PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Transkripsi

1 UNJUK KERJA KINCIR ANGIN JENIS WEPOWER SUDU PIPA PVC DENGAN VARIASI KEMIRINGAN SUDU TUGAS AKHIR Untuk memenuhi sebagian persyaratan Memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Diajukan oleh : A. BAGUS PRASETYO NUGROHO NIM : PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2013 i

2 THE PERFORMANCE OF WEPOWER WINDMILL BLADE PVC PIPE WITH BLADE TILT VARIATIONS FINAL PROJECT As partial fulfillment of the requirement to obtain the SarjanaTeknik degree In Mechanical Engineering Study Program by A. BAGUS PRASETYO NUGROHO Student Number: MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM FACULTY DEPARTMENT OF ME SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2013 ii

3 unjijk KERJA KINCTR Ar\tcrN wepower sudu prpa rvc uixcnn VARIASI KEMIRINGAI\ SUDU Telah Disetujui Oleh: Dosen Pembimbing: l$

4 T'NJT]K KERJA KINCIR ANGIN WEPOWER SUDU PIPA PVC DENGAN VARIASI KA,MIRINGAN il'du Yang dipersiapkan dan disusun oleh: NAMA : A. BAGUS PRASETYO I{UGROHO N.I.M : Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji pada tanggal 2l Oktober 2013 Susunan Dewan Penguji Nama Lengkap Tanda tangan : Igusti Ketut Puj4ST.,MT. Sekretaris : Wibowo Kusbandono,ST.,M.T. Anggota : Doddy Purwadianto,ST.,MT Tugas Akhir ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Yogyakarta,.:!1...19Y:f.F r &ol3 Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta Prima Ros4 S.Si., M.Sc. lv

5 PERI\IYATAAN KEASLIAN TUGAS AKIIIR Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam Tugas Akhir dengan judul: T]NJUK KERJA KINCIR AI\IGIN WEPOWER ST]DU PIPA PVC DENGAII VARIASI KEMIRINGAI\I ST'DU Yang dibuat untuk melengkapi persyaratan yang wajib ditempuh untuk menjadi Sarjana Teknik pada Program Strata-l, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan dari tugas akhir yang sudah dipublikasikan di Universitas Sanata Dharma maupun di Perguruan Tinggi manapun. Kecuali bagian informasinya dicantumkan dalam daftar pustaka. Dibuat di : Yogyakarta Padatanggal: 02 Agustus 2013 A. Bagus Prasety

6 LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAII UNTUK KEPENTINGAII AKADEMIS Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama Nomor Mahasiswa : : A. Bagus Prasetyo Nugroho Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul : Unjuk Kerja Kincir Angin Wepower Sudu Pipa Pvc Dengan Variasi Kemiringan Sudu Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya malpun memberikan royalty kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenamya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 05 Agustus 2013 Yang menyatakan Bagus Pr'asetyo Nugroho) VI

7 ABSTRAK Cadangan energi fosil semakin lama semakin berkurang sedangkan kebutuhan konsumsi bahan bakar minyak terus meningkat, maka diperlukan sumber energi baru yang terbarukan dan ramah lingkungan. Salah satu energi yang dapat dikembangkan adalah energi angin karena ketersediaan angin yang melimpah dan memiliki sedikit dampak negatif bagi manusia. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengembangkan unjuk kerja kincir angin jenis WePower dengan luasan frontal 0,225 mm 2. Model variasi pertama adalah kincir angin jenis WePower dengan derajat kemiringan sudu 60, model variasi kedua dengan kemiringan sudu 70, dan model variasi ketiga dengan kemiringan sudu 80. Jumlah sudu yang digunakan sebanyak enam buah berbentuk sebagian dari pipa PVC 8 inci. Dalam pengujiannya setiap kincir angin diuji untuk mengetahui torsi, putaran poros,daya kincir, dan koefisien daya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa koefisien daya maksimal diperoleh dengan kincir angin jenis WePowerdengan variasi kemiringan sudu 80, yaitu 5,5 % pada tip speed ratio (tsr) 0,34 menghasilkan daya 23,03 watt pada kecepatan angin 15,11 m/s dengan torsi 0,76 Nm. Variasi kincir angin jenis Wepower dengan kemiringan sudu 60 menghasilkan koefisien daya maksimal 1,22 % pada tip speed ratio 0,18 menghasilkan daya 7,3 watt pada kecepatan angin 15,63 m/s dengan torsi 0,56 Nm. Variasi kincir angin jenis WePower dengan kemiringan sudu 70 menghasilkan koefisien daya maksimal 4,2 % pada tip speed ratio 0,21menghasilkan daya 17,4 watt pada kecepatan angin 15,24 m/s dengan torsi 0,72 Nm. Kata kunci : koefisien daya, daya kincir, torsi, tip speed ratio vii

8 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan kasih-nya serta kemampuan kepada penulis untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Penyusunan tugas akhir ini dilaksanakan dalam rangka memenuhi syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Penulis menyadari bahwa selama penyusunan tugas akhir ini, banyak pihak yang telah memberikan bantuannya. Oleh karena itu, pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terima kasih kepada : 1. Ibu Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 2. Bapak Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 3. Bapak Doddy Purwadianto,ST,MT., sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir, dosen pembimbing akademik dan Kepala Laboratorium Konversi Energi 4. Bapak Bambang Isnugroho dan Ibu Sri Haryanti selaku orang tua penulis, karena kebaikan dan kerendahan hati memberikan semangat pada penulis. 5. Keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir. viii

9 6. Rekan sekelompok yaitu Gede Sujane dan Eugenius Bramandika, yang telah membantu dalam perancangan, pembuatan, perbaikan alat dan pengambilan data. 7. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan teman-teman lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih atas segala bantuanya. Penulis menyadari dalam penulisan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Segala kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan demi penyempurnaan dikemudian hari. Semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua. Yogyakarta, 24 Oktober 2013 Penulis ix

10 DAFTAR ISI Halaman Judul...i Title Page...ii Halaman Pengesahan...iii Daftar Dewan Penguji...iv Pernyataan Keaslian Karya...v Lembar Pernyataan Persetujuan Karya Ilmiah...vi Abstrak...vii Kata Pengantar...viii Daftar Isi......x Daftar Gambar...xii Daftar Tabel...xiv BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Rumusan Masalah Batasan Masalah Manfaat Penelitian Tujuan Penelitian...4 BAB II DASAR TEORI Energi Angin Kincir Angin Rumus-Rumus Perhitungan...15 BAB III METODE PENELITIAN Diagram Alir Penelitian Objek Penelitian Waktu dan Tempat Penelitian Peralatan dan Bahan Variabel Penelitian...32 x

11 3.6 Langkah-Langkah Percobaan Langkah Pengolahan Data...36 BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN Data Hasil Percobaan Pengolahan Data dan Perhitungan Data Hasil Perhitungan Grafik Hasil Perhitungan Pembahasan...58 BAB V Kesimpulan dan Saran Kesimpulan Saran...61 DAFTAR PUSTAKA...62 LAMPIRAN...63 xi

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 energy mix nasional Gambar 2.1 Angin Laut... 7 Gambar 2.2 Angin Darat... 8 Gambar 2.3 Angin Lembah... 8 Gambar 2.4 Angin Gunung... 9 Gambar 2.5 Kincir Angin Poros Vertikal Gambar 2.6 Kincir Angin Poros Horizontal Gambar 2.7 Grafik Hubungan Cp dan tsr maksimal berapa jenis kincir Gambar 3.1 Diagram alir langkah penelitian Gambar 3.2 Gambar teknik kicir angin jenis WePower termodivikasi Gambar 3.3 Kincir angin jenis WePower termodifikasi Gambar 3.4 Pelat pembatas sudu Gambar 3.5 Sudu kincir Gambar 3.6 Poros kincir Gambar 3.7 Terowongan angin Gambar 3.8. Blower Gambar 3.9 Tachometer Gambar 3.10 Anemometer Gambar 3.11 Rangkaian lampu pembebanan Gambar 3.12 Neraca pegas Gambar 3.13 Kabel Gambar 3.14 Posisi generator dan tali pengait Gambar 3.16 Anemometer Gambar 3.17 Cara menggunakan Takometer Gambar 3.18 Posisi Cara mengatur kecepatan angin Gambar 4.1 Grafik hubungan putaran poros dan torsi Untuk variasi kemiringan sudu Gambar 4.2 Grafik hubungan daya kincir dan torsiuntuk variasi kemiringan sudu Gambar 4.3 Grafik hubungan Cp dan tsr untuk variasi 6 sudu dan kemiringan sudu Gambar 4.4 Grafik hubungan putaran poros dengan variasi 6 buah sudu dan kemiringan sudu Gambar 4.5 Grafik hubungan daya kincir dan torsi dengan variasi Jumlah sudu 6 buah dan kemiringan sudu Gambar 4.6. Grafik hubungan Cp dan tsr dengan variasi 6 buah sudu dan kemiringan sudu Gambar 4.7 Grafik hubungan putaran poros dan torsi untuk variasi kincir dengan jumlah sudu 6 buah dan kemiringan sudu Gambar 4.8 Grafik hubungan daya kincir dan torsi untuk variasi kincir jumlah sudu 6 buah dan kemiringan sudu Gambar 4.9 Grafik Grafik hubungan Cp dan tsr untuk variasi kincir dengan xii

13 jumlah sudu 6 buah dan kemiringan sudu Gambar 4.10 Grafik perbandingan putaran poros dengan torsi dari ketiga variasi kemiringan sudu kincir Gambar 4.11 Perbandingan unjuk kerja ketiga variasi kincir angin...58 xiii

14 DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Potensi Energi Terbarukan Nasional...2 Tabel 2.1. Tingkat Kecepatan angin...5 Tabel 4.1. Data percobaan kincir angin dengan kemiringan sudu dengan sudut Tabel 4.2 Data percobaan kincir angin dengan kemiringan sudu dengan sudut Tabel 4.3 Data percobaan kincir angin dengan sudu dengan kemiringan Tabel 4.4 Data hasil perhitungan kincir angin dengan kemiringan sudu Tabel 4.5 Data hasil perhitungan kincir angin dengan sudu kemiringan Tabel 4.6 Data perhitungan kincir angin dengan kemiringan sudu xiv

15 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Cadangan energi fosil semakin lama semakin berkurang sedangkan kebutuhan konsumsi bahan bakar minyak terus meningkat. Diperkiraan kandungan minyak bumi di Indonesia dengan tingkat konsumsi bahan bakar minyak seperti saat ini akan habis dalam kurun waktu 22 tahun lagi atau pada tahun Jutaan barrel minyak mentah dieksploitasi tanpa memikirkan bahwa minyak tersebut merupakan hasil evolusi alam yang berlangsung selama ribuan bahkan jutaan tahun yang mungkin tidak dapat terulang lagi pada masa yang akan datang. Krisis energi bisa langsung dirasakan oleh masyarakat khususnya menengah ke bawah seperti petani karena sebagian besar alat pertanian seperti traktor menggunakan solar. Konsumsi bahan bakar minyak (BBM) secara nasional mengalami peningkatan dari tahun ke tahun. Kemampuan produksi minyak bumi semakin menurun akan tetapi kebutuhan masyarakat akan minyak bumi di dalam negeri semakin meningkat. Oleh karena itu, perlu dilakukan langkah-langkah untuk mendapatkan sumber energi alternatif. Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan oleh manusia, kincir angin yang pertama kali dibuat oleh manusia digunakan untuk memompa air. Pada dasarnya angin terjadi karena ada perbedaan suhu antara udara panas dan udara dingin. Di tiap daerah keadaan suhu dan kecepatan angin berbeda-beda. Energi angin yang melimpah di Indonesia ternyata belum dimanfaatkan sebagai alternatif penghasil listrik 1

16 No Energi Terbarukan Sumber Daya (SD) Kapasitas Terpasang (KT) 1 Tenaga Angin 3-6 (m/s) 1,87 MW 2 Tenaga Air 75,670 MW 5.705,29 MW 3 Panas Bumi 29,938 MW MW 4 Biomassa 49,810 MW 1.618,40 MW 5 Tenaga Surya 4,80 kwh/mm 2 /hari 13,5 MW 6 Uranium 3000 MW 30 MW Tabel 1.1. Potensi Energi Terbarukan Nasional(Aryani,2012) Gambar 1.1 Gambar energy mix nasional (Aryani,2012) Angin selama ini dipandang sebagai proses alam biasa yang kurang memiliki nilai ekonomis bagi kegiatan produktif masyarakat. Pemanfaatan energi angin di dunia sebagai sumber energi alternatif nonkonvensional sudah semakin mendapatkan perhatian. Hal ini, didorong oleh kesadaran terhadap makin menipis cadangan bahan bakar fosil di dunia dan kebutuhan energi makin meningkat. 2

17 1.2 Perumusan Masalah Masalah yang ingin dipecahkan dalam penelitian ini antara lain : 1. Angin merupakan energi yang berlimpah, gratis, kekal dan tidak menimbulkan banyak dampak negatif bagi lingkungan dan manusia. 2. Indonesia merupakan negara yang beriklim tropis sehingga indonesia memiliki energi angin yang sangat berlimpah namun belum dimanfaatkan secara optimal. 3. Diperlukan desain kincir angin yang terbaik agar mampu merubah energi angin menjadi energi listrik dengan bantuan generator sehingga efisiensi yang didapat tinggi. 1.3 Batasan Masalah Permasalahan dalam penelitian ini dibatasi pada : 1. Sudu kincir angin terbuat dari potongan pipa PVC dengan diameter 8 inci. 2. Model kincir angin yang digunakan adalah kincir angin poros vertikal dengan diameter 45 cm dan tinggi 60 cm dengan jumlah sudu 6 buah. 3. Penelitian dilakukan dengan mengoperasikan kincir angin didalam sebuah wind tunnel yang tersedia di laboratorium Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 4. Data yang diambil pada saat penelitian adalah kecepatan angin, putaran poros kincir, beban yang diberikan dan suhu ruangan. 3

18 5. Variasi yang digunakan adalah variasi sudu dengan kemiringan sudu 60,70 dan Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah : 1. Menjadi sumber informasi mengenai unjuk kerja kincir angin poros vertikal dengan kemiringan sudu 60,70 dan Memberi tambahan refrensi baru bagi perkembagan teknologi energi terbarukan, khususnya energi angin. 3. Memberikan suatu ilmu baru bagi masyarakat khususnya di daerah dengan potensi energi angin yang besar agar dapat menkonveksi energi angin menjadi energi listrik sehingga biaya produksi masyarakat dapat berkurang. 1.5 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Membuat kincir angin model WePower dengan variasi derajat kemiringan sudu. 2. Mengetahui unjuk kerja kincir angin terhadap pengaruh variasi derajat kemiringan sudu 60,70 dan 80. 4

19 BAB II STUDI PUSTAKA 2.1 Energi Angin Angin adalah salah satu bentuk energi yang sangat berlimpah tersedia di alam, Pembangkit Listrik Tenaga Angin mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Cara kerjanya cukup sederhana, energi angin yang memutar turbin angin, diteruskan untuk memutar rotor pada generator dibagian belakang turbin angin, sehingga akan menghasilkan energi listrik. Energi Listrik ini biasanya akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan. Syarat syarat dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik dapat dilihat pada tabel berikut. Tingkat Kecepatan Angin 10 meter diatas permukaan Tanah Kelas Angin Kecepatan Angin m/d Kondisi Alam di Daratan Angin bertiup, asap lurus keatas Asap bergerak mengikuti arah angin Wajah terasa ada angin, daun bergoyang, petunjuk arah angin bergerak Debu jalan, kertas berterbangan, ranting pohon bergoyang. 5

20 Ranting pohon bergoyang, bendera berkibar Ranting pohon besar bergoyang, air plumpang bergoyang kecil Ujung pohon melengkung, hembusan angin terasa di telinga Dapat mematahkan ranting pohon, jalan berat melawan arah angin Dapat mematahkan ranting pohon, rumah rubuh Dapat merubuhkan pohon menimbulkan kerusakan Dapat menimbulkan kerusakan parah Angin Topan Tabel 2.1. Tingkat Kecepatan angin Sumber : Agustus 2013 Angin kelas 3 adalah batas minimum untuk menggerakan sebuah kincir angin dan angin kelas 8 adalah batas maksimum energi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Jenis - jenis angin antara lain : 1. Angin laut Angin laut adalah angin yang berhembus dari arah laut ke arah darat dan pada biasanya terjadi pada siang hari. Hal ini disebabkan karena daratan memiliki temperatur yang lebih tinggi dari pada temperatur laut seperti yang diapat dilihat pada Gambar 2.1. Angin laut 6

21 biasa digunakan para nelayan untuk dapat pulang sehabis menangkap ikan dilaut. 2. Angin darat Gambar 2.1 Angin Laut (Sito,E.P.,2011) Angin darat adalah angin yang berhembusannya dari arah daratan ke arah lautan dan biasanya terjadi pada waktu malam hari. Hal ini disebabkan karena temperatur lautan lebih tinggi dari temperatur yang ada didaratan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2. Angin ini biasa digunakan para nelayan untuk berangkat mencari ikan dengan perahu layar. 7

22 3. Angin lembah Gambar 2.2 Angin Darat (Sito,E.P.,2011) Gambar 2.3 Angin Lembah (Sito,E.P.,2011) Angin lembah adalah angin yang hembusannya dari arah lembah ke arah puncak gunung dan biasanya terjadi pada siang hari. Arah hembusan angin ini disebabkan karena perbedaan temperatur antara puncak gunung dan lembah, puncak gunung lebih dahulu menerima panas matahari sehingga tekanan yang ada dipuncak gunung menjadi turun dan terjadi aliran udara 8

23 4. Angin gunung Angin gunung adalah angin yang berhembus dari arah puncak gunung ke arah lembah dan biasanya terjadi pada malam hari. Arah angin ini diakibatkan lembah akan melepaskan energi panas lebih lambat dari pada puncak gunung, dan puncak gunung yang telah mendingin akan mengalirkan udara ke lembah seperti yang ditunjukkan Gambar 2.4. Gambar 2.4 Angin Gunung (Sito,E.P.,2011) 2.2 Kincir Angin Kincir angin adalah sebuah alat yang digerakkan oleh tenaga angin yang digunakan untuk menkonversi energi kebentuk energi yang lain. Kincir angin ini pada mulanya dimanfaatkan oleh petani untuk menumbuk hasil pertanian, irigasi,memompa air dan pengiling gandum. Kincir angin awal mulanya banyak dibuat di Denmark, Belanda dan negara-negara Eropa lainnya dan yang lebih dikenal dengan nama windmill. Kincir angin modern adalah kincir angin yang saat ini banyak digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik. Kini kincir angin lebih banyak digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi 9

24 dan menggunakan sumber daya alam yang tidak dapat habis yaitu angin. Walaupun sampai saat ini pembangunan kincir angin masih belum dapat mengimbangi pembangkit listrik konvensonal (Contoh: PLTD, PLTU, dan lain-lain) akan tetapi kincir angin akan terus dikembangkan oleh para ilmuwan karena dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui (Contoh : batu bara, minyak bumi dan gas) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan listrik. Berdasarkan posisi porosnya, kincir angin dibedakan menjadi dua kelompok utama, yaitu kincir angin poros horizontal dan kincir angin poros vertikal. Dalam penelitian ini akan dikembangkan mengenai kincir angin poros vertikal Kincir Angin Poros Vertikal Kincir angin poros vertikal atau Vertical Axiz Wind Turbine (VAWT) adalah salah satu jenis kincir angin yang posisi porosnya tegak lurus dengan arah datangnya angin atau dengan pengertian lain kincir jenis ini dapat mengkonversi tenaga angin dari segala arah. Kelebihan dari kincir angin poros vertical ini adalah sebagai berikut : 1. Dapat menerima angin dari arah manapun 2. Memiliki torsi yang cukup besar walaupun putaran poros rendah 3. Mampu bekerja pada putaran rendah 10

25 4. Memiliki luasan frontal yang besar karena dalam perhitungan luasan berbentuk persegi panjang. Dari beberapa kelebihan kincir angin poros vertikal diatas namun kincir angin poros vertikal juga memiliki beberapa kekurangan antara lain : 1. Bekerja pada kecepatan angin rendah, sehingga energi yang dihasilkan sangat kecil. 2. Pemasangan kincir angin poros vertikal yang rendah membuat resiko kecelakan yang besar bagi manusia 3. Sudu yang mampu mendapatkan energi angin dinamakan downwind dan sudu yang menolak angin dinamakan upwind, sudu bagian ini cenderung menghambat putaran poros. 4. Dari desinnya berat poros dan sudu yang bertumpu pada bantalan (bearing) menjadi suatu beban tambahan dari beberapa desain kincir angin poros vertikal yang ada. 11

26 Beberapa jenis kincir angin poros vertical antara lain seperti Gambar 2.5 (a) (b) (c) Gambar 2.5 Kincir Angin Poros Vertical (a) Quiet Revolution qr5 (b) Wepower (c). Darrieus (Sumber : diakses15 Mei 2013 ) Kincir Angin Poros Horizontal Kincir angin poros horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) adalah jenis kincir angin yang poros utamanya sejajar dengan arah datangnya angin. Kincir jenis ini banyak digunakan oleh petani garam di Indonesia untuk memompa air laut. Adapun kelebihan dari kincir angin jenis HAWT antara lain : 1. Adanya gaya angkat yang diberikan oleh angin sehingga kecepatan sudu kincir bisa lebih besar dari kecepatan angin. 2. Kincir ini dapat mengkonversi angin pada saat kecepatan angin tinggi. 12

27 3. Sudah banyak kincir yang diciptakan dan digunakan untuk membangkitkan energi listrik sekala tinggi. 4. Lebih aman untuk manusia karena penempatan kincir diatas 3 meter. Dari kelebihan diatas kincir jenis HAWT juga mempunyai beberapa kekurangan antara lain : 1. Karena arah datangnya angin tidak menentu dibutuhkan mekanisme lain selain penambahan sirip pada kincir. 2. Menimbulkan polusi suara db karena diakibatkan putaran kincir yang cepat. Karena penempatan kincirnya pada ketinggian yang sangat tinggi banyak burung-burung langka yang tertabrak oleh sudu pada saat kicir angin sedang beroprasi. 4. Pembuatan dan pemasangan sudu kincir angin poros horizontal sangat sulit sehingga membutuhkan waktu yang lama untuk pengerjaannya. Beberapa jenis kincir angin poros horosontal antara lain : American windmill, cretan sail windmill, Dutch four arm dan Rival calzonii, seperti yang ditunjukkan pada Gambar

28 (a) (b) (c) (d) Gambar 2.6 Kincir Angin Poros Horizontal (Sito,E.P..2012) (a) American windmil, (b) cretan sail windmill, (c) Dutch four arm, (d) Rival calzoni 14

29 2.3 Rumus-Rumus Perhitungan Dalam penelitian kerja kincir angin sangat diperlukan beberapa rumus perhitungan, antara lain sebagai berikut Energi dan Daya Angin Energi angin adalah tenaga yang dimiliki angin karena adanya kecepatan, karena adanya tenaga yang dimiliki angin maka dinamakan energi kinetik angin. Maka secara umum energi kinetik dapat dirumuskan : EE kk = 0,5. mm. vv 2 (1) dengan : Ek : energi kinetik, Joule m : massa udara, kg v : kecepatan angin, m/s Dari Persamaan (1), didapat daya yang dihasilkan angin adalah energi kinetik angin tiap satuan waktu (J/s) sehingga persamaan tersebut dapat ditulis menjadi : PP aa = 0,5. mm. vv 2 (2) dengan : Pa : daya yang dihasilkan angin, J/s (watt) mm : massa udara yang mengalir per satuan waktu, kg/s v : kecepatan angin, m/s 15

30 aliran udara yang mengalir per satuan waktu adalah : mm = ρρ. AA. vv (3) dengan : ρ : massa jenis udara, kg/mm 3 A : daerah sapuan kincir angin, mm 2 v : kecepatan angin, m/s Dengan cara mensubtitusikan Persamaan (3) ke Persamaan (2), maka dapat diperoleh rumusan daya angin : PP aa = 0,5. (ρρ. AA. vv ) vv 2 dapat disederhanakan menjadi : PP aa = 0,5. ρρ. AA. vv 3 (4) Daya Kincir Angin Daya kincir angin adalah suatu daya yang dihasilkan kincir angin akibat adanya kerja yang dilakukan oleh sudu dengan cara mengkonversi energi kinetik angin menjadi energi potensial. Daya kincir angin tidak sama dengan daya angin, karena daya kincir angin dipengaruhi koefisien daya angin. Pada suatu penelitian yang dilakukan oleh seorang insiyur dari Jerman yang bernama Albert Betz telah ditemukan efisiensi maksimum 16

31 kincir angin, yaitu sebesar 59,3 %. Angka ini dikatakan Betz Limit, pada Gambar 2.9 disajikan koefisien daya beberapa kincir angin. Gambar 2.7 Grafik hubungan koefisiensi daya dan tip speed ratio maksimal beberapa jenis kincir (Sito,E.P..2012) Secara teori daya kincir yang dihasilkan oleh gerak melingkar pada poros kincir angin dapat dirumuskan : PP kk = TT. ωω (5) dengan : Pk : daya yang dihasilkan kincir angin, watt T : torsi, Nm 17

32 ω : kecepatan sudut, rad/s Kecepatan sudut adalah radian per detik (rad/det), satuan lain yang digunakan adalah putaran per menit (rpm). Konversi satuan yang menghubungkan (rpm) dan (rad/s) adalah 1 rpm = 2π/60 rad/det, maka Persamaan (6) dapat dirubah menjadi : PP kk = TT. 2.ππ.nn 60 (6) dengan : n : putaran poros, rpm Torsi Kincir Angin Gaya yang bekerja pada poros baik itu jenis kincir angin poros horizontal ataupun kincir angin poros vertikal, ditimbulkan karena adanya gaya dorong pada sudu-sudu kincir dikurangi dengan gaya-gaya hambat (arah putaran yang berlawanan). Gaya dorong pada sudu ini memiliki lengan atau jarak terhadap sumbu putaran (poros). Hasil kali kedua gaya ini disebut dengan torsi (τ). Secara teori dapat dirumuskan : T = r. F (7) dengan : T : torsi akibat putaran poros, Nm 18

33 r : jari-jari puli yang 1 sistem dengan poros, m F : gaya yang diberikan pada kincir, N Tip Speed Ratio (tsr) Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir angin yang berputar dengan kecepatan angin yang melewatinya sudu ujung sudu tersebut, tsr dapat dirumuskan : Tsr = 2.ππ.rr.nn 60.vv (8) Atau bisa lebih disederhanakan menjadi Tsr = ππ.rr.nn 30.vv (9) dengan : r : jari-jari kincir, m n : putaran poros, rpm v : kecepatan angin, m/s Koefisien Daya Koefisien daya atau power coefficient (Cp) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukkan perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir dengan daya yang dihasilkan oleh angin sesuai dengan teori yang sudah ada, maka dapat dirumuskan : dengan : Cp = PP kk PP aa (10) 19

34 Pk : daya yang dihasilkan kincir, watt Pa : daya yang dihasilkan angin, watt 20

35 BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Diagram Alir Penelitian Langkah kerja dalam penelitian kerja ini dapat dilihat dari gambar 3.1 diagram alir penelitian Mulai Konsultasi dan studi pustaka Perancangan kincir angin jenis Wepower Pembuatan kincir angin jenis Wepower Pengambilan data Pengolahan data Pembahasan dan Pelaporan Selesai Gambar 3.1. Diagram alir yang menggambarkan langkah-langkah penelitian 21

36 3.2. Objek Penelitian Objek dalam penelitian yang dipakai adalah kincir angin jenis Wepower, dengan variasi jenis potongan sudu memakai pipa PVC dengan diameter 8 inci. Pipa PVC dipotong dengan ukuran 120, jumlah sudu yang dipakai adalah 6 buah dengan variasi sudut 60,70 dan Waktu dan Tempat Penelitian Peroses pembuatan kincir dan pengambilan data dilaksanakan pada bulan Febuari sampai dengan bulan April 2013 di Laboratorium Konveksi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta Peralatan dan Bahan Model kincir angin jenis WePower dengan memvariasikan dejat kemiringan sudu seperti pada gambar 3.2 Keterangan : 1. Pembatas sudu yang terbuat dari tripek 2. Sudu kincir yang terbuat dari pipa PVC berukuran 8 inci 3. Bilah penguat 4. Poros kincir 22

37 Gambar 3.2. Gambar teknik kicir angin jenis WePower termodivikasi dengan sudu menggunakan pipa PVC dengan diameter 8 inci Gambar 3.3. Kincir angin jenis WePower termodifikasi 23

38 Kincir angin jenis WePower termodifikasi yang disajikan pada Gambar 3.3 memiliki beberapa bagian pokok antara lain : 1. Pelat pembatas sudu Pelat tumpuan ini berfungsi sebagai tempat meletakkan sudu seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.2, sudu akan menempel pada tempat yang sudah ditentukan. Untuk menguatkan penempelan sudu dilem dan dijepit menggunakan baut. Pelat untuk dudukkan ini berjumlah tiga buah yaitu di atas, tengah dan bawah. Bahannya terbuat dari triplek setebal 5 mm dan memiliki diameter 45 cm. Bentuk pelat yang kami gunakan dapat dilihat pada Gambar 3.4. Gambar 3.4. Pelat pembatas sudu 2. Sudu kincir Seperti pada umumnya, sudu kincir berfungsi untuk menangkap angin yang datang melintasi kincir. Material yang 24

39 dipakai adalah pipa PVC berukuran 8inci dipotong dengat sudut potong 120.sudu memiliki tebal 8 mm dengan jari-jari kelengkungan 17 cm dan memiliki tinggi 45 cm. Pada bagian atas dan bawah sisi sudu ditopang oleh bilah-bilah penguat, fungsinya adalah untuk menguatkan bentuk lengkungan sudu dan sebagai tempat yang akan dilem dan dibaut dengan dudukan sudu, seperti yang terlihat pada Gambar 3.5. Gambar 3.5. Sudu kincir Poros Poros adalah alat yang berfungsi menopang kincir saat berputar dan juga sebagai pusat putaran kincir. Disamping fungsi-fungsi diatas poros juga berfungsi untuk mentrasmisikan putaran kincir. Material yang dipakai 25

40 adalah pipa besi berukuran 1 inch dan memiliki panjang 120 cm, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.6. Gambar 3.6. Poros kincir Dalam pengambilan data digunakan beberapa peralatan pendukung, peralatan tersebut antara lain : 1. Terowongan angin Terowongan angin atau wind tunnel adalah sebuah lorong tempat pengujian kincir angin yang memiliki ukuran 1,2 m 1,2 m 2,4 m, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.7. Gambar 3.7. Terowongan angin 26

41 2. Blower Blower adalah alat yang digunakan untuk menggerakan udara yang ada di dalam terowongan angin dan didepan mulut terowongan angin, sehingga angin dapat berhembus dengan kecepatan tertentu. Blower digerakkan oleh motor listrik berdaya 5,5 kw, sebagai penghubung antara blower dengan motor listrik transmisinya menggunakan sabuk dan puli seperti pada gambar Gambar 3.8. Gambar 3.8. Blower 3. Tachometer Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur putaran motor,putaran poros, putaran puli dan lain-lain. Jenis takometer yang digunakan adalah digital light tachometer, prinsip kerjanya berdasarkan pantulan yang diterima sensor dari reflektor, refrektor ini berupa 27

42 alumunium foil yang dapat memantulkan cahaya dan dipasang pada puli yang terhubung pada kincir angin. Gambar takometer dapat dilihat pada gambar 3.9. Gambar 3.9. Tachometer 4. Anemometer Anemometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan angin. Anemometer diletakkan didepan terowongan angin. Alat ini terdiri dari dua komponen utama, yaitu sensor elektrik yang diletakkan di depan terowongan angin dan modul digital yang menerjemahkan data dari sensor kemudian ditampilkan pada layar digital seperti yang ditunjukkan pada Gambar

43 Gambar Anemometer 5. Lampu pembebanan Lampu digunakan untuk memberikan variasi pembebanan atau efek pengereman pada generator, dari generator ditranmisikan keporos kincir angin menggunakan sabuk dan puli. Lampu disusun secara paralel dan berjumlah 21 lampu, seperti yang ditunjukkan pada Gambar

44 Gambar Rangkaian lampu pembebanan 6. Neraca pegas Neraca pegas digunakan untuk mengukur gaya pengimbang torsi kincir angin saat kincir berputar, seperti yang terlihat pada Gambar Neraca pegas dihubungkan pada lengan ayun dengan panjang lengan yang telah ditentukan. Gambar Neraca pegas 30

45 7. Kabel Kabel digunakan sebagai penghantar arus listrik dari generator ke lampu pembebanan dapat dilihat pada Gambar 3.13 Gambar Kabel 8. Generator Generator adalah alat yang digunakan untuk mengubah energi mekanik putaran poros menjadi energi listrik, transmisi generator menggunakan sabuk dan puli. Dengan memvariasikan lampu yang ada di lampu pembebanan yang telah dihubungkan dengan generator kita dapat mengetahui torsi maksimal dari kincir angin. Gambar generator dapat dilihat pada Gambar

46 Gambar Posisi generator dan tali pengait 3.5. Variabel Penelitian Beberapa variabel penelitian yang harus ditentukan terlebih dahulu sebelum penelitian dilaksanakan adalah : 1. Variasi sudut kemiringan : kincir angin dengan kemiringan sudu 60,70 dan Variasi kecepatan angin : setiap variasi sudut kemiringan sudu diikuti 4 variasi kecepatan angin. 3. Variasi pembebanan : dengan menyalakan lampu pembebanan secara bertahap 32

47 Variabel data yang diambil antara lain sebagai berikut : a) Kecepatan angin ( V ) b) Putaran poros kincir ( n ) c) Gaya pengimbang ( F ) d) Temperatur udara ( T ) Setelah mendapatkan data-data diatas, maka dari variabel data tersebut parameter yang dapat dihitung untuk mendapatkan karakteristik kincir adalah : 1. Daya angin (PP aa ) 2. Daya kincir (PP kk ) 3. Torsi ( t ) 4. Koefisien daya ( CC pp ) 5. Tip Speed Ratio ( tsr ) 3.6. Langkah Langkah Percobaan Pengambilan data putarn poros, kecepan angin, beban pengimbang dan temperatur udara diambil secara bersamaan. Hal yang pertama kali dilakukan adalah memasang kincir angin yang akan di uji di dalam terowongan angin. Selanjudnya hal yang perlu dilakukan untuk pengambilan data sebagai berikut : 1. Memasang neraca pegas pada tempat yang telah ditentukan 33

48 2. Memasang tali pengait yang telah menghubungkan neraca pegas dengan lengan ayun pada dudukan generator. (lihat Gambar 3.14) 3. Memasang anemometer di mulut terowongan angin (lihat Gambar 3.15) Gambar 3.15 Anemometer 4. Menghubungkan lampu pembebanan ke generator menggunakan kabel yang ada, dan pastikan semua lampu pebebanan dalam kondisi mati. 5. Untuk mengambil data putaran poros, letakan takometer tegak lurus dengan puli yang telah ditempelkan alumunium foil agar tachometer dapat membaca putaran poros kincir (lihat Gambar 3.16) 34

49 Gambar Cara menggunakan Takometer 6. Setelah semua sudah terpasang pada tempatnya blower siap dinyalakan. 7. Pengaturan kecepatan angin dilakukan dengan cara membuka sedikit demi sedikit triplek yang ada di mulut terowongan angin, sehingga mencapai kecepatan angin yang diinginkan (lihat Gambar 3.17) 35

50 Gambar Cara mengatur kecepatan angin 8. Setelah kecepatan angin yang diinginkan tercapai pengambilan data dimulai dari pembacaan kecepatan angin pada layar anemometer, pembacaan temperatur udara, pengukuran putaran poros kincir dengan takometer, dan yang terakhir pembacaan beban untuk penghitungan torsi dinamis pada neraca pegas. 9. Langkah 1 sampai 8 diulangi kembali dengan variasi empat kecepatan angin. 3.7 Langkah Pengolahan Data Apabila data telah diperoleh dengan mengikuti langkah-langkah diatas, maka data-data yang telah diperoleh akan diolah sebagai berikut : 36

51 a) Dari data kecepatan angin ( v ), massa jenis udara (ρ) dan dengan diketahui luasan sapuan angin kincir ( A ) maka daya angin (PP aa ) dapat dicari dengan persamaan (4) b) Apabila beban pengimbang ( F) dan lengan ayun (r) akan dapat digunakan untuk mencari torsi dinamis (TT dd ) dengan persamaan ( 7 ) c) Apabila data putaran poros telah diketahui ( n ) dan torsi dinamis telah didapat (TT dd ) maka persamaan (6) dapat digunakan untuk mencari daya kincir (PP kk ) d) Dengan membandingkan kecepatan keliling diujung sudu dan kecepatan angin, maka tip speed ratio dapat dicari dengan Persamaan (8 atau persamaan 9). e) Dari data daya kincir (Pk) dan daya angin (Pa) maka power coefficient dapat diketahui dengan Persamaan (10). 37

52 BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1. Data Hasil Percobaan Dari hasil percobaan terdiri dari variasi sudut kemiringan sudu 60,70 dan 80. Untuk setiap variasi kemiringan dilakukan rata-rata empat kali variasi kecepatan angin, dengan cara membuka penutup dari triplek yang telah kami buat yang berada di mulut trowongan angin kurang lebih 5 cm untuk setiap perubahan posisi. Posisi 0 berarti penutup yang telah kami buat tidak digeser, posisi 1 berarti triplek telah digeser 5 cm, posisi 2 berarti triplek telah di geser lebih jauh dari yaitu kurang lebih 10 cm dan begitu pula untuk posisi 3. Untuk setiap variasi kincir angin data dianggap selesai apabila putaran poros sudah tidak konstan dan gaya pembebanan (F) tidak mengalami perubahan. Dari hasil percobaan didapatkan data seperti yang ditunjukan pada tabel 4.1 sampai tabel Pengolahan Data dan Perhitungan Contoh perhitungan yang disajikan diambil dari tabel 4.1. pada baris pertama dengan kondisi triplek yang ada di mulut terowongan angin pada posisi 0. Dari data tersebut diketahui kecepatan angin 15,63 m/s, putaran poros 125,6 rpm, pembebanan 285 gram dan suhu 29,2 C 38

53 Tabel 4.1. Data percobaan kincir angin dengan kemiringan sudu dengan sudut 60 No Putaran Poros beban suhu kecepatan angin (m/s) (rpm) (gram) ( C) 1 15,63 125, ,2 2 16,09 106, ,2 3 15,74 64, ,2 4 15,22 55, ,2 5 15,56 40, ,2 6 15,37 34, ,2 7 15,27 30, ,2 8 15,07 23, ,2 9 12,61 51, , ,45 41, , ,65 29, , ,6 25, , ,35 20, , ,35 14, , ,6 31, , ,75 20, , , ,3 Tabel 4.2. Data percobaan kincir angin dengan kemiringan sudu dengan sudut 70 No beban suhu kecepatan angin (m/s) Putaran Poros (rpm) (gram) ( C) 1 15,24 230,9 366, ,6 2 15,16 209,4 417, ,6 3 15, , ,6 4 15,21 167,2 509,684 29,6 5 15,02 153,1 550, ,6 6 15,31 147,4 581, ,6 7 15,22 141,7 611, ,6 8 15, , ,6 9 15,2 116,7 682, , ,29 115,4 713, , ,11 111,5 733,945 29, ,3 104,5 754, , ,12 98,86 764,526 29, ,21 95,9 764,526 29, ,21 92,99 784, ,6 39

54 Lanjutan tabel 4.2. No kecepatan angin (m/s) Putaran Poros (rpm) beban (gram) suhu ( C) 16 12,21 156,7 316, , , ,18 126,2 407, ,34 114,2 438, ,18 101,1 479, ,44 96,57 499, ,21 87,15 509, ,31 81,73 550, ,19 73,58 550, ,03 111,2 295, , ,26 91,79 336, , ,08 75,29 356, , ,19 73,29 397, , ,2 64,65 397, , ,12 50,6 417, , ,17 46,25 438, ,8 32 8,6 74,44 275, ,8 33 8,54 56,16 285,423 29,8 34 8,4 43,3 316, ,8 35 8,5 39,42 326, ,8 Tabel 4.3. Data percobaan kincir angin dengan sudu dengan kemiringan 80 No kecepatan angin (m/s) Putaran Poros (rpm) beban (gram) suhu ( C) 1 15,11 289,6 387, ,3 2 15, , , ,9 499, ,3 4 15,12 208,4 560, ,3 5 15,5 192,9 611, ,3 6 15,07 189,7 642, ,3 7 15,09 177,3 682, ,3 8 15,12 158,9 764,526 29,3 9 15,3 151,8 764,526 29, ,08 144,9 774, , ,33 139,6 805, , ,17 135,9 825, , ,19 131,7 835, , ,54 124,9 866, ,3 40

55 Lanjutan Tabel 4.3. No kecepatan angin (m/s) Putaran Poros (rpm) beban (gram) suhu ( C) 15 15,28 108,9 897, , ,2 156,7 336, , , , , ,09 126,2 438, , ,16 114,2 438, , ,44 101,1 499, , ,49 96,57 530, , ,35 87,15 530, , ,41 81,73 611, , ,27 146,7 316,0041 2, ,31 114,8 356,7788 2, ,49 108,5 407,7472 2, ,28 74,17 428,1346 2, ,3 61,85 458,7156 2, ,37 54,5 499,4903 2, ,8 82,75 295, ,4 31 8,52 64,2 326, ,4 32 8,64 47,84 356, ,4 33 8,79 29,28 377, , Perhitungan Daya Angin Untuk mengetahui daya yang dihasilkan angin dapat dicari dengan persamaan 4 pada sub Bab yaitu: dddddddddddd : PP aa = 0,5. ρρ. AA. vv 3 Pa : Daya angin (watt) ρρ : Massa jenis udara kg/mm 3 A : daerah sapuan kincir angin, mm 2 v : kecepatan angin, m/s 41

56 nilai massa jenis udara ρρ diketahui dengan cara interpolasi dari tabel massa jenis udara yang ada pada lampiran 1, dari data suhu udara 29,4 C maka ρρ = 1,16 kg/mm 3 besarnya luas sapuan kincir (A) diketahui dengan persamaan : A = d. t dengan : d : diameter kincir angin, m t : tinggi kincir angin, m maka dengan diameter kincir 0,45 m dan tinggi kincir angin(t) 0,60 m maka daya angin (Pa) sebesar : Pa = 0,5. ρ. d. t. vv 3 Pa = 0,5. (1,16 kg/mm 3 ). (0,45 m). (0,60 m). (15,21 m/s) 3 Pa = 551,0353 watt Jadi didapatkan daya angin (Pa) sebesar 551,0353 watt Perhitungan Torsi Untuk mengetahui perhitungan torsi pada kincir angin dapat dicari dengan persamaan 8 pada sub Bab yaitu : T = r. F dengan : T : torsi akibat putaran poros kincir, Nm r : jarak lengan ke poros, m F : gaya pengimbang, N 42

57 gaya pengimbang (F) dapat dicari dengan persamaan : F = m. a dengan : m : massa yang ditunjukkan pada neraca pegas, kg a : percepatan gravitasi, mm/ss 2 maka dengan jarak lengan 0,2 m, massa 0,32 kg dan percepatan gravitasi 9,81mm/ss 2 besarnya gaya pengimbang (F) : T = r. m. a T = (0,2 m). (0,32 kg ). (9,81 mm/ss 2 ) T = 0,627 N.m Jadi didapat torsi (T) sebesar 0,627 N.m Perhitungan Daya Kincir Untuk menghitung daya yang dihasilkan kincir angin dapat dicari dengan Persamaan 6 pada Sub Bab yaitu : PP kk = TT. 2.ππ.nn 60 dengan : Pk : daya yang dihasilkan kincir, watt 43

58 T : torsi kincir angin, Nm n : putaran poros kincir, rpm Maka dengan nilai torsi 0,627 N.m dan putaran poros 289,6 rpm besar daya kincir adalah : PP kk = TT. 2.ππ.nn 60 Pk = 0, ππ.289,6 60 Pk = 19,01 watt Sehingga didapatkan daya kincir angin (Pk) sebesar 19,01 watt Perhitungan tip speed ratio Untuk mengetahui besarnya perbandingan kecepatan ujung kincir dengan kecepatan angin atau tip speed ratio dapat dicari dengan Persamaan 9 pada Sub Bab yaitu : Tsr = ππ.rr.nn 30.vv dengan : r : jari-jari kincir, m n : putaran poros, rpm v : kecepatan angin, m/s maka dengan jari-jari kincir 0,225 m, putaran poros 289,6 rpm dan kecepatan angin 15,21 m/s besarnya tip speed ratio adalah : 44

59 Tsr = ππ.rr.nn 30.vv Tsr = ππ.(0,225 mm ).(289,6 rrrrrr ) 30.(15,21 mm ss ) Tsr = 0,44 Sehingga didapatkan tsr sebesar 0, Perhitungan koefisien daya (Cp) Untuk mengetahui perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir angin (Pk) dengan daya yang dihasilkan oleh angin (Pa), dapat dicari dengan Persamaan 10 pada Sub Bab yaitu : Cp = PP kk PP aa dengan : Pk : daya yang dihasilkan kincir, watt Pa : daya yang dihasilkan angin, watt maka dengan daya kincir 19,01 watt dan daya angin 551,0353watt besarnya koefisien daya adalah : Cp = PP kk PP aa 19,01 Cp = 551,0353 Cp = 0,034 Sehingga didapatkan nilai Cp sebesar 0,034 45

60 4.3. Data Hasil Perhitungan Dengan menggunakan langkah perhitungan seperti Sub Bab 4.2, maka untuk hasil pengolahan dan perhitungan data yang lain disajikan dalam Tabel 4.4 sampai Tabel 4.6. Tabel 4.4. Data hasil perhitungan kincir angin dengan kemiringan sudu 60 No Torsi Daya Angin Daya Kincir Koefisien Daya Pa Pk Cp tsr N.m watt watt % 1 0,56 602,656 7,362 0,012 1,222 0, ,6 657,447 6,669 0,010 1,014 0, ,62 615,470 4,167 0,007 0,677 0, ,66 556,464 3,851 0,007 0,692 0, ,68 594,596 2,886 0,005 0,485 0, ,68 573,079 2,472 0,004 0,431 0, ,68 561,966 2,188 0,004 0,389 0, ,7 540,173 1,688 0,003 0,313 0, ,48 316,157 2,573 0,008 0,814 0, ,5 304,275 2,151 0,007 0,707 0, ,54 319,176 1,661 0,005 0,520 0, ,56 315,406 1,472 0,005 0,467 0, ,56 297,002 1,194 0,004 0,402 0, ,56 297,002 0,874 0,003 0,294 0, ,46 187,917 1,520 0,008 0,809 0, ,46 196,008 0,972 0,005 0,496 0, ,52 197,

61 Tabel 4.5. Data hasil perhitungan kincir angin dengan sudu kemiringan 70 Daya Daya No Torsi Angin Kincir Koefisien Daya Pa Pk Cp tsr N.m watt watt % 1 0,72 557,91 17,40 0,03 3,12 0,36 2 0,82 549,17 17,97 0,03 3,27 0,33 3 0,96 534,10 18,59 0,03 3,48 0, ,63 17,50 0,03 3,16 0,26 5 1,08 534,10 17,31 0,03 3,24 0,24 6 1,14 565,64 17,59 0,03 3,11 0,23 7 1,2 555,72 17,80 0,03 3,20 0,22 8 1,3 538,38 16,46 0,03 3,06 0,19 9 1,34 553,53 16,37 0,03 2,96 0, ,4 563,42 16,91 0,03 3,00 0, ,44 543,76 16,81 0,03 3,09 0, ,48 564,53 16,19 0,03 2,87 0, ,5 544,84 15,52 0,03 2,85 0, ,5 554,63 15,06 0,03 2,71 0, ,54 554,63 14,99 0,03 2,70 0, ,62 286,54 10,17 0,04 3,55 0, ,76 278,17 11,53 0,04 4,15 0, ,8 284,43 10,57 0,04 3,72 0, ,86 295,79 10,28 0,03 3,48 0, ,94 284,43 9,95 0,03 3,50 0, ,98 303,04 9,91 0,03 3,27 0, ,54 9,12 0,03 3,18 0, ,08 293,63 9,24 0,03 3,15 0, ,08 285,13 8,32 0,03 2,92 0, ,58 158,94 6,75 0,04 4,25 0, ,66 170,12 6,34 0,04 3,73 0, ,7 161,33 5,52 0,03 3,42 0, ,78 166,67 5,98 0,04 3,59 0, ,78 167,16 5,28 0,03 3,16 0, ,82 163,25 4,34 0,03 2,66 0, ,86 165,69 4,16 0,03 2,51 0, ,54 100,19 4,21 0,04 4,20 0, ,56 98,11 3,29 0,03 3,36 0, ,62 93,36 2,81 0,03 3,01 0, ,64 96,73 2,64 0,03 2,73 0,11 47

62 Tabel 4.6. Data perhitungan kincir angin dengan kemiringan sudu 80 Daya Angin Daya Kincir No Torsi Koefisien Daya Pa Pk Cp tsr N.m watt watt % 1 0, ,304 23,037 0,042 4,232 0, , ,068 24,304 0,045 4,492 0, , ,503 24,197 0,045 4,544 0, , ,385 23,994 0,044 4,399 0, , ,548 24,228 0,041 4,124 0, , ,992 25,018 0,046 4,633 0, , ,145 24,867 0,046 4,587 0, , ,385 24,947 0,046 4,574 0, , ,096 23,833 0,042 4,217 0, , ,068 23,053 0,043 4,261 0, , ,427 23,086 0,041 4,061 0, , ,814 23,043 0,042 4,183 0, , ,995 22,607 0,041 4,088 0, , ,108 22,224 0,038 3,753 0, , ,883 20,061 0,036 3,564 0, , ,502 14,417 0,050 5,032 0, , ,039 15,131 0,051 5,128 0, , ,822 14,249 0,051 5,110 0, , ,693 12,872 0,045 4,537 0, , ,745 13,776 0,045 4,535 0, , ,422 13,182 0,043 4,288 0, , ,200 11,495 0,039 3,868 0, , ,553 12,598 0,042 4,178 0, , ,964 9,520 0,056 5,568 0, , ,969 8,411 0,049 4,863 0, , ,188 9,085 0,050 4,987 0, , ,464 6,521 0,038 3,803 0, , ,466 5,826 0,034 3,378 0, , ,007 5,590 0,032 3,176 0, , ,486 5,023 0,047 4,674 0, ,640 97,549 4,301 0,044 4,409 0, , ,729 3,505 0,034 3,446 0, , ,120 2,268 0,021 2,117 0,078 48

63 4.4. Grafik Hasil Perhitungan Dari data hasil penelitian dan perhitungan, maka dapat dibuat beberapa grafik hubungan antara torsi dan daya kincir, torsi dan putaran poros, serta Cp dan tsr untuk setiap variasi Grafik Untuk Variasi Kincir Dengan Kemiringan Sudu 60 a. Grafik hubungan putaran poros dan torsi Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.4 maka dapat dibuat grafik hubungan putaran poros (rpm) dan torsi yang dihasilkan kincir angin untuk variasi kemiringan sudu 60, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.1. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa besarnya putaran poros berbanding terbalik dengan torsi yang dihasilkan dan garis yang dibentuk berupa garis lurus karena merupakan persamaan linier V=15 M/S Putaran Rpm V=12 M/S V=10 M/S Torsi Gambar 4.1. Grafik hubungan putaran poros dan torsi Untuk variasi kemiringan sudu 60 49

64 b. Grafik Hubungan Daya Kincir Dengan Torsi Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.4 maka dapat dibuat grafik hubungan daya kincir dan torsi yang dihasilkan kincir angin untuk variasi kincir angin tanpa pengarah, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.2. Dari grafik tersebut dapat diketahui bahwa hubungan torsi dengan daya kincir membentuk suatu kurva poliminial karena persamaanya merupakan persamaan kuadrat. 8 7 Daya kincir (watt) Torsi N.m Gambar 4.2 Grafik hubungan daya kincir dan torsi Untuk variasi kemiringan sudu 60 c. Grafik Hubungan Cp dan tsr Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.4 maka dapat dibuat grafik hubungan Cp (power coefficient) dan tsr (tip speed ratio) yang dihasilkan kincir angin untuk variasi kincir angin kemiringan sudu 60, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.3. Dari grafik tersebut dapat 50

65 diketahui bahwa hubungan koefisien daya dengan tsr membentuk suatu kurva polinomial yang mencapai puncak pada tsr 0,18 dan koefisien daya 0, Cp tsr Gambar 4.3. Grafik hubungan Cp dan tsr untuk variasi 6 sudu dan kemiringan sudu Grafik untuk variasi kincir dengan 6 buah sudu dan kemiringan sudu 70 a. Grafik Hubungan Putaran Poros dan Torsi Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.5 maka dapat dibuat grafik hubungan putaran poros (rpm) dan torsi yang dihasilkan kincir angin untuk variasi kincir angin dengan 6 buah sudu dan kemiringan sudu 70, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.4. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa pada kecepatan angin 15,24 m/s kincir angin 51

66 menghasilkan putaran poros kurang lebih 230,9 rpm dan menghasilkan torsi sebesar 0,72 Nm. Dari grafik tersebut juga dapat diketahui bahwa rpm berbanding terbalik dengan torsi yang dihasilkan Putaran (rpm) V= 12,21 m/s V= 15,24 m/s 50 V= 8,6 m/s V= 10,03 m/s torsi n.m Gambar 4.4. Grafik hubungan putaran poros dengan variasi 6 buah sudu dan kemiringan sudu 70 b. Grafik Hubungan Daya Kincir dan Torsi Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.5 maka dapat dibuat grafik hubungan daya kincir dan torsi yang dihasilkan kincir angin untuk variasi kincir angin dengan 6 buah sudu dan kemiringan sudu 70, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.5. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa pada kecepatan angin 15,24 m/s kincir angin menghasilkan torsi sebesar 0,72 Nm dan menghasilkan daya kincir sebesar 17,4 watt. 52

67 Daya Kincir (watt) Torsi N.m Gambar 4.5. Grafik hubungan daya kincir dan torsi dengan variasi Jumlah sudu 6 buah dan kemiringan sudu 70 c. Grafik Hubungan Cp dan tsr Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.5 maka dapat dibuat grafik hubungan Cp (power coefficient) dan tsr (tip speed ratio) yang dihasilkan kincir angin untuk variasi kincir angin dengan 6 buah sudu dan kemiringan sudu 70, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.6. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa pada koefisien daya 0,042 dihasilkan perbandingan kecepatan di ujung sudu kincir angin dengan kecepatan angin kurang lebih 0,21. 53

68 Cp tsr Gambar 4.6. Grafik hubungan Cp dan tsr dengan variasi 6 buah sudu dan kemiringan sudu Grafik untuk variasi kincir dengan jumlah sudu 6 buah dan kemiringan sudu 80 a. Grafik Hubungan Putaran Poros dan Torsi Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.6 maka dapat dibuat grafik hubungan putaran poros (rpm) dan torsi yang dihasilkan kincir angin untuk variasi kincir angin dengan jumlah sudu sebanyak 6 buah dan kemiringan sudu 80, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.7. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa pada kecepatan angin 15,11 m/s kincir angin menghasilkan putaran poros kurang lebih 289,6 rpm dan menghasilkan torsi sebesar 0.76 Nm, dari grafik tersebut juga dapat diketahui bahwa rpm berbanding terbalik dengan torsi yang dihasilkan. 54

69 V= 15,11 m/s 150 Putaran (rpm) V= 12,2 m/s V= 10,27 m/s V= 8,8 m/s Torsi Gambar 4.7. Grafik hubungan putaran poros dan torsi untuk variasi kincir dengan jumlah sudu 6 buah dan kemiringan sudu 80 b. Grafik Hubungan Daya Kincir dan Torsi Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.6 maka dapat dibuat grafik hubungan daya kincir dan torsi yang dihasilkan kincir angin untuk variasi kincir angin dengan 6 buah sudu dengan kemiringan sudu 80, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.8. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa pada kecepatan angin 15,11 m/s kincir angin menghasilkan torsi sebesar 0,76 Nm dan menghasilkan daya kincir sebesar 23,03 watt. 55

70 30 25 Daya Kincir (watt) Torsi N.m Gambar 4.8. Grafik hubungan daya kincir dan torsi untuk variasi kincir jumlah sudu 6 buah dan kemiringan sudu 80 c. Grafik Hubungan Cp dan tsr Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.6 maka dapat dibuat grafik hubungan Cp (power coefficient) dan tsr (tip speed ratio) yang dihasilkan kincir angin untuk variasi kincir angin dengan jumlah sudu 6 buah dan kemiringan sudu 80, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.9. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa pada koefisien daya 0,055 dihasilkan perbandingan kecepatan di ujung sudu kincir angin dengan kecepatan angin kurang lebih 0,34. 56

71 Cp tsr Gambar 4.9. Grafik hubungan Cp dan tsr untuk variasi kincir dengan jumlah sudu 6 buah dan kemiringan sudu80 Dari data ketiga variasi kincir angin jenis WePower didapat grafik perbandingan putaran kincir dan torsi ketiga variasi seperti yang ditunjukkan pada gambar Putaran (rpm) kemiringan sudu 70 kemiringan sudu 60 kemiringan sudu 60 kermiringan 80 kemiringan sudu 80 kemiringan sudu 70 kemiringan sudu 80 kemiringan sudu Torsi (N.m) Gambar Grafik perbandingan putaran poros dengan torsi dari ketiga variasi kemiringan sudu kincir 57

72 Dari data ketiga variasi kincir angin tersebut didapatkan grafik perbandingan unjuk kerja unjuk ketiga variasi seperti yang ditunjukkan pada gambar kemiringan sudu 80 Cp kemiringan sudu 60 kemiringan sudu tsr Gambar Perbandingan unjuk kerja ketiga variasi kincir angin 4.5. Pembahasan Dalam penelitian ini telah berhasil membuat model kincir angin jenis Wepower enam sudu dengan memvariasikan kemiringan sudu. Memvariasikan kemiringan sudu ini diharapkan mampu meningkatkan unjuk kerja kincir. Seperti telah diketahui sebelumnya bahwa kincir angin berfungsi mengkonversi energi kinetik dari angin. Sudu-sudu kincir mengubah energi tersebut menjadi energi mekanik yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan, seperti dihubungkan dengan pompa garam untuk mengisi tambak petani garam, dihubungkan dengan generator untuk menghasilkan energi listrik dan kebutuhan-kebutuhan lainnya. Untuk memperoleh data torsi kincir angin diberikan variasi pembebanan. Pembebanan ini bertujuan untuk 58

73 memberiakan efek pengereman pada poros kincir, beban yang diberiakan mempunyai arah yang berlawanan dengan arah putaran poros sehingga gaya yang berlawanan arah inilah yang menjadi data torsi pada kincir angin. Dari hasil penelitian dengan memvariasikan ketiga jenis kincir angin yaitu kincir angin dengan jumlah sudu 6 buah dengan memvariasikan kemiringan sudu 60,70 dan 80. Dapat dilihat pengaruh kemiringan sudu terhadap unjuk kerjanya, yaitu kincir angin dengan kemiringan sudu 60 koefisien daya sebesar 1,22 % pada kecepatan angin 15,63 m/s, kincir angin dengan kemiringan sudu 70 mempunyai koefisien daya sebesar 4,2 % pada kecepatan angin 15,24 m/s, dan kincir angin dengan kemiringan sudu 80 mempunyai koefisien daya sebesar 5,5 % pada kecepatan angin 15,11 m/s. Dari grafik Betz Limit diketahui bahwa koefisien daya kincir angin jenis WePower tertinggi adalah sebesar 31 %, namun pada penelitian ini data yang diperoleh koefisien daya maksimal dari variasi drajat kemiringan sudu 60,70 dan 80 yaitu 5,5%. Koefisien daya yang dihasilkan belum cukup maksimal karena lebih banyak angin yang masuk ke sudu down wind dari pada angin yang masuk pada sisi up wind dan berat dari kincir yang kami buat tidak sebanding dengan luasan sapuan angin, sehingga daya yang di miliki oleh ketiga kincir yang kami buat belum memuaskan. 59

74 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Dari pengujian model kincir angin jenis WePower yang telah dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Telah dibuat kincir angin jenis WePower dengan sudu tebuat dari potongan pipa PVC 8 inci dan memotong pipa PVC dengan ukuran 120 kemudian memvariasikan drajat kemiringan sudu. 2. Koefisien daya maksimal yang dihasilkan kincir angin dengan jumlah sudu 6 buah dan kemiringan sudu 60 adalah sebesar 1,22 % dengan nilai tsr 0,18. Koefisien daya maksilal yang dimiliki kincir angin jenis WePower dengan variasi jumlah sudu dengan kemiringan sudu 70 adalah 4,2 % dengan nilai tsr 0,21. Koefisien daya maksimal yang dihasilkan kincir angin WePower dengan variasi jumlah sudu dengan kemiringan sudu 80 adalah 5,5% dengan nilai tsr 0, Dengan melihat gambar grafik 4.10 maka dapat disimpulkan kincir angin dengan variasi kemiringan sudu 80 memiliki torsi yang terbaik namun putarannya rendah karena besarnya torsi berbanding terbalik dengan torsi yangdidapat. Dengan melihat dari gambar grafik 4.11 maka dapat disimpulkan kincir angin WePower dengan jumlah sudu 6 buah dan kemiringan sudu 80 memiliki Cp dan tsr yang terbaik. 60

75 5.2. Saran Setelah dilakukan penelitian ini ada beberapa hal dapat menjadi saran untuk penelitian selanjutnya antara lain : 1. Bisa dilakukan penelitian lebih lanjut menggungakan bahan yang lebih ringan dari pada pipa PVC. 2. Untuk penelitian lebih lanjut bisa ditambahkan pengarah datangnya angin. 3. Kepresisian dalam pemasangan kincir angin perlu diperhatikan untuk mendapatkan hasil yang akurat. 4. Untuk penelitian selanjutnya khusus untuk kincir angin poros vertikal lebih memperhatikan bearing yang ada pada dudukan poros kincir karena adanya keausan pada bearing tersebut. 61

76 DAFTAR PUSTAKA Dewi Aryani Skenario Kebijakan Energi Indonesia Hingga Tahun pada : Skenario Kebijakan- full text_2pdf(diakses 25 Agustus 2013) Daryanto. Y Kajian Potensi Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu. BALAI PPTAGG-UPT-LAGG. Diakses : Tanggal 5 Agustus Endro Pramulat Sito Unjuk Kerja Model Kincir Angin Savonius Dua Tingkat Dengan Sirip-Sirip Pengarah Pada Lingkar Terluar Kincir Mahasiswa Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Skripsi, tidak diterbitkan. Yogyakarta: FST USD. Johnson, G.L Wind Energy System. Manhattan. Diakses : Tanggal 5 September Johnson, G.L The Search for A New Energy Source. Manhattan. Diakses : Tanggal 5 September Robert Harrison dkk Large Wind Turbin Design And Economic.New York : jhon wiley & sons,ltd. kincir-angin- tercanggihdidunia.html, diakses,15 Mei 2013 ) Agustus

77 LAMPIRAN Lampiran 1. Tabel Sifat Udara (Sito,E.P.,2011) 63