UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS VERTIKAL MODEL. WePOWER DENGAN JUMLAH SUDU 6, BERBAHAN PIPA PVC 8 INCI, LUAS FRONTAL (60 x 45) cm² SKRIPSI

Transkripsi

1 UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS VERTIKAL MODEL WePOWER DENGAN JUMLAH SUDU 6, BERBAHAN PIPA PVC 8 INCI, LUAS FRONTAL (60 x 45) cm² SKRIPSI Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Disusun Oleh : ANDREAS PAULUS NIM : PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2016 i

2 DEMONSTRATION OF WePOWER WIND TURBINE WITH 6 ANGLE VERTICAL SHAFT MADE BY 8 INCH PVC AND 60 x 45 CM 2 FRONTAL AREA FINAL PROJECT Submitted In Partial Fulfillment Of The Requirements To Achieve Undergraduate Engineering Degree Mechanical Engineering By : ANDREAS PAULUS Student Number : MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2016 ii

3

4

5

6

7 INTISARI Krisis energi kini telah menjadi suatu masalah yang paling hangat diperbincangkan oleh masyarakat dunia termasuk Indonesia, kondisi ini sangat mengkhawatirkan kelangsungan kehidupan manusia, menggingat energi yang tidak diperbarui seperti energi fosil khususnya bahan bakar minyak akan segera habis. Tentunya jika tidak ada persiapan untuk menghadapi krisis ini, bukan tidak mungkin masyarakat Indonesia akan mendapatkan krisis energi kedepannya, salah satu alat yang bisa memanfaatkan energi angin adalah kincir angin. Pada penelitian ini akan membahas unjuk kerja kincir angin poros vertikal model Wepower dengan jumlah sudu 6, berbahan pipa PVC 8 inci, luas frontal (60 x 45) cm² kemiringan sudut 25, 30, 35, menggunakan lebar sudu 14 cm, 17 cm, 19 cm dan kecepatan angin 7 m/s, 5 n/s, 4 m/s. Metode yang digunakan dalam penelitian ini, menggunakan blower yang ada di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Kincir angin diletakkan di depan blower kemudian kincir angin memutar sehingga menghasilkan energi listrik. Dalam pengujiannya kincir angin diuji untuk mengetahui ampere, volt, putaran poros, kecepatan angin,,, Koefisien Daya, tip speed ratio. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kincir angin dengan kemiringan sudut 25 menggunakan lebar sudu 14 cm, kecepatan angin 4 m/s menghasilkan Koefisien Daya ( ) maksimal sebesar 15,4 %, tip speed ratio (tsr) 0,55. Dari ketiga jenis variasi yang digunakan yaitu, kemiringan sudut 25, 30, 35, menggunakan lebar sudu 14 cm, 17 cm, 19 cm dan kecepatan angin 7 m/s, 5 m/s, 4 m/s. Ternyata kincir angin menggunakan lebar sudu 14 cm, kemiringan sudut 25, dan kecepatan angin 4 m/s yang terbaik. Kata kunci : kincir angin poros vertikal model WePower, daya listrik, koefisien daya, tip sped ratio. vii

8 ABSTRACT The energy crisis has been becoming the most discussed in the world society included Indonesia, this condition is crucial for human life due to the nonrenewable energy such as fossil fuels is running out. If there is no preparation to face the energy crisis, Indonesia will be suffered it. The research is to analyze the performance of WePower wind turbine with vertical shaft which has 6 angle made from 8 inch PVC with the turbine frontal area is (60 x 45) cm 2. The degree of slope angle of WePower wind turbine is varied by 25, 30 and 35 and the angle wide is 14 cm, 17 cm, and 19 cm. The method had been using in this research was using a blower at Energy Convertion Laboratory of Sanatha Dharma University Yogyakarta. The wind turbine was placed in front of the blower so the wind turbine could spin and generated electrical energy. The wind turbine was examined to find out ampere and volt, the shaft rotation, wind velocity, and, coefficient of power ( ), tip speed rotation (tsr). The research shows the maximal coefficient of power wind turbine from 25 angle with wide angle 14 cm, wind velocity at 4 m/s is 15,4 % and the tip speed ration (tsr) is 0,55. From the three of variations which was used the slope of angle of WePower turbine of 25, 30 and 35 and the angle wide is 14 cm, 17 cm, and 19 cm and the wind velocity 7 m/s, 5 m/s, 4 m/s proves that WePower wind turbine which has 14 cm of angle wide, 25 of slope of angle at 4 m/s wind velocity works the best. Keywords : WePower wind turbine with vertical shaft, electrical power, tip speed ratio, coefficient of power. viii

9 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat rahmat dan karunianya penulis bisa menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul, Unjuk Kerja Kincir Angin Poros Vertikal Model WePower Dengan Jumlah Sudu 6, Berbahan Pipa PVC 8 Inci, Luas Frontal (60 x 45) cm² dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan wajib untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tugas Akhir ini tidak dapat terselesaikan tampa bantuan, dukungan, dan nasehat dari berbagai pihak, maka dari itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 2. Ir. PK. Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 3. Prasetyadi, M.Si., selaku dosen pembimbing akademik. 4. Doddy Purwadianto, S.T.,M.T., selaku dosen pembimbing Tugas Akhir sekaligus Kepala Laboratorium energi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 5. Seluruh staf Laboratorium Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 6. Seluruh dosen beserta staf tata usaha Universitas Santa Dharma. ix

10

11 DAFTAR SIMBOL SIMBOL KETERANGAN = Energy kinetik (juole) m = Massa udara (kg) v = Kecepatan angin (m/s) = Daya angin (watt) = Daya listrik (watt) = Daya mekanis ṁ = Massa udara per satuan waktu (kg/s) ρ = Massa jenis udara (kg/m³) A = Luas penampang (m²) = Daya listrik (watt) I = Arus listrik (ampere) V = Tegangan (volt) = Kecepatan ujung sudu ω = Kecepatan sudut (rad/s) r = Jari-jari kincir (m) n = Putaran kincir (rpm) μ = Efisiensi generator = Koefisien daya (%) xi

12 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL......i TITLE PAGE......ii HALAMAN PENGESAHAN......iii DAFTAR DAWAN PENGUJI......iv PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR......v LEMBAR PERNYATAAN PUBLIKASI......vi INTISARI......vii ABSTRAK......viii KATA PENGANTAR......ix DAFTAR SIMBOL......xi DAFTAR ISI......xii DAFTAR GAMBAR......xv DAFTAR TABEL......xvi DAFTAR LAMPIRAN I......xx DAFTAR LAMPIRAN II......xxii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Batasan Masalah Manfaat Penelitian BAB II DASAR TEORI Kincir Angin Kincir Angin Poros Vertikal Kincir Angin Poros Horisontal Konsep Dasar Angin Sifat Angin Terjadinya Angin Jenis-jenis Angin xii

13 2.3 Energi Angin Grafik Hubungan Antara Terhadap tsr Rumus-rumus Perhitungan Energi dan Daya Angin Daya Mekanik dan Daya Listrik Kincir yang Dihasilkan Tip Speed Ratio (tsr) Koefisien daya ( ) BAB III METODOLOGI PENELITIAN Metode Penelitian Diagram Alir Penelitian Objek Penelitian Waktu dan Tempat Penelitian Peralatan dan Bahan Peralatan Bahan Variabel Penelitian Variabel yang Ukur Variabel yang Hihitung Langkah-langkah Percobaan Langkah Pengolahan Data BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN Data Hasil Perhitungan Pengolahan Data dan Perhitungan Perhitungan Daya Angin Daya Mekanik dan Daya Listrik yang Dihasilkan Kincir Perhitungan tip speed ratio (tsr) Perhitungan Koefisien Daya ( Data Hasil Perhitungan Grafik Hasil Perhitungan Grafik kincir dengan jumlah sudu, variasi kemiringan sudut 25, lebar sudu 14 cm, kecepatan angin 7 m/s, xiii

14 5 m/s dan 4 m/s Grafik kincir dengan jumlah sudu 6, variasi kemiringan sudut 30, lebar sudu 14 cm, kecepatan angin 7 m/s, 5 m/s, dan 4 m/s Grafik kincir dengan jumlah sudu 6, variasi kemiringan sudut 35, lebar sudu 14 cm, kecepatan angin 7 m/s, 5 m/s dan 4 m/s Grafik kincir dengan jumlah sudu 6, variasi kemiringan sudut 25, lebar sudu 17 cm, kecepatan angin 7 m/s, 5 m/s dan 4 m/s Grafik kincir dengan jumlah sudu 6, variasi kemiringan sudut 30, lebar sudu 17 cm, kecepatan angin 7 m/s, 5 m/s dan 4 m/s Grafik kincir dengan jumlah sudu 6, variasi kemiringan sudut 35, lebar sudu 17 cm, kecepatan angin 7m/s, 5 m/s dan 4 m/s Grafik kincir dengan jumlah sudu 6, variasi kemiringan sudut 25, lebar sudu 19 cm, kecepatan angin 7 m/s, 5 m/s dan 4 m/s Grafik kincir dengan jumlah sudu 6, variasi kemiringan sudut 30, lebar sudu 19 cm, kecepatan angin 7 m/s, 5 m/s dan 4 m/s Grafik kincir dengan jumlah sudu 6, variasi kemiringan sudut 35, lebar sudu 19, kecepatan angin 7 m/s, 5 m/s dan 4 m/s Pembahasan BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiv

15 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Kincir angin WePower Gambar 2.2. Kincir angin savonius Gambar 2.3. Kincir angin darrius Gambar 2.4. Kincir angin American Multi-Blade Gambar 2.5. Gradien barometris Gambar 2.6. Angin munson Gambar 2.7. Angin munson barat Gambar 2.8. Angin munson timur Gambar 2.9. Skema prinsip terjadinya angin Gambar Tingkat kecepatan angin Gambar Grafik hubungan antara terhadap tsr Gambar 3.1. Diagram alir penelitian yang digunakan Gambar 3.2. Fan blower Gambar 3.3. Tachometer Gambar 3.4. Anemometer Gambar 3.5. Multimeter Gambar 3.6. Kabel multimeter Gambar 3.7. Lampu pembebanan Gambar 3.8. Generator Gambar 3.9. Plat pengencang triplek Gambar Sudu kincir yang digunakan Gambar Pembatas sudu berbentuk lingkaran Gambar Posisi kincir di depan blower Gambar Memasang Anemometer di depan kincir Gambar Lampu pembebanan Gambar Multimeter yang digunakan Gambar Motor dan Fan blower Gambar Menggukur putaran poros menggunakan Tachometer Gambar Menggukur kecepatan angin menggunakan Anemometer xv

16 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1. Data percobaan pertama kincir angin lebar sudu 14 cm, kemiringan sudut 25, kecepatan angin 7 m/s Tabel 4.2. Data percobaan kedua kincir angin lebar sudu 14 cm, kemiringan sudut 25, kecepatan angin 5 m/s Tabel 4.3. Data percobaan ketiga kincir angin lebar sudu 14 cm, kemiringan sudut 25, kecepatan angin 4 m/s Tabel 4.4. Data percobaan pertama kincir angin lebar sudu 14 cm, kemiringan sudut 30, kecepatan angin 7 m/s Tabel 4.5. Data percobaan kedua kincir angin lebar sudu 14 cm, kemiringan sudut 30, kecepatan angin 5 m/s Tabel 4.6. Data percobaan ketiga kincir angin lebar sudu 14cm, kemiringan sudut 30, kecepatan angin 4 m/s Tabel 4.7. Data percobaan pertama kincir angin lebar sudu 14 cm, kemiringan sudut 35, kecepatan angin 7 m/s Tabel 4.8. Data percobaan kedua kincir angin lebar sudu 14 cm, kemiringan sudut 35, kecepatan angin 5 m/s Tabel 4.9. Data percobaan ketiga kincir angin lebar sudu 14 cm, kemiringan sudut 35, kecepatan angin 4 m/s Tabel Data percobaan pertama kincir angin lebar sudu 17 cm, kemiringan sudut 25, kecepatan angin 7 m/s Tabel Data percobaan kedua kincir angin lebar sudu 17 cm, kemiringan sudut 25, kecepatana angin 5 m/s Tabel Data percobaan ketiga kincir angin lebar sudu 17 cm, kemiringan sudut 25, kecepatan angin 4 m/s Tabel Data percobaan pertama kincir angin lebar sudu 17 cm, kemiringan sudut 30, kecepatan angin 7 m/s Tabel Data percobaan kedua kincir angin lebar sudu 17 cm, kemiringan sudut 30, kecepatan angin 5 m/s xvi

17 Tabel Data percobaan ketiga kincir angin lebar sudu 17 cm, kemiringa sudut 30, kecepatan angin 4 m/s Tabel Data percobaan pertama kincir angin lebar sudu 17 cm, kemiringan sudut 35, kecepatan angin 7 m/s Tabel Data percobaan kedua kincir angin lebar sudu 17 cm, kemiringan sudut 35, kecepatan angin 5 m/s Tabel Data percobaan ketiga kincir angin lebar sudu 17 cm, kemiringan sudut 35, kecepatan angin 4 m/s Tabel Data percobaan pertama kincir angin lebar sudu 19 cm, kemiringan sudut 25, kecepatan angin 7 m/s Tabel Data percobaan kedua kincir angin lebar sudu 19 cm, kemiringan sudut 25, kecepatan angin 5 m/s Tabel Data percobaan ketiga kincir angin lebar sudu 19 cm, kemiringan sudut 25, kecepatan angin 4 m/s Tabel Data percobaan pertama kincir angin lebar sudu 19 cm, kemiringan sudut 30, kecepatan angin 7 m/s Tabel Data percobaan kedua kincir angin lebar sudu 19 cm, kemiringan sudut 30, kecepatan angin 5 m/s Tabel Data percobaan ketiga kincir angin lebar sudu 19 cm, kemiringan sudut 30, kecepatan angin 4 m/s Tabel Data percobaan pertama kincir angin lebar sudu 19 cm, kemiringan sudut sudu 35, kecepatan angin 7 m/s Tabel Data percobaan kedua kincir angin lebar sudu 19 cm, kemiringan sudut 35, kecepatan angin 5 m/s Tabel Data percobaan ketiga kincir angin lebar sudu 19 cm, kemiringan sudut 35, kecepatan angin 4 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 14 cm, kemiringan sudut 25, kecepatan angin 7 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 14 cm, kemiringan sudut 25, kecepatan angin 5 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 14 cm, xvii

18 kemiringan sudut 25, kecepatan angin 4 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 14 cm, kemiringan sudut 30, kecepatan angin 7 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 14 cm, kemiringan sudut 30, kecepatan angin 5 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 100, kemiringan sudut 30, kecepatan angin 4 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 14 cm, kemiringan sudut 35, kecepatan angin 7 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 14 cm, kemiringan sudut 35, kecepatan angin 5 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 14 cm, kemiringan sudut 35, kecepatan angin 4 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 17 cm, kemiringan sudut 25, kecepatan angin 7 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 17 cm, kemiringan sudut 25, kecepatan angin 5 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 17 cm, kemiringan sudut 25, kecepatan angin 4 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 17 cm, kemiringan sudut 30, kecepatan angin 7 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 17 cm, kemiringan sudut 30, kecepatan angin 5 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 17 cm, kemiringan sudut 30, kecepatan angin 4 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 17 cm, kemiringan sudut 35, kecepatan angin 7 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 17 cm, kemiringan sudut 35, kecepatan angin 5 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 17 cm, kemiringan sudut 35, kecepatan angin 4 m/s xviii

19 Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 19 cm, kemiringan sudut 25, kecepatan angin 7 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 19 cm, kemiringan sudut 25, kecepatan angin 5 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 19 cm, kemiringan sudut 25, kecepatan angin 4 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 19 cm, kemiringan sudut 30, kecepatan angin 7 m/s Tabel Data hasilperhitungan kincir angin lebar sudu 19 cm, kemiringan sudut 30, kecepatan angin 5 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 19 cm, kemiringan sudut 30, kecepatan angin 4 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 19 cm, kemiringan sudut 35, kecepatan angin 7 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 19 cm, kemiringan sudut 35, kecepatan angin 5 m/s Tabel Data hasil perhitungan kincir angin lebar sudu 19 cm, kemiringan sudut 35, kecepatan angin 4 m/s xix

20 DAFTAR LAMPIRAN I Grafik Halaman Lamp I. Grafik kincir dengan jumlah sudu 6 kemiringan sudut 25, lebar sudu 14 cm, kecepatan angin 7 m/s, 5 m/s dan 4 m/s...96 A. Grafik hubungan daya listrik ( ) dan putaran poros (rpm)...98 B. Grafik hubungan antara dan tsr...97 Lamp II. Grafik kincir dengan jumlah sudu 6 kemiringan sudut 30, lebar sudu 14 cm, kecepatan angin 7 m/s, 5 m/s dan 4 m/s...99 A. Grafik hubungan antara ) dan putaran poros (rpm)...99 B. Grafik hubungan antara dan tsr Lamp III. Grafik kincir dengan jumlah sudu 6 kemiringan sudut 35, lebar sudu 14 cm, kecepatan angin 7 m/s, 5 m/s dan 4 m/s A. Grafik hubungan antara ( ) dan putaran poros (rpm) B. Grafik hubungan antara dan tsr Lamp IV. Grafik kincir dengan jumlah sudu 6 kemiringan sudut 25, lebar sudu 17 cm, kecepatan angin 7 m/s, 5 m/s dan 4 m/s A. Grafik hubungan antara ( ) dan putaran poros (rpm) B. Grafik hubungan antara dan tsr Lamp V. Grafik kincir dengan jumlah sudu 6 kemiringan sudut 30, lebar sudu 17 cm, kecepatan angin 7 m/s, 5 m/s dan 4 m/s A. Grafik hubungan antara ( ) dan putaran poros (rpm) B. Grafik hubungan antara dan tsr Lamp VI. Grafik kincir dengan jumlah sudu 6 kemiringan sudut 35, lebar sudu 17 cm, kecepatan angin 7m/s, 5 m/s dan 4 m/s A. Grafik hubungan antara ( ) dan putaran poros (rpm) B. Grafik hubungan antara dan tsr Lamp VII. Grafik kincir dengan jumlah sudu 6 kemiringan sudut 25, lebar sudu 19 cm, kecepatan angin 7 m/s, 5 m/s dan 4 m/s xx

21 A. Grafik hubungan antara ( ) dan putaran poros (rpm) B. Grafik hubungan antara dan tsr Lamp VIII.Grafik kincir dengan jumlah sudu 6 kemiringan sudut 30, lebar sudu 165, kecepatan angin 7 m/s, 5 m/s dan 4 m/s A. Grafik hubungan antara ) dan putaran poros (rpm) B. Grafik hubungan antara dan tsr Lamp IX. Grafik kincir dengan jumlah sudu 6 kemiringan sudut 35, lebar sudu 19 cm, kecepatan angin 7 m/s, 5 m/s dan 4 m/s A. Grafik hubungan antara ( ) dan putaran poros (rpm) B. Grafik hubungan antara dan tsr xxi

22 DAFTAR LAMPIRAN II Gambar Halaman Lamp 1. Sudu kincir yang digunakan ukuran 19 cm, 7 cm dan 14 cm Lamp 2. Sudu yang sudah dipasang Lamp 3. Posisi sudu kincir Lamp 4. Kincir yang sudah jadi dengan luas frontal (60 x 45) cm² Lamp 5. Kincir angin yang sudah jadi dipasangkan persis di depan fan blower Lamp 6. Kincir angin yang sudah dihubungkan kelampu pembebanan Lamp 7. Penyangga pembatas kincir angin Lamp 8. Tipe motor fan blower yang digunakan Lamp 9. Tipe fan blower yang digunakan xxii

23 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Negara-negara maju tidak akan mungkin mencapai tingkat kemajuannya jika tidak menggunakan energi secara luas (Prof. Ir. H. Abdul Kadir, hal-5). Di Indonesia terkenal sebagai negara yang kaya dengan potensi sumberdaya alamnya terutama energi, baik yang berasal dari tambang, air dan udara. Berdasarkan jenisnya energi dapat digolongkan menjadi dua, yaitu energi terbarukan (renewable energy) dan energi tidak terbarukan (non-renewable energy). Sumber energi yang dapat diperbarukan misalnya energi angin, air, tenaga surya, biomassa, biogas dan energi kayu. Sedangkan sumber energi seperti minyak bumi, batu-bara dan gas alam adalah sumber energi yang bersifat tidak dapat diperbaru atau dapat habis. Perkembangan di sektor ilmu dan teknologi sangatlah perlu, mengigat krisis energi kini telah menjadi suatu masalah yang paling hangat diperbincangkan oleh masyarakat dunia, termasuk Indonesia bagaimana tidak, jika menurut sebuah penelitian, Idonesia bangsa yang termasuk dalam anggota OPEC, organisasi pengekspor minyak dunia. Sumber energi yang tidak diperbarui (non-renewable energy) seperti energi fosil khususnya bahan bakar minyak akan segera habis, paling lambat akhir abad XXI. Gas alam diprediksi para ahli akan habis kurang lebih 100 tahun lagi, sedangkan batu-bara akan habis lebih kurang 300 tahun yang akan datang. Kondisi ini sangat mengkhawatirkan terutama bagi kelangsungan

24 2 kehidupan manusia (Putjanarsa dan Nursuhud, 2008). Tentunya jika tidak ada persiapan untuk menghadapi krisis ini, bukan tidak mungkin masyarakat dunia, trutama Indonesia yang negaranya sampai saat ini belum melakukan tindak nyata dalam mempersiapkan krisis energi, akan menjadi masyarakat yang terisolasi, mempunyai uang untuk membeli energi, tetapi tidak ada energi yang dapat di beli. Sebelumnya para Ilmuan di Indonesia telah menemukan berbagai macam solusi yang dapat diaplikasikan di Indonesia. Namun, sampai saat ini, belum ada atau masih sangat sedikit yang telah bener-benar diaplikasikan. Salah satu solusi yang dibicarakan adalah dengan menggunakan batu-bara. Di China, batu-bara telah memenuh hingga 70% dari total konsumsi energi nasional. Dan Afrika telah mengkonsumsi 90% kebutuhan energi lewat penggunaan batu-bara. Hal serupa juga dilakukan oleh India, yang menggunakan energi lewat penggunaan batu-bara sebesar 60% sampai 70%. Di Indonesia cadangan batu-bara melimpah ruah. Sumber daya energi batu-bara diperkirakan sebesar 36.5 milyar ton, dengan sekitar 5.1 milyar ton dikatagorikan sebagai cadangan terukur. Sumber daya ini sebagian besar berada di Kalimantan yaitu sebesar 61% di Sumatra sebesar 38% dan sisanya tersebar di wilayah lain. Menurut jenisnya dapat dibagikan menjadi Lignite sebesar 58.6%, Sub-bituminous sebesar 26.6%, Bituminous sebesar 14.4% dan sisanya sebesar 0.4% adalah Anthracite. Namun, sayangnya, penggunaan batu-bara sebagai energi alternatif dapat menghasilkan gas pollutan, yang merupakan penyebab utama pemanasan global.

25 3 Solusi lain yang ditawarkan adalah dengan mendrikan Pembangkit Listrik Tenga Nuklir (PLTN) di Indonesia. PLTN adalah sebuah system pembangkit listrik yang memanfaatkan energi inti atom yang luar biasa besarnya. Untuk mendapatkan energi inti atom tersebut, diperlukan proses pembakaran bahan nuklir yang berbeda dengan pembakaran kimia pada umumnya. Reaksi nuklir yang terjadi ini menghasikan panas yang luar biasa besar dan memiliki daya rusak yang maksimal. Pada PLTN diperlukan sebuah reaktor nuklir yang berfungsi sebagai tempat reaksi nuklir berantai terkendali dilangsungkan. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) sebenarnya telah banyak di aplikasikan oleh negara-negara maju di dunia, seperti di Amerika Serikat, Jerman, Inggris, Prancis, Rusia, Korea Utara dan Iran. Namun, untuk diaplikasikan di Indonesia, masih banyak pihak yang menyatakan ketidak setujuannya. Penyebabnya adalah kekhawatiran jika terjadi kebocoran reator nuklir. Dalam sejarah PLTN, pernah terjadi kebocoran reaktor nuklir di Chernobyl dan Three Mile Island. Pada saat peristiwa Chernobyl (1986), reaktor nomor empat pembangkit listrik tersebut meledak. Selain masalah kebocoran reaktor nuklir, dikhawatirkan juga masalah kurangnya penguasaan teknologi dan kultur budaya bangsa Indonesia yang korup dan kurang berdisiplin. Dalam pembangunan reaktor nuklir, dikhawatirkan terjadi korupsi dan ketidak disiplin yang makin membuat rentan terjadinya kebocoran reaktor. Salah satu solusi pembangkit listrik jenis green energi yang paling memungkinkan untuk diterapkan saat ini di Indonesia adalah Pembangkit Listrik Tenaga Angin (PLT Angin). PLT Angin ini perinsipnya memanfaatkan angin

26 4 yang tersedia di alam. PLT Angin mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Energi angin yang memutar turbin angin, diteruskan untuk memutar rotor pada generator dibagian belakang atau bawah turbin angin, sehingga akan menghasikan energi listrik. Energi listrik ini akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan. Ini dilakukan untuk menstabilkan keadaan listrik yang terpengaruh saat kecepatan angin yang berubah-ubah. Negara Indonesia adalah negara kepulauan yang 2/3 wilayahnya adalah lautan dan mempunyai garis pantai terpanjang di dunia yaitu ± ,42 Km merupakan wilayah potensial untuk pengembangan pembnagkit listrik tenaga angin. PLT Angin dapat dimaksimalkan pemberdayaannya disekitar pantai di Indonesia. Namun, tidak semua pantai dan daerah dapat dijadikan PLT Angin, karena perlu dipilih daerah yang memiliki tapografi dan keadaan angin yang stabil. Sampai saat ini, kapasitas total yang terpasang diseluruh Indonesia kurang dari 800 kilowatt. Terdapat lima unit kincir angin pembangkit listrik berkapasitas 80 kilowatt yang sudah dibangun. Pada tahun 2007 yang lalu, telah ditambah tujuh unit kincir pembangkit listrik berkapasitas sama di empat lokasi, yaitu Pulau Selayar, Sulawesi Utara, Nusa Penida, Bali, serta Bangka Belitung. Selain digunakan di daerah pesisir pantai, PLT Angin juga dapat digunakan di daerah pegunungan dan daratan. Saat ini kapasitas total pembangkit listrik yang berasal dari tenaga angin untuk Indonesia dengan estimasi kecepatan angin rata-rata sekitar 3 m/s, 12 m/s, 6.7 m/s turbin skala kecil lebih cocok digunakan, di daerah pesisir, pegunungan dan daratan.

27 5 Pemanfaatan energi angin merupakan pemanfaatan energi yang paling berkembang saat ini. Berdasarkan data dari (World Wind Energy Association), sampai dengan tahun 2007 perkiraan energi listrik yang dihasilkan oleh turbin angin mencapai GigaWatt, menghasilkan lebih dari 1% dari total kelistrikan secara global. Saat ini Amerika, Spanyol dan China merupakan negra terdepan dalam pemanfaatan energi angin. Diharapkan pada tahun 2020 total kapasitas pembangkit listrik tenaga angin secara global mencapai 270 GigaWatt. Meskipun energi yang dihasikan turbin angin tidak tidak sebesar energi yang berasal dari batu-bara ataupun nuklir, tetapi PLT Angin merupakan solusi yang paling murah dan rendah resiko untuk di terapkan di Indonesia. Diharapkan dengan diberdayakannya PLT Angin di Indonesia, akan menjadi salah satu sumber energi alternatif dalam menyambut datangnya masa krisis energi yang sebenarnya.

28 6 1.2 Rumusan Masalah Permasalahan dalam penelitian ini antara lain : 1. Indonesia merupakan Negara yang beriklim tropis, memiliki potensi energi yang melimpah salah satunya energi angin, namun energi angin belum dimanfaatkan secara optimal oleh masyarakat indonesia. 2. Angin merupakan energi yang berlimpah, digunakan secara cuma cuma, kekal, dan tidak menimbulkan dampak negatif terhadap lingkungan dan manusia. 3. Membuat dan menguji kemampuan kincir angin poros vertikal model Wepower untuk mengetahui unjuk kerja alat ini, agar dapat mengetahui kekurangan dalam kinerjanya 4. Dibutuhkan disain kincir angin yang terbaik agar mampu mengubah energi kenitik menjadi energi listrik melalui generator guna memperoleh efisiensi yang tinggi. 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Membuat kincir angin poros vertikal model WePower menggunakan bagian pipa PVC 8 inci, luas frontal (60 x 45) cm². 2. Mengetahui unjuk kerja kincir angin poros vertikal model WePower yang terbaik dari tiga jenis lebar sudu 14 cm, 17 cm, 19 cm, kemiringan sudut 25, 30, 35, kecepatan angin 7 m/s, 5 m/s dan 4 m/s.

29 7 3. Mengetahui koefisien daya maksimal kincir angin poros vertikal model WePower menggunakan bagian pipa PVC 8 inci, luas frontal (60 x 45) cm². Variasi lebar sudu 14 cm, 17 cm, 19 cm, kemiringan sudut 25, 30, 35, kecepatan angin 7 m/s, 5 m/s dan 4 m/s. 1.4 Batasan Masalah Pada tugas akhir ini akan diteliti kincir angin poros vertikal model WePower dengan jumlah sudu 6 dan menggunakan 3 jenis kemiringan sudut yang berbeda, dipilihnya kincir angin poros vertikal model WePower ini dikarenakan penulis ingin mengetahui daya output maksimal dari model ini, dengan menggunakan pembebanan 7 lampu 10 watt. Permasalahan dalam penelitian ini pada : 1. Sudu kincir angin ini terbuat dari bagian belahan pipa PVC 8 inci. 2. Model kincir angin yang digunakan adalah kincir angin poros vertikal model WePower. 3. Lebar sudu yang digunakan 14 cm, 17 cm dan 19 cm. 4. Luas frontal kincir (60 x 45) cm², dengan jumlah sudu masing-masing 6 buah. 5. Variasi kemiringan sudu kincir yang digunakan 25, 30 dan Data yang diambil pada saat penelitian ini adalah kecepatan angin, putaran poros kincir, dan beban lampu yang digunakan.

30 8 7. Hasil penelitian adalah koefisien daya dan tip speed ratio untuk masing-masing variasi sudu kincir angin. 8. Penelitian dilakukan dengan mengoperasikan kincir angin terhadap variasi kecepatan angin yang diberikan sebuah blower yang tersedia di laboratorium energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah : 1. Memberi sumber informasi mengenai unjuk kerja kincir angin poros vertikal model WePower menggunakan bagian pipa PVC 8 inci, menggunakan kemiringan sudut 25, 30, 35 dan lebar sudu 14 cm, 17 cm, 19 cm dan kecepatan angin 7 m/s, 5 m/s dan 4 m/s. 2. Memberikan suatu ilmu baru bagi masyarakat umum dan masyarakat daerah khususnya daerah dengan potensi energi angin yang besar agar dapat mengkonveksi energi angin menjadi energi listrik. 3. Memberi tambahan refrensi baru bagi perkembangan ilmu dan teknologi energi terbarukan, khususnya energi angin. 4. Memberikan informasi proses perancangan kincir angin poros vertikal model WePower dengan enam sudu yang terbuat dari bagian pipa PVC 8 inci. 5. Mencari alternatif pengganti bahan bakar fosil dengan memanfaatkan kincir angin.

31 9 BAB II DASAR TEORI 2.1 Kincir Angin Kincir angin adalah sebuah alat yang mampu mengkonversi energi potensial dari angin menjadi energi kinetik yang bisa dimanfaatkan untuk berbagai tujuan dan kebutuhan manusia. Kincir angin juga biasa disebut sebagai turbin angin, kincir angin ditemukan di Persia pada abad ke-7 dan digunakan sebagai alat untuk menggiling tepung. Kincir angin di Persia itu merupakan asal muasal kipas angin Eropa, sampai sekarang kincir angin di Negeri Belanda yang dipakai untuk menggerakkan pompa irigasi dan digunakan untuk menggiling tepung hingga kini masih tersohor, walaupun pada saat ini hanya sebagai objek pariwisata. Akan tetapi, dalam mencari bentuk-bentuk sumber energi yang bersih dan terbarukan kembali energi angin mendapat perhatian yang besar. Dewasa ini energi fosil semakin hari semakin menipis, negara-negara maju saat ini sudah mengembangkan energi terbarukan dalam volume yang cukup besar contohnya kincir angin dimanfaatkan sebagai pembangkin listrik. Berdasarkan posisi porosnya, kincir angin dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu : kincir angin poros vertikal dan kincir angin poros horisontal.

32 Kincir Angin Poros Vertikal Kincir angin poros vertikal ini memiliki poros atau sumbu rotor utama yang disusun tegak lurus dengan arah datangnya angin sehingga kincir jenis ini dapat mengkonversi tenaga angin dari segala arah. Dengan sumbu yang vertikal, gearbox serta generator bisa ditempatkan di dekat tanah jadi tidak perlu penambah menara dan lebih mudah untuk diakses serta memudahkan peroses perawatan. Ada beberapa jenis kincir angin poros vertikal yang sering digunakan antara lain : 1. Kincir angin WePower Kincir angin Wepower adalah salah satu dari tujuh kincir angin terbaik dunia. Kincir angin ini merupakan perkembangan dari teknologi paling baru di abad ini. Kincir angin WePower ini mampu bekerja dengan baik pada kecepatan angin rendah, menggunakan sistem yang minim polusi, penyeimbang energi yang sangat baik, tidak menimbulkan suara bising, ramah lingkungan, pemasangannya yang mudah, tidak membutuhkan perawatan khusus, dapat dilihat oleh burung, sehingga tidak menggangu kinerja dari kincir angin ini dan mampu bekerja dengan baik pada kecepatan angin yang rendah. Pembuatnya mengklim WePower akan sangat efektif bila diletakkan di lahan pertanian, perumahan, dan gedung-gedung.

33 11 Gambar : 2.1 Kincir angin WePower Sumber : Diakses 13 November Kincir angin Quiet Revolution qr5 Kincir angin qr5 didesain untuk digunakan pada daerah perkotaan yang memiliki kecepatan angin rendah. Jika kincir angin konvensional berputar mengikuti arah angin tidak demikian halnya dengan qr5, kincir ini mampu menangkap angin dari seluruh arah dan ini membuatnya hemat tempat. 3. Kincir angin Windspire Windspire adalah kincir angin vertikal yang hampir sama dengan Quiet Revolution qr5. Dengan tinggi 30 meter, turbinnya menghasilkan 2000 kilowatt per jam dan mampu menerima terjangan angin sampai dengan 105 mph.

34 12 4. Kincir angin Savonius Kincir angin Savonius merupakan jenis turbin angin yang paling sederhana dan menjadi versi besar dari anemometer. Kincir savonius dapat berputar karena adanya gaya dorong dari angin, sehingga putaran rotorpun tidak akan melebihi kecepatan angin dan efisiensi yang bisa dicapai kincir jenis ini sekitar 30% sampai 40%, menurut banyak peneliti untuk jenis Savonius biasanya tidak lebih dari 25%. Jenis kincir ini cocok untuk aplikasi daya yang rendah dan biasanya digunakan pada kecepatan angin yang berbeda. Gambar : 2.2 Kincir angin Savonius Sumber: logspot.co.id/2015/05 Diakses 13 November Kincir angin Darrieus Turbin angin Darrieus mempunyai bilah sudu yang disusun dalam posisi simetri dengan sudu bilah diatur relatif terhadap poros. Pengaturan ini cukup efektif untuk menangkap angin dari berbagai

35 13 arah. Berbeda dengan Savonius, Darrieus memanfaatkan gaya angkat yang terjadi ketika angin bertiup. Bilah sudu turbin Darrieus bergerak berputar mengelilingi sumbu. Setiap jenis kincir angin pasti memiliki kelebihan dan kekurangannya, Kelebihan dan Kekurangan kincir angin vertikal sebagai berikut : 1. Kelebihan : a. Dapat menerima angin dari barbagai arah. b. Memiliki torsi yang cukup besar walaupun putaran poros rendah. c. Mampu bekerja pada putaran rendah. d. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar. e. Kincir ini bisa diletakkan lebih dekat dari tanah, membuat peroses pemeliharaan lebih mudah. 2. Kekurangan : a. Bekerja pada kecepatan angin rendah, sehingga energi yang dihasilkan sangat rendah. b. Pemasangan kincir angin poros vertikal yang rendah membuat resiko kecelakaan yang besar bagi manusia. c. Dari desainnya berat poros dan sudu yang bertumpu pada bantalan (bearing) menjadi suatu beban tambahan dari beberapa desain kincir angin poros vertikal yang ada. d. Kebanyakan kincir ini mempunyai torsi awal yang rendah dan membutuhkan energi yang cukup besar untuk mulai berputar.

36 14 Gambar : 2.3 Kincir angin Darrius Diakses : 14 Juni Kincir Angin Poros Horisontal Kincir angin poros horisontal adalah Kincir angin yang terdiri dari sebuah menara sedangkan puncaknya terdapat sebuah baling-baling yang berfungsi sebagai rotor dan memiliki poros utama sejajar dengan tanah serta arah poros utama sesuai dengan arah angin. Kebanyakan kincir angin jenis ini yang dibuat sekarang mempunyai dua atau tiga bilah baling-baling namum ada juga kincir angin jenis ini bilah baling-balingnya yang banyak. Poros kincir angin horisontal ini dapat berputar 360 terhadap sumbu vertikal untuk menyesuikan arah angin. Kincir angin jenis ini kincir yang paling banyak digunakan saat sekarang. Ada beberapa jenis kincir angin yang sudah umum dan yang sering digunakan antara lain : 1. Kincir angin American Multi-Blade

37 15 Gambar : 2.4 Kincir angin American Multi-Blade content/uploads/sites/853/2014/10/turbin.gif Diakses : 27 Januari 2016 Kincir angin American Multi-Blade adalah salah satu kincir angin yang memiliki jumlah sudu yang banyak, biasa kincir angin ini memiliki jumlah sudu yang banyak atau lebih dari tiga bilah. Sesuai dengan namanya kincir angin ini banyak ditemukan di Negara Amerika Serikat, bisa digunakan untuk menggerakkan pengaliran air, penggilingan bijibijian dan sebagai alternatif pengganti energi listrik. 2. Kincir angin Dutch four arm Kincir angin Dutch four arm atau lebih dikenal dengan sebutan kincir angin Belanda adalah kincir angin yang memiliki empat bilah lengan sudu, kincir angin ini biasa digunakan oleh Negara Belanda untuk menggerakkan pompa untuk mengiringkan lahan dengan cara air tanah di pompa keluar, lahan ini biasa dinamakan polder. Sejak berabad-abad Negara Belanda menggunakan kincir angin ini secara massive (besar-besaran) baik digunakan untuk menggiling

38 16 gandum dan memompa air, karena Negara Belanda posisinya lebih rendah dari laut. Kelebihan dan Kekurangan kincir angin horisontal : 1. Kelebihan : a. Dasar menara yang tinggi memberikan akses ke angin yang lebih kuat. b. Mampu mengkonversikan energi angin pada kecepatan tinggi. c. Memberikan kenerja yang lebih baik pada produksi energi, dibandingkan dengan turbin angin dengan sumbu vertikal. d. Rata-rata memiliki nilai kecepatan putar poros yang lebih tinggi. e. Lebih aman karena penempatan kincir diatas tiga meter. 2. Kekurangan : a. Kontruksi menara yang besar dibutuhkan penyangga yang kuat untuk menyangga bilah-bilah yang berat, gearbox dan generator. b. Menara yang tinggi serta bilah yang panjangnya bisa mencapai 90 meter sulit untuk dipindahkan, diperkirakan besar biaya trnportasi bisa mencapai 20% dari seluruh biaya peralatan turbin angin itu sendri. c. Kincir angin yang sulit dipasang, membutuhkan tenanga yang ekstra serta menggunakan derek yang sangat tinggi, biaya mahal dan membutuhkan operator yang terampil dibidangnya. d. Membutuhkan mekanisme kontrol tambahan untuk membelokkan kincir ke arah angin.

39 Konsep Dasar Angin Angin adalah aliran udara yang bergerak dalam jumlah yang besar diakibatkan oleh rotasi bumi dan juga karena adanya perbedaan tekanan udara di sekitarnya. Angin merupakan udara yang bergerak dari tempat bertekaan udara tinggi ke bertekaan udara rendah atau suhu udara yang rendah ke suhu yang tinggi Sifat Angin Apabila dipanaskan, udara memuai. Udara yang telah memuai menjadi lebih ringan sehingga naik. Apabila hal ini terjadi, tekanan udara turun karena udaranya berkurang. Udara dingin disekitarnya mengalir ke tempat yang bertekanan rendah tadi. Udara menyusut menjadi lebih berat dan turun ke tanah. Diatas tanah udara menjadi panas lagi dan naik kembali. Aliran naiknya udara panas dan turunnya udara dingin ini dinamakan konveksi Terjadinya Angin 1. Gradien barometris Gambar : 2.5 Gradien barometris

40 18 Bilangan yang menunjukkan perbedaan tekanan udara dari 2 isobar yang jaraknya 111 km. Makin besar gradien barometrisnya, makin cepat tiupan angin. 2. Letak tempat Kecepatan angin di dekat khatulistiwa lebih cepat dari yang jauh dari garis Khatulistiwa. 3. Tinggi tempat Semakin tinggi tempat, semakin kencang pula angin yang bertiup, hal ini disebabkan oleh pengaruhnya gaya gesekan yang menghambat laju udara. Di permukaan bumi, gunung, pohon, dan topografi yang tidak rata lainnya memberikan gaya gesekan yang besar. Semakin tinggi suatu tempat, gaya gesekan semakin kecil. 4. Waktu Di siang hari angin bergerak lebih cepat dari pada di malam hari Jenis jenis Angin Berdasarkan arah bertiupnya, kecepatan atau kekuatannya, waktu bertiupnya, sifat dan dampaknya. Angin dibedakan menjadi delapan jenis yaitu : 1. Angin laut Angin laut (sea breeze) adalah angin yang bertiup dari arah laut ke arah darat, yang umumnya terjadi pada siang hari dari pukul sampai dengan pukul di daerah pesisir pantai. Angin ini biasa dimanfaatkan para nelayan untuk pulang dari menangkap ikan di laut.

41 19 Angin laut ini terjadi pada siang hari. Karena air mempunyai kapasitas panas yang lebih besar daripada daratan, sinar mata hari memanasi laut lebih lambat daripada daratan. Ketika suhu permukaan daratan meningkat pada siang hari, udara di atas permukaan darat meningkat pula akibat konduksi. Tekanan udara di atas daratan menjadi lebih rendah karena panas, sedangkan tekanan udara di lautan cenderung masih lebih tinggi karena lebih dingin. Akibatnya terjadi gradien tekanan dari laut yang lebih tinggi ke daratan yang lebih rendah, sehingga menyebabkan terjadinya angin laut. 2. Angin darat Angin darat (land breeze) adalah anin yang tertiup dari arah darat ke arah laut yang umumnya terjadi pada saat malam hari dari jam sampai dengan jam di daerah persisir pantai. Angin jenis ini bermanfaat bagi para nelayan untuk berangkat mencari ikan dengan perahu bertenaga angin sederhana. Pada malam hari daratan menjadi dingin lebih cepat daripada lautan, karena kapasitas panas tanah lebih rendah daripada air. Akibatnya perbedaan suhu yang menyebabkan terjadinya angin laut lambat laun hilang dan sebaliknya muncul perbedaan tekanan yang berlawanan karena tekanan udara di atas lautan yang lebih panas itu menjadi lebih rendah daripada daratan, sehingga terjadilah angin darat.

42 20 3. Angin lembah Angin lembah adalah angin yang bertiup dari arah lembah gunung ke puncak gunung yang terjadi pada siang hari. 4. Angin gunung Angin gunung adalah angin yang bertiup dari puncak gunung ke lembah gunung yang terjadi pada malam hari. 5. Angin Fohn Angin fohn/angin jatuh adalah angin yang terjadi seusai hujan orografis. Angin yang bertiup pada suatu wilayah dengan temperatur dan kelengasan yang berbeda. Angin fohn terjadi karena ada gerakan massa udara yang naik pegunungan yang tingginya lebih dari 200 meter di satu sisi lalu turun di sisi lain. Angin fohn yang jatuh dari puncak gunung bersifat panas dan kering, karena uap air sudah dibuang pada saat hujan orografis. Biasanya angin ini bersifat panas merusak dan dapat menimbulkan korban. Tanaman yang terkena angin ini bisa mati dan manusia yang terkena angin ini bisa turun daya tahan tubuhnya terhadap serangan penyakit.

43 21 6. Angin Munson Gambar : 2.6 Angin Munson /AAAAAAAADM0/TmpKudiA5as/s1600/monsoon.gif Diakses : 27 Januari 2016 Angin Munson adalah angin yang berhembus secara periodik (minimal 3 bulan) dan antara periode yang satu dengan yang polanya akan berlawanan setiap setengah tahun. Biasanya pada setengah tahun pertama bertiup angin darat yang kering dan setengah tahun berikutnya bertiup angin laut yang basah. Angin Munson dibagi menjadi 2, yaitu Munson Barat atau dikenal dengan Angin Musim Barat dan Munson Timur atau dikenal dengan Angin Musim Timur.

44 22 7. Angin Muson Barat Gambar : 2.7 Angin Munson Barat Diakses : 27 Januari 2016 Angin Musim Barat adalah angin yang berhembus dari Benua Asia (musim dingin) ke Benua Australia (musim panas) dan mengundang curah hujan yang banyak di indonesia bagian Barat, hal ini disebabkan karena angin melewati tempat yang luas, seperti perairan dan samudra. Contoh peraliran dan samudra yang dilewati adalah Laut China Selatan dan Samudra Hindia. Angin munson Barat menyebabkan Indonesia mengalami musim hujan.

45 23 8. Angin Muson Timur Gambar : 2.8 Angin Munson Timur n-timur.jpg Diakses : 27 Januari 2016 Angin Musim Timur adalah angin yang mengalir dari Benua Australia (musim dingin) ke Benua Asia (musim panas) sedikit curah hujan (kemarau) di Indonesia bagian timur karena angin melewati celah celah sempit dan berbagai gurun (Gabson, Australia, dan Victoria). Ini yang menyebabkan Indonesia mengalami musim kemarau. Terjadi pada bulan Juni, Juli, Agustus, dan maksimal pada bulan Juli.

46 Energi Angin Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan oleh manusia. Sebagaimana diketahui, pada asasnya angin terjadi karena ada perbedaan suhu antara udara panas dan udara dingin. Di daerah Khatulistiwa yang panas, udaranya menjadi panas, mengembang dan menjadi ringan, naik ke atas dan bergerak ke daerah yang lebih dingin misalnya daerah kutub. Sebaliknya di daerah kutub yang dingin, udaranya menjadi dingin dan turun kebawah. Dengan demikian terjadi suatu perputaran udara, berupa perpindahan udara dari Kutub Utara ke Garis Khatulistiwa menyusuri permukaan bumi, dan sebaliknya, suatu perpindahan udara dari Garis Khatulistiwa kembali ke Kutub Utara, melalui lapisan udara yang lebih tinggi. Perpindahan udara seperti ini dikenal sebagai angin pasat. Gambar di bawah ini mencoba melukiskan terjadinya angin pasat sacara skematik. Dengan sendirinya hal yang serupa terjadi pula antara wilayah Khatulistiwa dan Kutub Selatan. Selain angin pasat terdapat pula angin-angin lain, misalnya angin musim (angin munson), angin pantai dan angin lokal lainnya. Prinsipnya adalah bahwa angin terjadi karena adanya perbedaan suhu udara di beberapa tempat di muka bumi. Gambar : 2.9 Skema prinsip terjadinya Angin Sumber : Energi angin, hal. 241, November 2015

47 25 Syarat-syarat dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik, dapat dilihat dalam tabel di bawah ini. Gambar : 2.10 Tingkat kecepatan angin

48 Grafik Hubungan Antara Terhadap tsr Menurut Albelt Betz Ilmuan Jerman bahwa koefisien daya maksimal dari kincir angin yaitu sebesar 59 %, batas maksimal tersebut dengan Betz limit. Untuk lebih jelas bisa dilihat pada gambar dibawah ini. Gambar : 2.11 Grafik hubungan antara terhadap tsr Diakses: 27 Januai Rumus Perhitungan Ada beberapa rumus yang digunakan dalam proses analisis data. Berikut ini adalah rumus yang digunakan untuk melakukan perhitungan dan analisis kerja kincir angin yang diteliti seperti, Daya Angin, Daya Listrik Kincir, Tip Speed Ratio (tsr) dan Koefisien Daya ( ).

49 Energi dan Daya angin Sebagaimana diketahui angin adalah udara yang bergerak sehingga memiliki energi kinetik, maka dari itu dapat dirumuskan sebagai berikut : Ek = 0,5. m. v² (1) Dengan : Ek = energi kinetik (joule) m = massa udara (kg) v = kecepatan angin (m/s) Dari persamaan (1) di atas, didapat daya yang dihasilkan angin adalah per satuan waktu sehingga dapat ditulis menjadi : = 0,5. ṁ. v² (2) Dengan : = daya yang dihasilkan angin, J/s (watt) ṁ = massa yang mengalir per satuan waktu, (kg/s) v = kecepatan angin, (m/s) Massa udara yang mengalir per satuan waktu adalah : ṁ = ρ. A.v (3) Dengan : ρ = massa jenis udara = 1,2 (kg/m³) A = luas penampang yang membentuk sebuah lingkaran (m²) v = kecepatan angin (m/s) Dengan menggunakan persamaan (3), maka daya angin dapat dirumuskan menjadi :

50 28 = 0,5. (ρ. A.v).v² (4) Bila diasumsikan besarnya massa jenis udara ( ) adalah 1,2 kg/m³, maka persamaan (4) dapat disederhanakan menjadi : = 0,6. A.v³ (watt) (5) Daya Mekanik dan Daya listrik Kincir yang Dihasilkan Diasumsikan (μ) efisiensi generator adalah 0,8 sebagaimana telah disepakati, besarnya daya listrik yang dihasilkan generator dapat dinyatakan Dengan : =. μ Dengan : Daya listrik Daya mekanis Maka daya listrik dapat dicari menggunakan rumus: = I.V (6) Dengan : : Daya listrik yang dihasilkan generator (watt) I V : Arus listrik (ampere) : Tegangan (volt)

51 Tip Speed Ratio (tsr) Tip Speed Ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir angin yang berputar dengan kecepatan angin. Besarnya (tsr) dapat dirumuskan sebagai berikut : tsr = (7) Dengan : r = jari-jari kincir (m) n = putaran poros kincir (rpm) v = kecepatan angin (m/s) Koefisien daya (Cp) Koefisien daya Power Coefficient ( ) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh generator (PLout) dengan daya yang disediakan oleh angin ( ). Pada kenyataannya tidak dari 100% energi dapat diubah oleh sudu-sudu kincir menjadi gerak putar poros, sehingga perbandingan tersebut dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut : = 100% (8) Dengan : = koefisien daya (%) = daya listrik yang dihasilkan oleh generator (watt) = daya yang dihasilkan oleh angin (watt)

52 30 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Metode Penelitian Dalam penelitian ini data yang diperlukan dapat diperoleh melalui beberapa metode yaitu : 1. Metode kuantatatif Merupakan salah satu jenis penelitian yang spesifikasinya adalah sistematis, terencana, dan tertruktur dengan jelas sejak awal hingga pembuatan desain penelitiannya. 2. Studi Kepustakaan Studi Kepustakaan yaitu penelitian yang dilakukan untuk mendapatkan landasan teori yang berkaitan dengan Tugas Akhir yang ingin dibuat dengan cara membaca literatur-literatur yang berhubungan dengan topik pengujian serta dapat dipertanggungjawabkan atas data penelitian ataupun untuk mempublikasikan hasil penelitian. 3. Pembuatan alat Sebelum melakukan penelitian maka terlebih dahu dilakukan pembuatan alat uji yaitu kincir angin poros vertikalmodel WePower. 4. Pengamatan secara langsung atau observasi

53 31 Dengan menggunakan metode observasi yaitu pengamatan secara langsung terhadap objek yang diteliti, dalam hal ini meneliti kincir angin poros vertikal model WePower. Setelah melakukan empat hal yang di atas maka kita bisa melakukan halhal yang berikutnya. 3.2 Diagram Alir Penelitian Sebelum melakukan penelitian kita menyiapkan langkah-langkah, ada pun alir kerja dalam penelitian ini melalui beberapa langkah antara lain : Konsultasi Studi pustaka Mulai Perancangan kincir angin Pembuatan kincir angin Percobaan kincir angin Pengambilan data Pengolahan data dan pembahasan data Pelaporan Selesai Gambar : 3.1 Diagram alir penelitian yang digunakan

54 Objek Penelitian Objek yang digunakan dalam penelitian ini adalah kincir angin poros vertikal model WePower, dengan variasi kemiringan sudut 25, 30 dan 35. Menggunakan bagian pipa PVC 8 inci, dipotong dengan lebar sudu 14 cm, 17 cm dan 19 cm, sudu yang digunakan sebanyak 6 buah. 3.4 Waktu dan Tempat Penelitian Proses pembuatan, penelitian kincir angin dan pengambilan data dilakukan pada 19 Oktober 2015 sampai dengan 11 November 2015, bertempat di Laboratorium Konveksi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 3.5 Peralatan dan Bahan Peralatan dan bahan yang digunakan dalam penelitian kincir angin poros vertikal model WePower ini sebagai berikut: Peralatan : 1. Bor listrik Bor listrik ini digunakan untuk membuat lobang pada sudu kincir, dan lobang penyangga kincir pada poros kincir. 2. Baut dan mur Baut dan mur ini berfungsi sebagai pengikat untuk menahan sudu kincir terhadap triplek pembatas sudu.