. Memotong pipa 8 inchi dengan panjang 45 cm.

Pipa 8 inchi berfungsi sebagai mal / cetakan dari proses pembuatan sudu

blade kincir angin yang mana bahan yang digunakan adalah komposit. Proses

memotong menggunakan gerinda dengan panjang pipa yang diinginkan adalah 45

cm. Setelah pipa dipotong, kemudian pipa di belah dua. Hal ini bertujuan pada

saat pembentukan pipa dengan mal kertas agar lebih mudah dilakukan dan Pipa

yang digunakan adalah Pipa Wavin D 8 inchi.

2. Membentuk Mal / cetakan kertas.

Mal atau cetakan kertas mempermudah pembentukan pipa menjadi sebuah

sudu / balde. Mal ditempelkan pada pipa kemudian pipa ditandai sesuai dengan

mal menggunakan spidol.

Gambar 3.12 Mal / Cetakan Kertas.

3. Membentuk pipa dengan mal kertas.

Pipa yang telah ditandai oleh mal ketas, kemudian dipotong menggunakan


59

gerinda. Proses pembentukan ini dilakukan secara bertahap, pemotongan di mulai

dari garis mal yang mudah dipotong.

Gambar 3.13 Pembentukan sudu pada pipa.

4. Menghaluskan pipa.

Setelah pipa yang telah dibentuk sesuai dengan bentuk dari mal kertas,

kemudian pinggiran pipa dihaluskan. Hal ini bertujuan untuk mencapai sebuah

presisi ukuran dan estetika dari pipa.

Gambar 3.14 Bentu cetakan sudu kincir angin.

B. Pembuatan sudu / blade ( komposit ):

1. Pelapisan cetakan pipa.

Setelah cetakan dari pipa telah siap, kemudian dilanjutkan pada tahap dua

yaitu pembuatan sudu/blade. Sebelum perpaduan dari resin dan katalis dioleskan

dipermukaan cetakan. Mal pipa dilapisi dengan alumunium foil. Hal ini bertujuan

agar cetakan dengan sudu yang telah jadi tidak menempel.


60

Gambar 3.15 Pelapisan Mal.

2. Pencampuran Resin dan Katalis.

Pencampuran resin dan katalis dilkakukan didalam wadah/gelas. Katalis

berfungsi untuk mengeraskan campuran dan resin adalah bahan yang dikeraskan.

3.16 Resin dan Katalis.

3. Pembuatan Sudu / Blade.

Dalam membuat sebuah sudu dengan bahan komposit yang terdiri dari

Resin, Katalis dan Serat Glass. Proses pembuatan sudu / blade dilakukan secara

berulang dan cepat. Karena saya mengharapkan sebuah sudu yang jadi nantinya

terdiri dari lima lapis serat glass. Di antara lapisan kedua dan ketiga serat glass

diberikan sebuah plat alumunium pada pangkal sudu yang berukuran 2,5 cm x 6

cm. Pemberian sebuah plat pada lapisan serat glass bertujuan untuk menambah

ketahanan pangkal sudu terhadap gaya tekan yang diberikan oleh baut. Langkah –

langkah pembuatan sudu sebagai berikut:

a. Mengoleskan campuran resin dan katalis pada permukaan pipa yang

telah dilapisi alumunium foil menggunakan kuas.


61

Gambar 3.17 Pengolesan resin dan katalis ke cetakan

b. Menempelkan lapisan pertama serat glass pada cetakan yang telah

dioleskan campuran resin dan katalis.

Gambar 3.18 Peletakan serat glass pada cetakaan sudu

c. Mengoleskan campuran resin dan katalis pada lapisan serat glass

pertama.

d. Menempelkan lapisan kedua serat glass kedua.

e. Mengoleskan campuran resin dan katalis pada lapisan serat gelas

kedua.

f. Menempelkan plat alumuium diantara lapisan kedua dan ketiga Serat

glass.

Gambar 3.19 Peletakan plat pada ujung sudu kincir.


62

g. Menempelkan lapisan ketiga serat glass.

h. Mengoleskan campuran resin dan katalis pada lapisan ketiga serat

glass.

i. Menempelkan lapisan keempat serat glass.

j. Mengoleskan campuran resin dan katalis pada lapisan keempat serat

glass

k. Menempelkan lapisan kelima serat glass.

l. Mengoleskan campuran resin dan katalis pada lapisan kelima serat

glass.

4. Pengeringan sudu / Blade

Setelah proses pembuatan sudu selesai dilakukan, kemudian sudu / blade

dikeringkan dengan cara dijemur dibawah matahari. Proses pengeringan yang

dilkukan dibawah matahari memerlukan waktu 2 -3 hari.

5. Finishing sudu / blade.

Proses finishing sudu / blade meliputi: Pemotongan, Penghalusan,

Pengurangan berat sudu / blade. Pengurangan berat sudu yang dimaksud adalah

menyamakan berat sudu menjadi 215 gram menggunakan timbangan duduk

digital.

6. Pembuatan Lubang Baut.

Pembuatan Lubang pada sudu dilakukan menggunakan bor dengan

diameter lubang baut 12.


63

3.5 Langkah Penelitian

Langkah yang dilakukan sebelum pengambilan data penelitian adalah

pemaasangan kincir angin di depan fan blower, pemasangan komponen poros

penghubung kincir angin dengan sistem pembebanan lampu yang berada di

bagian belakang kincir Angin. Proses pengambilan data Kecepatan Angin, Putaran

Poros (rpm), tegangan, arus listrik dan pembebanan kincir angin ada beberapa hal

yang perlu dilakukan yaitu:

1) Poros kincir di hubungkan dengan mekanisme pembebanan lampu.

2) Memasang Blade / Sudu pada dudukan sudu.

3) Memasang anemometer pada tiang di depan kincir angin untuk

mengukur kecepatan angin.

4) Memasang timbangan digital pada lengan generator.

5) Memasang generator pada poros kincir angin.

6) Merangkai pembebanan lampu pada generator.

7) Jika sudah siap, fan blower dihidupkan untuk memutar kinicir.

8) Percobaan pertama kincir Angin empat sudu dengan kecepatan angin

10 m/s, percobaan kedua kincir angin empat sudu dengan kecepatan 8

m/s, percobaan ketiga kincir angin empat sudu dengan kecepatan

angin 6 m/s.

9) Untuk mengatur kecepatan angin dalam terowongan angin dengan

cara memundurkan jarak gawang Kincir Angin terhadap fan blower

agar dapat menentukan variasi kecepatan angin.

10) Bila kecepatan angin dan variasi beban telah sesuai dengan yang


64

diinginkan, maka pengukuran dapat dilakukan dengan membaca

massa pengimbang yang terukur pada timbangan digital.

11) Mengukur kecepatan angin dengan menggunakan anemometer dan

kecepatan kincir angin dengan mengunakan Tachometer.

12) Mengamati selama waktu yang telah ditentukan.


65

BAB IV

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Pengujian

Berikut ini data hasil dari penelitian kincir angin empat sudu jenis propeler

dengan tiga variasi kecepatan angin. Data yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel

4.1, Tabel 4.2, dan Tabel 4.3.

Tabel 4.1 Data pengujian kincir angin empat sudu kecepatan angin 10,2 m/s

NO Hambatan

Watt

Kecepatan

Angin

Putaran

kincir

Gaya

Pengimbang Tegangan Arus

v (m/s) n (rpm) F (gram) Volt Ampere

1 0

10,2

814 100 54,60 0,00

2 60 785 130 52,80 0,11

3 120 755 170 51,80 0,23

4 180 747 200 50,30 0,35

5 220 740 220 49,10 0,43

6 260 731 240 48,40 0,49

7 300 728 260 47,80 0,59

8 340 723 280 46,90 0,64

9 380 707 300 45,90 0,73

10 420 694 310 44,80 0,80

11 460 687 330 44,00 0,87

12 500 677 340 43,80 0,95

13 560 653 370 42,30 1,04

14 660 640 410 41,50 1,21

15 760 633 450 40,80 1,37

16 860 620 480 39,50 1,49

17 960 614 510 38,60 1,68

18 1060 595 530 37,40 1,78

19 1160 580 570 36,70 1,92

20 1260 554 600 33,80 2,07

21 1360 536 640 32,60 2,16

22 1435 518 670 31,50 2,26

23 1510 489 690 30,90 2,32

24 1585 472 700 28,90 2,40


66


NO Hambatan

Watt

Kecepatan

Angin

Putaran

kincir

Gaya



1 0

8,2

688 110 47,70 0,00

2 60 646 140 46,60 0,07

3 120 655 160 45,30 0,22

4 180 647 180 44,80 0,33

5 220 639 200 43,30 0,41

6 260 629 230 42,80 0,49

7 300 616 250 41,30 0,55

8 340 607 260 40,70 0,62

9 380 596 280 39,70 0,68

10 420 581 290 38,70 0,73

11 460 573 310 37,70 0,81

12 500 557 340 36,30 0,89

13 560 534 350 35,20 0,95

14 660 524 390 34,60 1,17

15 760 511 420 33,40 1,22

16 860 504 440 32,60 1,34

17 960 473 470 29,80 1,48

18 1060 449 480 28,40 1,59

19 1160 437 500 27,80 1,77

20 1260 425 530 26,70 1,88

21 1360 416 600 25,60 1,91

22 1435 402 630 24,90 2,06

23 1510 376 640 23,30 2,16


67


NO Hambatan

Watt

Kecepatan

Angin

Putaran

kincir

Gaya



1 0

6,2

565 120 39,80 0,00

2 60 555 140 38,70 0,09

3 120 542 170 37,20 0,20

4 180 538 190 36,30 0,30

5 220 517 210 35,40 0,37

6 260 497 230 34,60 0,44

7 300 476 240 33,80 0,49

8 340 467 250 32,60 0,56

9 380 454 260 31,10 0,61

10 420 440 290 30,30 0,70

11 460 421 300 29,40 0,75

12 500 412 320 28,70 0,80

13 560 393 350 27,20 0,88

14 660 380 370 26,70 1,02

15 760 363 390 25,10 1,13

16 860 347 420 24,70 1,28

17 960 281 440 18,40 1,32

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan

Pengolahan data menggunakan beberapa asumsi untuk mempermudah

dalam proses perhitungan, yaitu sebagai berikut :

a. Percepatan gravitasi bumi = 9,81 m/s2

b. Massa jenis udara = 1,18 kg/m3

4.2.1 Perhitungan Daya Angin

Sebagai contoh perhitungan diambil dari tabel pengujian 4.2 pada

pengujian kedua diperoleh kecepatan angin 8,2 m/s, massa jenis udara (ρ) = 1,18


68

kg/m3

dan luas penampang (A) = 0,785 m2. Maka dapat dihitung daya angin

sebesar :

Pin = ½ ρ A V3

Pin = ½ 1,18 0,785 8.2 3

Pin = 259 watt

Jadi daya angin yang dihasilkan sebesar 259 watt.

4.2.2 Perhitungan Torsi

Sebagai contoh perhitungan diambil dari pengujian yang dilakukan besar

torsi dapat kita hitung. Diambil dari table 4.2 pada pengujian kedua. Dari data

diperoleh besaran gaya (F) = 1,37 N dan jarak lengan torsi ke poros sebesar 0,27

m.

maka torsi dapat dihitung :

T = F l

T = 1,37 0,27

T = 0,37 N.m

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


69

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir

Sebagai contoh perhitungan diambil dari table pengujian 4.2 pada

pengujian kedua dan pembebanan kedua diperoleh kecepatan angin 8,2 m/s,

putaran poros (n) sebesar 664 rpm, dan torsi yang telah diperhitungkan pada sub

bab 4.2.2 sebesar = 0,37 N.m. maka besarnya daya kincir dapat dihitung :

Pout = T ω

Pout = 0,37

Pout = 0,37

Pout = 25,78 watt

Jadi daya kincir yang diperoleh sebesar 25,78 watt.

4.2.4 Perhitungan Daya Listrik

Sebagai contoh perhitungan daya listrik diambil dari tabel pengujian 4.2

pada pengujian kedua. Diperoleh tegangan sebesar 46,6 volt dan Arus sebesar 0,07

ampere, maka daya listrik dapat dihitung :

Plistrik = V . I

Plistrik = 46,6 x 0,07

Plistrik = 3,3 watt


70

Jadi Daya listrik yang dihasilkan sebesar 3,3 watt.

4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr)

Sebagai contoh perhitungan diambil dari Table 4.2 pada pengujian kedua

dan pembebanan kedua diperoleh putaran poros kincir angin sebesar 69,53 rad/s,

jari jari kincir angin sebesar (r) = 0,5 m, dan kecepatan angin sebesar 8,2 m/s.

maka tip speed ratio dapat dihitung :

=

= 4,22

Jadi tip speed ratio yang diperoleh sebesar 4,22.

4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya (Cp)

Sebagai contoh perhitungan diambil dari perhitugan diatas yakni, daya

angin pada sub bab 4.2.1 sebesar 259 watt dan daya yang dihasilkan kan kincir

angin pada sub bab 4.2.3 sebesar 25,78 watt. Maka koefisien daya dapat dihitung :

Cp =

Cp=

100 %


71

Cp = 9,96 %

Jadi koefisien daya yang diperoleh sebesar 9,96 %

4.3 Data Hasil Perhitungan

Parameter yang telah didapat dari penelitian diolah dengan software

Microsoft Excel untuk menampilkan grafik hubungan antara putaran rotor dengan

torsi yang dihasilkan, grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed

ratio, dan grafik hubungan antara daya dengan torsi yang dihasilkan untuk tiga

variasi kecepatan angin.


72

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

NO

Gaya

pengimbang

Beban

Torsi

Kecepatan

sudut

Daya

angin

Daya

output

kincir

mekanis

Tip

speed

ratio

Koefisien

daya

Mekanis

Tegangan Arus Daya

Teoritis

N N.m rad/s Pin

(watt) Pout (watt) tsr Cp % Volt Ampere Watt

1 0,98 0,26 85,24 494 22,58 4,17 4,57 54,60 0,00 0,0

2 1,28 0,34 82,21 494 28,31 4,02 5,73 52,80 0,11 5,8

3 1,67 0,45 79,06 494 35,60 3,87 7,20 51,80 0,23 11,9

4 1,96 0,53 78,23 494 41,44 3,83 8,39 50,30 0,35 17,6

5 2,16 0,58 77,49 494 45,16 3,79 9,14 49,10 0,43 21,1

6 2,35 0,64 76,55 494 48,66 3,75 9,85 48,40 0,49 23,7

7 2,55 0,69 76,24 494 52,50 3,73 10,62 47,80 0,59 28,2

8 2,75 0,74 75,71 494 56,15 3,71 11,36 46,90 0,64 30,0

9 2,94 0,79 74,04 494 58,83 3,62 11,91 45,90 0,73 33,5

10 3,04 0,82 72,68 494 59,67 3,56 12,08 44,80 0,80 35,8

11 3,24 0,87 71,94 494 62,88 3,52 12,73 44,00 0,87 38,2

12 3,34 0,90 70,90 494 63,85 3,47 12,92 43,80 0,95 41,6

13 3,63 0,98 68,38 494 67,02 3,35 13,56 42,30 1,04 43,9

14 4,02 1,09 67,02 494 72,78 3,28 14,73 41,50 1,21 50,2

15 4,41 1,19 66,29 494 79,01 3,24 15,99 40,80 1,37 55,9

16 4,71 1,27 64,93 494 82,55 3,18 16,70 39,50 1,49 58,8

17 5,00 1,35 64,30 494 86,86 3,15 17,58 38,60 1,68 64,8

18 5,20 1,40 62,31 494 87,47 3,05 17,70 37,40 1,78 66,5

19 5,59 1,51 60,74 494 91,70 2,97 18,56 36,70 1,92 70,4

20 5,89 1,59 58,01 494 92,20 2,84 18,66 33,80 2,07 70,0

21 6,28 1,70 56,13 494 95,15 2,75 19,25 32,60 2,16 70,4

22 6,57 1,77 54,24 494 96,26 2,65 19,48 31,50 2,26 71,1

23 6,77 1,83 51,21 494 93,59 2,51 18,94 30,90 2,32 71,6

24 6,87 1,85 49,43 494 91,64 2,42 18,55 28,90 2,40 69,3


73


NO

Gaya

pengimbang

Beban

Torsi

Kecepatan

sudut

Daya

angin

Daya

output

kincir

mekanis

Tip

speed

ratio

Koefisien

daya

Mekanis

Tegangan Arus Daya

Teoritis

N N.m rad/s Pin


1 1,08 0,29 72,05 259 20,99 4,37 8,11 47,70 0,00 0,0

2 1,37 0,37 69,53 259 25,78 4,22 9,96 46,60 0,07 3,3

3 1,57 0,42 68,59 259 29,07 4,16 11,23 45,30 0,22 10,0

4 1,77 0,48 67,75 259 32,30 4,11 12,48 44,80 0,33 14,8

5 1,96 0,53 66,92 259 35,45 4,06 13,70 43,30 0,41 17,8

6 2,26 0,61 65,87 259 40,13 4,00 15,51 42,80 0,49 21,0

7 2,45 0,66 64,51 259 42,72 3,92 16,51 41,30 0,55 22,7

8 2,55 0,69 63,56 259 43,77 3,86 16,92 40,70 0,62 25,2

9 2,75 0,74 62,41 259 46,29 3,79 17,89 39,70 0,68 27,0

10 2,84 0,77 60,84 259 46,73 3,69 18,06 38,70 0,73 28,3

11 3,04 0,82 60,00 259 49,27 3,64 19,04 37,70 0,81 30,5

12 3,34 0,9 58,33 259 52,53 3,54 20,30 36,30 0,89 32,3

13 3,43 0,93 55,92 259 51,84 3,40 20,03 35,20 0,95 33,4

14 3,83 1,03 54,87 259 56,68 3,33 21,91 34,60 1,17 40,5

15 4,12 1,11 53,51 259 59,53 3,25 23,01 33,40 1,22 40,7

16 4,32 1,17 52,78 259 61,51 3,20 23,77 32,60 1,34 43,7

17 4,61 1,24 49,53 259 61,66 3,01 23,83 29,80 1,48 44,1

18 4,71 1,27 47,02 259 59,78 2,85 23,10 28,40 1,59 45,2

19 4,91 1,32 45,76 259 60,61 2,78 23,42 27,80 1,77 49,2

20 5,20 1,4 44,51 259 62,48 2,70 24,15 26,70 1,88 50,2

21 5,89 1,59 43,56 259 69,23 2,65 26,76 25,60 1,91 48,9

22 6,18 1,67 42,10 259 70,25 2,56 27,15 24,90 2,06 51,3

23 6,28 1,70 39,37 259 66,75 2,39 25,79 23,30 2,16 50,3


74


NO

Gaya

pengimbang

Beban

Torsi

Kecepatan

sudut

Daya

angin

Daya

output

kincir

mekanis

Tip

speed

ratio

Koefisien

daya

Mekanis

Tegangan Arus Daya

Teoritis

N N.m rad/s Pin


1 1,18 0,32 59,17 111 18,81 4,76 16,93 39,80 0,00 0,0

2 1,37 0,37 58,12 111 21,55 4,68 19,4 38,70 0,09 3,5

3 1,67 0,45 56,76 111 25,56 4,57 23,01 37,20 0,20 7,4

4 1,86 0,50 56,34 111 28,35 4,53 25,53 36,30 0,30 10,9

5 2,06 0,56 54,14 111 30,11 4,36 27,11 35,40 0,37 13,1

6 2,26 0,61 52,05 111 31,71 4,19 28,55 34,60 0,44 15,2

7 2,35 0,64 49,85 111 31,69 4,01 28,53 33,80 0,49 16,6

8 2,45 0,66 48,90 111 32,38 3,94 29,16 32,60 0,56 18,3

9 2,55 0,69 47,54 111 32,74 3,83 29,48 31,10 0,61 26,1

10 2,84 0,77 46,08 111 35,39 3,71 31,87 30,30 0,70 21,2

11 2,94 0,79 44,09 111 35,03 3,55 31,54 29,40 0,75 22,1

12 3,14 0,85 43,14 111 36,57 3,47 32,92 28,70 0,80 23,0

13 3,43 0,93 41,15 111 38,15 3,31 34,35 27,20 0,88 23,9

14 3,63 0,98 39,79 111 39,00 3,20 35,11 26,70 1,02 27,2

15 3,83 1,03 38,01 111 39,27 3,06 35,35 25,10 1,13 28,4

16 4,12 1,11 36,34 111 40,42 2,92 36,40 24,70 1,28 31,6

17 4,32 1,17 29,43 111 34,29 2,37 30,88 18,40 1,32 24,3


75

4.4 Grafik Hasil Perhitungan

Pengolahan data yang dilakuakan pada Sub Bab 4.2 dan 4.3 mendapatkan

hasil grafik. Grafik – grafik hubungan tersebut yakni antara lain grafik antara daya

dan torsi, grafik hubungan antara torsi dan rpm, dan grafik hubungan antara

koefisien daya dengan tip speed ratio. Penjelasan untuk grafik hubungan diatas,

lebih lengkapnya dapat dilihat pada grafik – grafik berikut ini :


Kecepatan Angin Rata – Rata 10,2 m/s

Data dari Tabel 4.4 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya

dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara putaran poros (rpm) dan

Daya (Pout). Pada Gambar 4.1 menunjukan bahwa nilai daya kincir mekanis (Pout

mekanis) puncak yang dihasilkan kincir angin dengan variasi kecepatan angin rata

– rata 10,2 m/s adalah 96,26 watt. Dan nilai daya kincir elektris (Pout elektris)

puncak yang dihasilkan kincir dengan variasi kecepatan angin rata – rata 10,2 m/s

adalah 71,7 watt.


76


rata – rata 10,2 m/s.





daya kincir (Pout). Pada Gambar 4.2 menunjukan bahwa nilai daya kincir mekanis

(Pout mekanis) puncak yang dihasilkan kincir angin dengan variasi kecepatan angin

rata - rata 8,2 m/s adalah 70,25 watt pada torsi sebesar 1,70 N.m. Dan nilai daya

kincir mekanis (Pout elektris) adalah 51,3 watt.

-20.00

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0

DA

YA

( W

AT

T )

RPM

Daya Mekanis

Daya Listrik

96,28 watt

71,7 watt


77




Kecepatan Angin Rata - Rata 6,2 m/s



daya kincir (Pout). Pada Gambar 4.3 menunjukan bahwa nilai daya kincir mekanis

(Pout mekanis) puncak yang dihasilkan kincir angin dengan variasi kecepatan angin

rata - rata 6,2 m/s adalah 40,42 watt. Dan nilai daya kincir elektris ( Pout elektris )

adalah 31,6 watt.

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0

DA

YA

( W

AT

T)

RPM

Daya Mekanis

Daya Listrik

70,25 watt

51,3 watt


78


rata - rata 6,2 m/s.

4.4.4 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Daya Mekanis Untuk Tiga

Variasi Kecepatan Angin

Data dari Tabel 4.4, Tabel 4.5 dan Tabel 4.6 yang sudah diperoleh pada

perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara

daya kincir (Pout) dan torsi. Pada Gambar 4.4 menunjukan bahwa nilai tertinggi

daya kincir mekanis (Pout mekanis) yang dihasilkan kincir angin pada kecepatan

angin rata – rata 10,2 m/s. Dapat dilihat bahwa semakin besar torsi yang

dihasilkan maka semakin besar pula daya yang dihasilkan oleh kincir. Daya

maksimal yang dicapai yaitu 96,26 watt pada torsi sebesar 1,77 N.m.

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

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

DA

YA

( W

AT

T )

RPM

Daya Mekanis

Daya Listik

40,42 watt

31,6 watt


79

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

angin.

4.4.5 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Daya Elektris Untuk Tiga

Variasi Kecepatan Angin



putaran poros dan daya elektris (Pout elektris). Pada Gambar 4.5 menunjukan

bahwa nilai daya kincir elektris (Pout elektris) yang dihasilkan kincir angin pada

tiga variasi kecepatan angin. Dapat dilihat bahwa semakin besar daya yang

dihasilkan maka semakin kecil putaran poros yang terjadi. Daya maksimal yang

dicapai yaitu 71,7 watt pada variasi kecepatan angin rata – rata 10,2 m/s.

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0

DA

YA

ME

KA

NIS

( W

AT

T )

RPM

Pout MekanisKec.Angin Rata-Rata 10,2 m/s



96,26 watt

70,25 watt

40,42 watt


80

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

angin.


Angin Rata - Rata 10,2 m/s


dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara torsi dan putaran (rpm).

Pada Gambar 4.6 menunjukan bahwa nilai torsi maksimal yang dihasilkan kincir

angin dengan variasi kecepatan angin rata - rata 10,2 m/s sebesar 1,85 N.m dan

terjadi pada putaran sebesar 472 rpm.

-20.00

-10.00

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0

DA

YA

LIS

TR

IK (

WA

TT

)

RPM

Pout ListrikKec.Angin Rata-Rata 10,2 m/s



71,7 watt

31,6 watt

51,3 watt


81

Gambar 4.6 Grafik hubungan rpm dan torsi untuk variasi kecepatan angin


4.4.7 Grafik Hubungan Antara Putran Poros dan Torsi Untuk Kecepatan

Angin Rata - Rata 8,2 m/s




angin dengan variasi kecepatan angin rata - rata 8,2 m/s sbebsar 1,70 N.m dan


0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0

TO

RS

I, (

N.

M )

RPM


82




Angin Rata - Rata 6,2 m/s.




angin dengan variasi kecepatan angin rata – rata 6,2 m/s sebesar 1,17 N.m dan


0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0

TO

RS

I, (

N.

M )

RPM


83



4.4.9 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros dan Torsi Untuk Tiga variasi

Kecepatan Angin



torsi dan putaran (rpm). Pada Gambar 4.9 menunjukan nilai torsi yang dihasilkan

kincir angin dengan tiga variasi kecepatan angin. Dapat dilihat bahwa semakin

besar torsi yang dihasilkan maka kecepatan putar kincir semakin kecil. Dari ketiga

variasi kecepatan, variasi kecepatan angin rata – rata 10,2 m/s memiliki nilai torsi

tertinggi sebesar 1,85 N.m.

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

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

TO

RS

I, (

N.

M )

RPM


84

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



Pada Gambar 4.10 menunjukan grafik hubungan antara TSR dan koefisien

daya untuk kincir angin dengan variasi kecepatan angin 10,2 m/s. Koefisien daya

mekanis maksimal yang dihasilkan (Cpmax Mekanis) sekitar 19,48 % yang terjadi

pada tsr sebesar 2,65.

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0

TO

RS

I, T

( N

. M

)

RPM

Kec.Angin Rata-Rata10,2 m/s




85

Gambar 4.10 Grafik hubungan antara tsr dan koefisien daya untuk variasi

kec.angin rata – rata 10,2 m/s.



Pada Gambar 4.11 menunjukan grafik hubungan antara TSR dan Koefisien

daya untuk kincir angin dengan variasi kecepatan angin 8,2 m/s. Koefisien daya

mekanis maksimal yang dihasilkan (Cpmax Mekanis) sebesar 27,15 % yang terjadi

pada nilai tsr sebesar 2,56.

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

0 . 0 0 1 . 0 0 2 . 0 0 3 . 0 0 4 . 0 0 5 . 0 0

CP

%

TSR

Cp Mekanis

19,48 %


86

Gambar 4.11 Grafik hubungan antara tsr dan koefisien daya variasi kecepatan

angin rata – rata 8,2 m/s.

4.4.12 Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya pada Variasi


Pada Gambar 4.12 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya dan

tsr untuk kincir angin dengan variasi kecepatan angin 6,2 m/s. Koefisien daya


pada nilai tsr sebesar 2,92.

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

0 . 0 0 1 . 0 0 2 . 0 0 3 . 0 0 4 . 0 0 5 . 0 0

CP

%

TSR

Cp Mekanis

27,15 %


87

Gambar 4.12 Grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr variasi kecepatan

angin rata – rata 6,2 m/s.

4.4.13 Grafik Perbandingan Koefisien Daya Mekanis Maksimal Dengan Tip

Speed Ratio Pada Tiga Variasi Kecepatan Angin

Pada Gambar 4.13 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya

mekanis dan tsr kincir dengan tiga variasi kecepatan angin. Koefisien daya


pada nilai tsr sebesar 2,92 dengan variasi kecepatan angin 6,2 m/s. Sedangkan pada

variasi kecepatan angin 10,2 m/s nilai koefisien daya mekanis maksimal yang

dihasilkan sebesar 19,48 % pada nilai tsr 2,65. Dan untuk variasi kecepatan angin

8,2 m/s nilai koefisien daya mekanis maksimal sebesar 27,15 % pada nilai tsr 2,56.

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

0 . 0 0 1 . 0 0 2 . 0 0 3 . 0 0 4 . 0 0 5 . 0 0 6 . 0 0

CP

%

TSR

Cp Mekanis

36,40 %


88

Gambar 4.13 Grafik perbandingan antara koefisien daya mekanis terhadap tip

speed ratio untuk tiga variasi kecepatan angin.

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

0 . 0 0 1 . 0 0 2 . 0 0 3 . 0 0 4 . 0 0 5 . 0 0 6 . 0 0

CP

ME

KA

NIS

%

TSR

Kec.AnginRata-Rata10,2 m/s



19,48 %

27,15 %

36,40 %


89

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Setelah melakukan pengambilan data, pengolahan dan analisis data dapat

disimpulkan sebagai berikut :

1. Telah berhasil dibuat kincir angin poros horizontal 4 sudu bahan komposit

dengan mal terbuat dari potongan pipa pvc 8 inchi.

2. Dari variasi kecepatan angin 6,2 m/s daya output mekanis tertinggi 40,42 watt

dengan torsi tertinggi 1,17 N.m pada variasi kecepatan angin 8,2 m/s daya

output mekanis tertinggi 70,25 watt dengan torsi tertinggi 1,70 N.m dan untuk

variasi kecepatan angin 10,2 m/s daya output mekanis tertinggi 96,26 watt

dengan torsi tertinggi 1,85 N.m.

3. Koefisien daya mekanis pada variasi kecepatan angin 6,2 m/s sebesar 36,40 %

pada tsr optimal 2,97 untuk variasi kecepatan angin 8,2 m/s didapat Koefisien

daya mekanis 27,15 % pada tsr optimal 2,56 sedangkan untuk variasi

kecepatan angin 10,2 m/s didapat Koefisien daya mekanis 19,48 % pada tsr

optimal 2,65.


90

5.2 Saran

1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan variasi bentuk sudu dengan

diameter yang sama untuk mengetahui bentuk sudu yang paling baik di

gunakan di daerah Indonesia.

2. Perlu dilakukan penelitian dengan penambahan jumlah variasi sudu yang

digunakan untuk mengetahui jumlah sudu yang lebih baik yang digunakan di

daerah Indonesia.

3. Perlu dilakukan uji coba dengan variasi kecepatan angin yang lebih rendah

mengingat karakteristik angin di Indonesia cenderung rendah.


91

DAFTAR PUSTAKA

Tata Surdia, Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan Ke-6 PT. Pradnya Paramita.

2005.

Gibson, F. R, (1994), “Principle of Composite Material Mechanics”, Mc Graw

Hill Inc, New York

Johnson, G.L. 2006. Wind Energy Sistem. Manhattan. Diakses : Tanggal 26

Agustus 2016.

Petrus Dodo Anggriawan. 2013. Unjuk Kerja Kincir Angin Propeler Tiga Sudu

Dari Bahan Triplek Dan Anyaman Bambu Berdiameter 80 cm, Tugas Akhir,

Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

Heryanto, Valentinus Kelvin (2014) Unjuk Kerja Kincir Angin Poros Horisontal 4

Sudu Berbahan Pipa PVC 8” Dengan Variasi Kemiringan Sudu. Tugas

Akhir, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (DESDM), 2006. Statistik

Ekonomi.

http://www.slideshare.net/Syamsir06/den-syamsir-abduh-07082014unhas

http://www.Rencana Usaha Penyediaan Tenaga Listrik 2006-2015, PT PLN

(Persero), Juli 2005.

http://www.indoenergi.com/2012/07/, diakses 1 April 2016

http://imamengineering.blogspot.co.id/2015/03/makalah-mekanika-bahan-kompos

it.html.

http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam-Serat-Ala

m.bmp. Diakses Juni 2016.

http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam-Serat-Sin

te tis.bmp


https://rajafiber.wordpress.com/spesifikasi-material-produk-raja-fiber/



http://www.slideshare.net/Syamsir06/den-syamsir-abduh-07082014unhas

http://imamengineering.blogspot.co.id/2015/03/makalah-mekanika-bahan-kompos%20it.html

http://imamengineering.blogspot.co.id/2015/03/makalah-mekanika-bahan-kompos%20it.html

http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam-Serat-Ala%20m.bmp

http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam-Serat-Ala%20m.bmp

http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam-Serat-Sin


https://rajafiber.wordpress.com/spesifikasi-material-produk-raja-fiber/


92

LAMPIRAN


Kecepetan Angin 10,2 m/s.


Kecepatan Angin 10,2 m/s.

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0

PO

UT

ME

KA

NIS

( W

AT

T )

RPM

-20.0

-10.0

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0

PO

UT

LIS

TR

IK (

WA

TT

)

RPM


93





0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

0 . 0 0 1 . 0 0 2 . 0 0 3 . 0 0 4 . 0 0 5 . 0 0

CP

%

TSR

Cp Mekanis

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0

PO

UT M

EK

AN

IS (

WA

TT

)

RPM


94





0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0

PO

UT L

IST

RIK

( W

AT

T )

RPM

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

0 . 0 0 1 . 0 0 2 . 0 0 3 . 0 0 4 . 0 0 5 . 0 0

CP

%

TSR

Cp Mekanis


95


Kecepetan Angin 6,2 m/s.



0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

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

PO

UT

M

EK

AN

IS (

WA

TT

)

RPM

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

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

PO

UT L

IST

RIK

( W

AT

T )

RPM


96



Lampiran 10. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Mekanis Pada Tiga

Variasi Kecepatan Angin 10,2 m/s, 8,2 m/s dan 6,2 m/s.

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

0 . 0 0 1 . 0 0 2 . 0 0 3 . 0 0 4 . 0 0 5 . 0 0 6 . 0 0

CP

%

TSR

Cp Mekanis

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0

DA

YA

ME

KA

NIS

( W

AT

T )

RPM





97

Lampiran 11. Grafik Hubungan Antara RPM dan Daya Listrik Pada Tiga Variasi

Kecepatan Angin 10,2 m/s, 8,2 m/s dan 6,2 m/s.

Lampiran 12. Grafik Hubungan Antara TSR dan CP Pada Tiga Variasi


-20.0

-10.0

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 DA

YA

LIS

TR

IK (

WA

TT

)

RPM




0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

0 . 0 0 1 . 0 0 2 . 0 0 3 . 0 0 4 . 0 0 5 . 0 0 6 . 0 0

CP

ME

KA

NIS

%

TSR

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




98

Lampiran 13. Grafik Hubungan Antara RPM dan Torsi Pada Variasi Kecepatan

Angin 10,2 m/s.


Angin 8,2 m/s.

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0

TO

RS

I, (

N.

M )

RPM

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0

TO

RS

I, (

N.

M )

RPM


99


Angin 6,2 m/s.

Lampiran 16. Grafik Hubungan Antara RPM dan Torsi Pada Tiga Variasi


0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

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

TO

RS

I, (

N.

M )

RPM

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0

TO

RS

I, T

( N

. M

)

RPM





Documents

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT … · ekonomi dan dikarenakan ketersedian bahan bakar minyak, gas maupun batu bara tersebut semakin menipis. ... 2.1.3 Klasifikasi