BAB IV ANALISA DATA DAN PERHITUNGAN

Transkripsi

1 BAB IV ANALISA DATA DAN PERHITUNGAN 4.1 Pengambilan data Pengambilan data dilakukan pada tanggal 11 Desember 212 di Laboratorium Proses Produksi dengan data sebagai berikut : 1. Kecepatan angin (v) = 3 m/s sampai 5 m/s 2. Temperatur ruangan (T) = 3 C 3. Diameter kincir (Dk) = 94 cm =.94 m 4. Jari-jari pulley (r) = 3 cm =,3 m 5. Beban pada ujung kontruksi= 1 kg 6. Jumlah blade = 2 blade tipe B Us Farm Windmill 7. Jari-jari rotor = 3.6 cm =.36 m FAKULTAS TEKNIK 31

2 4.2 Kerapatan udara Dalam pengujian yang dilakukan diketahui bahwa suhu lingkungan adalah 3 C. Berdasarkan table kerapatan dan kekentalan udara pada 1 atm maka kerapatan udara (ρ) adalah 1,151 kg/m Energi Kincir Angin Energi yang dimiliki oleh angin dapat diperoleh dari persamaan : E = F a u (sesuai persamaan 1) Contoh perhitungan untuk kecepatan 4 m/s dengan pembebanan.5 kg pada putaran 3.4 rpm: F a = ρav (v u) F a = ( ) F a = N Maka : E = F a u E = E = Watt dapat diperoleh dengan menggunakan system pengeremam dengan menggantungkan beban pada pulley yang berputar. Disini saya menguji 2 tipe kontruksi pada tulang kincir. 1. Kincir tanpa beban di ujung kontruksi 2. Kincir dengan beban di ujung kontruksi kincir yaitu pada velg dengan beban 1 kg. FAKULTAS TEKNIK 32

3 Persamaan : T = F * r (sesuai persamaan 7) Contoh perhitungan torsi pada kecepatan angin 4 m/s, dengan pembebanan pengereman,5 Kg tanpa benbebanan pada ujung kontruksi. T = F * r T =.5 *9.8*.3 T =.147 Nm Daya Daya kincir merupakan output dari daya angin, daya kincir dapat di peroleh dengan persamaan; P = T * ω (sesuai persamaan 6) Contoh perhitungan pada kecepatan 4 m/s pada putaran 3.4 rpm dengan beban pengereman.5 kg. ( tanpa pembebanan ujung). P = T * ω P = T * 2πn/6 P =.147 * (2*3,14*3.4/6) P =.467 Watt Contoh perhitungan pada kecepatan 4 m/s putaran 25.4 rpm dengan beban pengereman.5 (dengan pembebanan ujung 1 kg). P = T * ω P = T * 2πn/6 P =.147 * (2*3.14*25.4/6) P =.391 Watt FAKULTAS TEKNIK 33

4 4.4 Kinerja Kincir Kinerja kincir merupakan perbandingan antara daya output dan input dari kincir angin, dapat di tulis dengan persamaan ; 1. Kinerja kincir tanpa pembebanan. = 1% (sesuai persamaan 5) Sehingga; =.. 1% η = 3.94 % 2. Kinerja kincir dengan pembebanan 1 kg pada ujung kincir. = 1% Sehingga; = % η = % 4.5 Ratio Kecepatan Ujung Jika didefinisikan bahwa tip speed ratio (λ) adalah perbandingan antara kecepatan linier rotor dengan kecepatan angin sebelum sudu atau ditulis secara matematik: =. (sesuai persamaan 4) Sehingga ratio kecepatan ujung pada kecepatan angin 4 m/s dengan beban pengereman.5 kg (tanpa beban). = 2. /6 FAKULTAS TEKNIK 34

5 =... 4 λ =.23 Sehingga ratio kecepatan ujung 1kg (dengan beban). = 2. /6 =... 4 λ =.19 Untuk data yang lebih lengkap dapat dilihat pada table hasil perhitungan (Lampiran 1) 4.6 Pembahasan Dengan selesainya melakukan pengujian dan pengolahan data pada kincir angin tipe Propeller maka diperoleh data-data daya ideal angin, torsi, daya kincir, ratio kecepatan ujung serta efisiensi dari kincir. Daya ideal angin yang diperoleh berbeda - beda, hal ini disebabkan kecepatan angin yang berbeda - beda pula. Di mulai dari kecepatan angin 3 m/s sampai 5 m/s, semakin cepat kecepatan angin, maka daya ideal angin semakin besar. Ketika kincir berputar dan apabila di gantungkan beban maka akan terjadi pengereman berupa gesekan antara pully dan tali nylon sehingga terjadi momen puntir pada poros yang biasa di kenal dengan, sehingga torsi dapat disimpulkan sebagai; T = F * r FAKULTAS TEKNIK 35

6 m Gambar 4.1 Mekanisme pembebanan pada kincir Hubungan antara torsi dan pembebanan yaitu berbanding lurus artinya semakin besar beban yang di berikan (di gantung) pada poros maka torsi yang terjadi juga semakin besar dan sebalinya semakin kecil pembebanan yang di berikan pada kincir maka torsinya juga semakin kecil. Seperti yang di perlihatkan tabel dan gambar berikut: Tabel 4.1 torsi pada kecepatan angin 4 m/s ( Tanpa pembebanan) KecepatanAngin (m/s) 4 VariasiPembebanan (kg) PutaranKincir (Rpm) (Nm) FAKULTAS TEKNIK 36

7 torsi vs rpm rpm Grafik 4.1 dihasilkan kincir sebagai fungsi putaran pada kecepatan angin 4 m/s ( tanpa pembebanan ujung) Tabel 4.2 torsi pada kecepatan angin 4 m/s (dengan pembebanan 1 kg pada ujung) Kecepatan Angin VariasiPembebanan PutaranKincir (m/s) (kg) (Rpm) (Nm) FAKULTAS TEKNIK 37

8 vs Rpm Rpm Grafik 4.2 dihasilkan kincir sebagai fungsi putaran pada kecepatan angin 4 m/s (dengan pembebanan 1 kg pada ujung) Dari perbandingan tabel di atas maka dapat di lihat bahwa penambahan beban pada ujung kontruksi kincir sebesar 1 kg mempengaruhi pada rpm yang dihasilkan pada kincir dengan kecepatan angin dan pembebanan pada pengereman yang sama tanpa beban ujung Vs dengan beban ujung tanpa beban ujung.3.2 dengan beban ujung Grafik 4.3 Perbandingan torsi tanpa beban ujung dan dengan beban ujung pada kecepatan 4 m/s. FAKULTAS TEKNIK 38

9 Pembebanan pada ujung yang di berikan pada kincir angin tipe B Us farm windmill 2 blade akan mengurangi putaran poros kincir, hal ini terjadi disebabkan adanya penambahan beban yang menyebabkan gaya dorong angin ke blade semakin berat mempengaruhi keceptan dan percepatan sudut kincir tersebut. Momen inersia yang dihasilkan kincir tanpa beban ujung lebih kecil daripada beban ujung. Jika di tulis persamaan, misal pada angin 4 m/s seperti grafik diatas dapat di tulis perhitungan : T = I. α ( sesuai persamaan 8) Inersia untuk tanpa beban ujung < Inersia dengan beban ujung Percepatan sudut tanpa beban ujung > Percepatan sudut dengan tambah beban = Keterangan: I = momen inersia (m 4 ) = d = diameter kincir (m) = α = percepatan sudut (rad/s 2 ) ω = kecepatan sudut (m/s) t = waktu (s) n = putaran (Rpm) FAKULTAS TEKNIK 39

10 Jadi : Pada beban misal 1,1 kg pada kincir tanpa beban ujung dan dengan beban ujung torsi yang dihasilkan sama tapi rpm dengan beban ujung lebih kecil. Pada saat torsi maksimum, torsi yang dihasilkan kincir angin tanpa beban ujung lebih besar daripada dengan beban ujung. Hal ini dikarenakan rpm yang dihasilkan tanpa beban ujung lebih besar daripada dengan beban ujung, meski nilai inersia kincir tanpa beban ujung lebih kecil daripada dengan beban ujung. Nilai rpm inilah yang berpengaruh terhadap percepatan sudut. Setiap kenaikan kecepatan angin ( 3 m/s sampai 5 m/s) maka torsi maksimum yang terjadi semakin besar. Hal ini dapat kita lihat pada gambar gerafik berikut. Tabel 4.3 maksimum pada beberapa kecepatan angin (tanpa beban ujung) KecepatanAngin (m/s) VariasiPembebanan (Kg) PutaranKincir (Rpm) maksimum (Nm) FAKULTAS TEKNIK 4

11 .6.5 (Nm) vs Putaran (Rpm) m/s 4 m/s 5 m/s 2 4 rpm 6 Grafik 4.4 maksimum pada beberapa kecepatan angin (tanpa beban ujung) Dari tabel dan gambar di atas dapat di jelaskan bahwa, kecepatan angin berbanding lurus dengan maksimum yang terjadi terhadap putaran poros, semakin cepat kecepatan angin maka torsi maksimum yang terjadi juga semakin besar dan terjadi di atas putaran poros kecepatan angin sebelumnya, demikian pula sebaliknya. Suatu kincir dapat menghasilkan daya karena kincir tersebut dapat menurunkan kecepatan angin. Kincir yang diam tidak menghasilkan daya sama sekali demikian pula bila kincir tersebut berputar sangat cepat, udara di blok secara sempurna. Diantara kedua harga tersebut terdapat putaran maksimum dimana terjadi daya maksimum dari sebuah kincir, sehingga apabila di buat dalam bentuk grafik maka akan membentuk garis setengah para bola. FAKULTAS TEKNIK 41

12 Tabel 4.4 Daya maksimum pada beberapa kecepatan angin Daya KecepatanAngin Variasi Putaran Kincir maksimum (m/s) Pembebanan (kg) (Rpm) (w) Daya.8.6 Daya vs rpm rpm 5 Grafik 4.5 Daya dihasilkan kincir sebagai fungsi putaran pada kecepatan angin 4 m/s (tanpa pembebanan ujung) D Daya Vs Rpm rpm 3 m/s 4 m/s 5 m/s Grafik 4.6. Daya sebagai fungsi putaran pada berbagai kecepatan angin (tanpa pembebanan ujung). Untuk setiap kenaikan kecepatan angin (3 m/s sampai 5 m/s),daya, putaran dan kecepatan angin berbanding lurus, semakin cepat kecepatan angin maka daya maksimum semakin besar dan terjai diatas putaran daya maksimum sebelumnya. FAKULTAS TEKNIK 42

13 Hubungan daya maksimum, torsi maksimum dan putaran adalah maksimum terjadi dibawah putaran daya maksimum. Untuk lebih lengkap perbandingan daya kincir tanpa pembebanan ujung kontruksi dan dengan pembebanan ujung kontruksi ada pada (Lampiran 5). 4.7 Penerapan Pada rangkaian pengujian saya yang diatas maka saya menerapkan kincir angin tipe B Us Farm Windmill 2 blade pada suatu alat yaitu prototipe kincir pompa air tenaga angin. Saya membuat prototipe tersebut bersama dua teman saya. Spesifikasi Prototiope pompa air tenaga angin. 1. Tinggi Tiang Penyangga = 2.2 m 2. Diameter kincir =.94 m 3. Mata Gear atas dan bawah = Pipa wadah air =.5 inch 5. Panjang pipa wadah air =.15 m 6. Jumlah pipa wadah air = 15 buah 7. Kapasitas pipa wadah air =125 ml Kapaitas air yang di keluarkan dari prototipe pompa air tenaga angin tipe B Us Farm Windmill 2 blade menghasilkan 15 ml per menit dengan kecepatan angin alam rata-rata -5 m/s. FAKULTAS TEKNIK 43

14 Gambar 4.2 Pengujian akhir kapasitas keluaran air pada prototipe pompa air tenaga angin Sumber : Foto scan FAKULTAS TEKNIK 44

15 4.8 Analisa perbandingan kincir angin 1 blade dengan kincir angin 2 blade Tabel Tabel perbandingan torsi 1 blade dengan 2 blade pada berbagai kecepatan angin. KecepatanAngin VariasiPembebanan PutaranKincir maksimum (m/s) (Kg) (Rpm) (Nm) Daya KecepatanAngin Variasi Putaran Kincir maksimum (m/s) Pembebanan (kg) (Rpm) (w) Grafik perbandingan torsi kincir 1 blade dengan 2 blade pada kecepatan angin 5 m/s Kincir 1 blade Kincir 2 blade Rpm Grafik 4.7. Perbandingan torsi 1 blade dan 2 blade pada kecepatan angin 5 m/s. FAKULTAS TEKNIK 45

16 Dari tabel dan grafik diatas dapat disimpulkan bahwa semakin banyak jumlah blade maka torsi yang dihasilkan semakin besar pula. Tabel Tabel perbandingan daya 1 blade dengan 2 blade pada berbagai kecepatan angin. KecepatanAngin (m/s) Variasi Pembebanan (kg) Putaran Kincir (Rpm) Daya masimum (w) Daya KecepatanAngin Variasi Putaran Kincir maksimum (m/s) Pembebanan (kg) (Rpm) (w) Daya Perbandingan 1 blade denagan 2 blade pada kecepatan 5 m/s Rpm Kincir 1 blade Kincir 2 blade Grafik 4.8. Perbandingan daya 1 blade dan 2 blade pada kecepatan angin 5 m/s. FAKULTAS TEKNIK 46

17 Dari tabel dan grafik diatas maka deproleh bahwa semakin banyak jumlah blade semakin besar daya yang dihasilkan. KecepatanAngin (m/s) VariasiPembebanan (Kg) PutaranKincir (Rpm) maksimum (Nm) maksimum vs Rpm maksimum tanpa beban dan dengan beban 5 m/s (Tanpa beban ujung) 5 m/s (Dengan beban ujung) Perbandiingan Daya 2 blade dengan 1 blade (tanpa beban ujung) KecepatanAngin (m/s) VariasiPembebanan (Kg) PutaranKincir (Rpm) maksimum (Nm) FAKULTAS TEKNIK 47

18 Daya maksimum vs Rpm maksimum tanpa beban dan dengan beban m/s (Tanpa beban ujung) 5 m/s (Dengan beban ujung) 4.7. Perbandingan daya 2 blade dengan 1 blade (dengan beban ujung) KecepatanAngin Variasi Putaran Kincir Daya maksimum (m/s) Pembebanan (kg) (Rpm) (w) Daya maksimum vs Rpm maksimum tanpa beban dan dengan beban m/s (Tanpa beban ujung) 5 m/s (Dengan beban ujung) FAKULTAS TEKNIK 48