UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU, BERBAHAN PVC 8 INCHI, DIAMETER 1 M, LEBAR MAKSIMAL SUDU 14 CM BERJARAK 20 CM DARI SUMBU POROS

Transkripsi

1 UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU, BERBAHAN PVC 8 INCHI, DIAMETER 1 M, LEBAR MAKSIMAL SUDU 14 CM BERJARAK 20 CM DARI SUMBU POROS SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S 1 Program Studi Teknik Mesin Disusun oleh : Zakaria Jiang NIM : PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAIN DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2017 i

2 PERFORMANCE OF FOUR BLADE HORIZONTAL WIND MILL WITH PVC 8 INCHI MATERIAL, THE OF DIAMETER 1 M, THE MAKSIMUM BLADE 14 CM WITH 20 CM DISTANCE FROM THE CENTER OF A SHAFT FINAL PROJECT Presented as partial fulfillment of the requirement to obtain Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering By : Zakaria Jiang Student Number : MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2017 ii

3 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI iii

4 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI iv

5 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Dengan ini penulis menyatakan bahwa sesungguhnya dalam pembuatan atau penyusunan Skripsi dengan judul : UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU, BERBAHAN PVC 8 INCHI, DIAMETER 1 M, LEBAR MAKSIMAL SUDU 14 CM BERJARAK 20 CM DARI SUMBU POROS Yang dibuat sebagai melengkapi persyaratan yang wajib ditempuh untuk menjadi Sarjana Teknik pada program Strata 1, Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sain dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, sejauh yang penulis ketahui bukan merupakan tiruan dari Tugas Akhir yang sudah dipublikasikan sebelumnya di Perguruan Tinggi manapun, kecuali bagian informasi yang telah penulis dicantumkan dalam daftar pustaka. Dibuat di : Yogyakarta, 18 Mei 2017 ZAKARIA JIANG v

6 LEMBAR PERNYATAAN PERSUTUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sain dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta : Nama : ZAKARIA JIANG Nomor Mahasiswa : Demi pengembangan ilmu pengetahuan, penulis memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta karya ilmiah yang berjudul : UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL EMPAT SUDU, BERBAHAN PVC 8 INCHI, DIAMETER 1 M, LEBAR MAKSIMAL SUDU 14 CM BERJARAK 20 CM DARI SUMBU POROS Dengan demikian penulis memberikan hak sepenuhnya kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya diinternet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari penulis maupun memberikan royalti kepada penulis selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini penulis buat dengan sebenar benarnya. Yogyakarta,18 Mei 2017 Yang Menyatakan ZAKARIA JIANG vi

7 INTISARI Kebutuhan akan energi listrik di Indonesia terus meningkat pada setiap tahunnya, hal ini terjadi dikarenakan pertambahan jumlah penduduk yang semakin banyak, perkembangan teknologi dan hal ini menyebabkan persediaan minyak bumi maupun batu bara semakin berkurang dan menipis karena diambil terus menerus, sehingga lama kelamaan akan habis. Atas dasar kondisi sekarang ini dan juga ingin menyelamatkan bumi, munculnya ide untuk menghasilkan energi alternatif yang dihasilkan oleh alam yang tidak akan pernah habis, salah satu contohnya adalah angin, dengan melakukan penelitian terhadap kincir angin. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji unjuk kerja dari kincir angin yang diteliti pada torsi, perbandingan daya, Coefisien Performance (Cp) dan Tip Speed Ratio (TSR). Kincir angin yang dipakai dalam penelitian ini adalah kincir angin propeler empat sudu poros horizontal berdiameter 1 M, berbahan PVC 8 inchi. Terhadap tiga variasi kecepatan angin, pertama 8,3 m/s, kedua 7,2 m/s dan ketiga 6,1 m/s. Agar mendapatkan daya kincir, torsi, koefisien daya maksimal dan tip speed ratio pada kincir, maka poros kincir angin dihubungkan ke mekanisme pembebanan lampu yang berfungsi untuk memberikan beban pada kincir angin saat berputar. Besarnya beban yang dihasilkan kincir dapat dilihat pada timbangan digital. Putaran kincir angin diukur menggunakan tachometer dan kecepatan angin diukur menggunakan anemometer. Dari hasil hasil penelitian ini, kincir angin pada variasi kecepatan angin 8,3 m/s, menghasilkan koefisien daya mekanis maksimal sebesar 18,15 % pada tip speed ratio 2,54 dengan daya output sebesar 46,37 Watt dan torsi sebesar 1,11 N.m. kincir angin dengan variasi kecepatan angin 7,2 m/s, menghasilkan koefisien daya mekanis maksimal sebesar 25,08 % pada tip speed ratio 2,47 dengan daya output sebesar 43,38 Watt dan torsi sebesar 1,22 N.m. kincir angin dengan variasi kecepatan angin 6,1 m/s, menghasilkan koefisien daya mekanis maksimal sebesar 22,05 % pada tip speed ratio 1,63 dengan daya output sebesar 23,19 Watt dan torsi sebesar 1,17 N.m. Dari ketiga variasi kecepatan angin yang telah diteliti, dapat disimpulkan bahwa putaran kincir angin pada variasi kecepatan angin 7,2 m/s memiliki nilai koefisien daya mekanis maksimal dan tip speed ratio paling tinggi. Kata kunci : kincir angin propeller, koefisien daya, tip speed ratio. vii

8 ABSTRACT The need for electricity in Indonesia continues to increase every year, this happens because the population increases more and more, technological developments and this causes the supply of oil and coal on the wane and thinned since taken hold - again, so long - time will exhausted. On the basis of the current state and also want to save the earth, the idea to produce alternative energy produced by nature that will never run out, one example is the wind, to do research on the windmill. This study aims to assess the performance of windmills studied in torsi, the ratio of power, coefisien Performance (Cp) and Tip Speed Ratio (TSR). The windmills were used in this study is a four-blade windmills angin propeler horizontal shaft diameter 1 M, PVC 8 inchi. Against three variations of wind speed, the first 8.3 m/s, the second 7.2 m/s and the third of 6.1 m/s. In order to obtain windmill power, torsi, maximum power coefficient and tip speed ratio at the windmill, the windmill shaft is connected to a charging mechanism that serves to provide a light load on the windmill while spinning. The magnitude of the resulting wheel load can be seen on digital scales. Round windmill was measured using a tachometer and the wind speed is measured using the anemometer. The results of this research, the windmills on the variation of wind speed of 8.3 m/s, producing mechanical power coefficient maximum of % on a tip speed ratio of 2.54 with a power output of Watt and torsi of 1.11 N.m windmill with variations in wind speed of 7.2 m/s, producing mechanical power coefficient maximum of % on a tip speed ratio of 2.47 with a power output of Watt and torsi of 1.22 N.m. windmill with variations in wind speed of 6.1 m/s, producing mechanical power coefficient maximum of % on a tip speed ratio of 1.63 with a power output of Watts and torsi of 1.17 N.m. The third variation of wind speed that has been studied, it can be concluded that the rotation windmill on the variation of wind speed of 7.2 m/s has a maximum value of mechanical power coefficient and tip speed ratio is the highest. Keywords : Windmills propeller, the coefficients power, tip speed ratio. viii

9 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas kasih, berkat, dan anugerah-nya, sehingga dalam penyusunan dan penulisan skripsi yang berjudu : Unjuk Kerja Kincir Angin Poros Horizontal Empat Sudu, Berbahan PVC 8 Inchi, Diameter 1 M, Lebar Maksimal Sudu 14 Cm Berjarak 20 Cm Dari Sumbu Poros, ini dapat diselesaikan seperti yang diinginkan atau diharapkan penulis. Skripsi diajukan sebagai salah satu persyaratan yang wajib untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sain dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Dalam penyusunan skripsi ini penulis banyak mengalami hambatan dalam hal pengambilan data, pengolahan data, perhitungan dan penulisan. Namun karena kuasa dan berkah Tuhan Yesus Kristus yang tidak berkesudahan, bantuan, masukan dan keterlibatan semua pihak, penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih banyak atas bantuan, dorongan, dukungan baik secara moral, maupun materi dan doa antara lain kepada : 1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sain dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. 2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sain dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. 3. Dr. Ir. Yohanes Baptista Lukiyanto, M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sain dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. ix

10 4. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Skripsi Kincir Angin dan Kepala Laboratorium Konversi Energi, yang telah memberikan waktu, tenaga, pikiran selama peulis mengerjakan skripsi. 5. Segenap Dosen Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sain dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta yang telah mendidik dan memberikan ilmu kepada penulis selama ini. 6. Seluruh Tenaga Kependidikan Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sain dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta, atas segala pelayanan dan kerjasama selama proses pengambilan data dan penulisan skripsi. 7. Keluarga tercinta, Ayah (Teodorus Telea), Ibu (Yuliana Yung), Kakak (Kristina Wung) dan Adik (Valentinus Gonsa Be) penulis, yang selalu memberikan dukungan, dorongan dan doa. 8. Rekan rekan mahasiswa Program Studi Teknik Mesin Angkatan 2012 Universitas Sanata Dharma yang selalu memberikan masukan dan saran kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi. 9. Serta semua pihak yang membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini, yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu. Bila ada kekurangan penulis mengharapkan masukan dan saran agar dapat menyempurnakan skripsi ini, yang menjadi persyaratan wajib untuk menjadi Sarjana Teknik. Yogyakarta,18 Mei 2017 Penulis x

11 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PERSETUJUAN... iii HALAMAN PENGESAHAN... iv PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI... v LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI... iv INTISARI... vii ABSTRACT... viii KATA PENGANTAR... ix DAFTAR ISI... xi DAFTAR GAMBAR... xv DAFTAR TABEL... xvii DAFTAR GRAFIK... xviii DAFTAR LAMPIRAN... xix DAFTAR SIMBOL... xxii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakan Masalah Perumusan Masalah Tujuan dan Manfaat Batasan Masalah... 3 BAB II DASAR TEORI... 4 xi

12 2.1 Angin Pengertian Angin Proses Terjadinya Angin Jenis jenis Angin Kincir Angin Kincir Angin Poros Horizontal Kincir Angin Poros Vertikal Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap TSR Rumus rumus Perhitungan Daya Kincir Torsi Kincir Angin Tip Speed Ratio (TSR) Daya Kincir Angin Mekanis Daya Kincir Angin Listrik Koefisien Daya (Cp) PVC Penyusun PVC Penggolongan Polimer BAB III METODE PENELITIAN Diagram Penelitian Perlakuan Metode Penelitian xii

13 3.2 Alat dan Bahan Desain Kincir Pembuatan Sudu Kincir Angin Alat dan Bahan dalam Pembuatan Sudu Proses Pembuatan Sudu Langkah Penelitian BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN Data Hasil Pengujian Pengolahan Data dan Perhitungan Perhitungan Daya Angin Perhitungan Torsi Perhitungan Daya Kincir Mekanis Perhitungan Daya Listrik Perhitungan Tip Speed Ratio (TSR) Perhitungan Koefisien Daya (Cp) Data Hasil Perhitungan Grafik Hasil Perhitungan Grafik Hubunga Antara Torsi dan Daya pada Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya pada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/ xiii

14 4.4.3 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya pada Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Mekanis untuk ke Tiga Variasi Kecepatan Angin Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Listrik untuk ke Tiga Variasi Kecepatan Angin Grafik Hubungan Antara Putaran Kincir dan Torsi untuk ke Tiga Variasi Kecepatan Angin Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya Mekanis pada ke Tiga Variasi Kecepatan Angin BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiv

15 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Angin Laut dan Angin Darat... 5 Gambar 2.2 Angin Laut... 6 Gambar 2.3 Angin Darat... 6 Gambar 2.4 Angin Gunung dan Angin Lembah... 7 Gambar 2.5 Angin Gunung... 8 Gambar 2.6 Angin Lembah... 8 Gambar 2.7 Angin Fohn... 9 Gambar 2.8 Angin Muson Gambar 2.9 Angin Muson Barat Gambar 2.10 Angin Muson Timur Gambar 2.11 Kincir Angin Dutch Four arm Gambar 2.12 Kincir Angin Amerika Wind Mill Gambar 2.13 Kincir Angin Darrieus Gambar 2.14 Kincir Angin Savonius Gambar 2.15 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) dengan Tips Speed Ratio (TSR) dari beberapa jenis Kincir Angin Gambar 3.1 Diagram alur metode penelitian Gambar 3.2 Sudu Kincir Angin Gambar 3.3 Dudukan Sudu xv

16 Gambar 3.4 Panel lampu Gambar 3.5 Fan blower Gambar 3.6 Tachometer Gambar 3.7 Timbangan digital Gambar 3.8 Anemometer Gambar 3.9 Voltmeter Gambar 3.10 Amperemeter Gambar 3.11 Skema pembebanan Gambar 3.12 Rangkaian Pembebanan lampu Gambar 3.13 Desain Kincir Gambar 3.14 Pemotongan pipa Gambar 3.15 Cetakan Kertas Karton Gambar 3.16 Pembentukan Sudu pada Pipa Gambar 3.17 Menghaluskan Sudu Gambar 3.18 Pembuatan Lubang Baut Sudu Gambar 3.19 Sudu Yang Telah Terpasang xvi

17 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Contoh dan kegunaan Polimer Komersial Tabel 3.1 Alat dan Bahan dalam Pembuatan Sudu Tabel 4.1 Data Pengujian Kincir Angin Empat Sudu dengan Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s Tabel 4.2 Data Pengujian Kincir Angin Empat Sudu dengan Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s Tabel 4.3 Data Pengujian Kincir Angin Empat Sudu dengan Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s Tabel 4.4 Data Perhitungan Empat Sudu Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s Tabel 4.5 Data Perhitungan Empat Sudu Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s Tabel 4.6 Data Perhitungan Empat Sudu Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s xvii

18 DAFTAR GRAFIK Grafik 4.1 Hubungan Antara Torsi dan Daya pada Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s Grafik 4.2 Hubungan Antara Torsi dan Daya pada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s Grafik 4.3 Hubungan Antara Torsi dan Daya pada Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s Grafik 4.4 Hubungan Antara Torsi dan Daya Mekanis pada ke Tiga Variasi Kecepatan Angin Grafik 4.5 Hubungan Antara Torsi dan Daya Listrik pada ke Tiga Variasi Kecepatan Angin Grafik 4.6 Hubungan Antara Putaran Kincir dan Torsi pada ke Tiga Variasi Kecepatan Angin Grafik 4.7 Hubungan Antara TSR dan Cp Mekanis pada ke Tiga Variasi Kecepatan Angin xviii

19 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Tabel Pengujian Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s Lampiran 2. Tabel Pengujian Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s Lampiran 3. Tabel Pengujian Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s Lampiran 4. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Mekanis pada Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s Lampiran 5. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Listrik pada Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s Lampiran 6. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya pada Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s Lampiran 7. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Mekanis pada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s Lampiran 8. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Listrik pada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s Lampiran 9. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya pada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s Lampiran 10. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Mekanis pada Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s Lampiran 11. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Listrik pada Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s Lampiran 12. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya pada Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s xix

20 Lampiran 13. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Mekanis pada Ketiga Variasi kecepatan Angin Lampiran 14. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Listrik pada Ketiga Variasi Kecepatan Angin Lampiran 15. Grafik Hubungan Antara Putaran Kincir dan Torsi pada Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s Lampiran 16. Grafik Hubungan Antara Putaran Kincir dan Torsi pada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s Lampiran 17. Grafik Hubungan Antara Putaran Kincir dan Torsi pada Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s Lampiran 18. Grafik Hubungan Antara Putaran Kincir dan Torsi pada Ketiga Variasi Kecepatan Angin Lampiran 19. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp Mekanis pada Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s Lampiran 20. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp pada Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s Lampiran 21. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp Mekanis pada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s Lampiran 22. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp pada Variasi Kecepatan Angin 7,2 m/s Lampiran 23. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp Mekanis pada Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s Lampiran 24. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp pada Variasi Kecepatan Angin 6,1 m/s xx

21 Lampiran 25. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp Mekanis pada Ketiga Variasi Kecepatan Angin Lampiran 26. Grafik Hubungan Antara TSR dan Cp Listrik pada Ketiga Variasi Kecepatan Angin xxi

22 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Satuan ρ Massa jenis kg/m 3 r Jari jari kincir M A Luas penampang m 2 v Kecepatan angin m/s ω Kecepatan sudut rad/s n Kecepatan putaran poros Rpm F Gaya pembebanan N T Torsi N.m Pin Daya angin Watt Po Daya listrik Watt Pout Daya kincir Watt TSR Tip Speed Ratio Cp Koefisien daya % Cpmax Koefisien daya maksimal % m massa kg Ek Energi kinetic Joule V Volume m 3 V Tegangan Volt I Arus Ampere t waktu s ṁ Laju aliran massa udara kg/s Vt Kecepatan diujung sudu kincir m/s L Panjang lengan torsi m Lmax Lebar maksimal m xxii

23 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Kincir angin pada awalnya dibuat untuk kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. Kincir angin banyak dibangun di Denmark, Belanda dan negara-negara Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan Windmill. Kini kincir angin lebih banyak digunakan untuk kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi dan menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin. Penggunaan energi listrik sangat diperlukan sekali oleh masyarakat dalam jumlah yang besar, namun diusahankan menggunakan biaya yang sedikit. Maka memanfaatkan energi alternatif dari alam untuk menghasilkan energi listrik salah satunya ialah angin, karena angin terdapat dimana-mana mudah utuk didapat dan tidak membutuhkan biaya yang besar. Karena energi listrik tidak langsung dihasilkan oleh alam maka memanfaatkan angin harus menggunakan alat yang bekerja dan juga menghasilkan energi listrik, alat yang harus digunakan adalah kincir angin. Kincir angin akan memanfaatkan energi angin, lalu angin akan membuat sudu dan poros berputar lalu poros menggerakan generator yang pada saat putaran tinggi akan menghasilkan listrik. Kincir angin yang akan digunakan mempunyai empat sudu. Penelitian atau pengujian harus dilakukan pada kincir angin poros horizontal empat sudu agar dapat mengetahui berapa besarannya tegangan listrik yang dihasilkan generator supaya dapat digunakan. Koefisien daya yang maksimal ini akan meningkatkan jumlah watt (daya) yang dihasilkan agar mendapatkan jumlah watt yang diinginkan dan dengan menggunakan jumlah empat sudu. Pengujian pada kincir angin diharap mendapatkan tegangan listrik yang diinginkan sebelum pengujian dilakukan pada kincir angin empat sudu, dan juga untuk mengetahui apabila tegangan listrik yang dihasilkan tidak sesuai dengan yang diinginkan. 1

24 2 Akan perbaiki jika ada kerusakan dan juga masalah yang menyebabkan kincir angin tidak menghasilkan tegangan listrik yang diinginkan akan diselesaikan atau diuraikan. 1.2 Perumusan Masalah Masalah yang dapat dirumuskan saat melakukan penelitian ini adalah : a. Diperlukan desain kincir angin yang tepat untuk mengkonversikan energi angin dari Fan Blower tersebut dengan maksimal, agar mendapatkan efisiensi yang tinggi. b. Menggunakan pipa PVC 8 inchi sebagai bahan pembuatan sudu kincir angin. 1.3 Tujuan dan Manfaat Tujuan dari penelitian ini adalah : a. Membuat dan merancang sudu kincir angin poros horizontal empat sudu berbahan PVC 8 inchi, diameter 1 m, lebar maksimum 14 cm dengan jarak 20 cm dari pusat poros. b. Mengetahui unjuk kerja dari kincir angin poros horizontal empat sudu. c. Mengetahui nilai Coefisien Performance (Cp) dan tip speed ratio (TSR) dari kincir angin poros horizontal empat sudu. Manfaat dari penelitian ini adalah : a. Agar dapat menghasilkan tenaga listrik yang besar sehingga dapat digunakan untuk kebutuhan energi. b. Kincir angin ini dapat dibuat dalam skala besar sehingga mampu menghasilkan energi listrik yang cukup untuk digunakan masyarakat.

25 3 c. Kincir angin ini dapat membantu menghemat sumber daya alam, karena kita tidak sepenuhnya lagi menggunakan aliran listrik dari PLN, karena sebagian besar aliran listrik yang kita gunakan berasal dari kincir angin. d. Agar kincir angin ini dapat digunakan sebagai penghasil energi listrik yang pemenfaatannya dari alam yaitu angin. e. Menggembangkan energi alternative dari alam agar dapat dimanfaatkan secara masal terutama di Indonesia. 1.4 Batasan Masalah Batasan - batasan masalah saat melakukan penelitian ini adalah : a. Model kincir angin dibuat tipe horizontal axis wind turbine (HAWT) dengan bahan PVC 8 inchi, dengan diameter 1 m, lebar maksimum 14 cm dengan jarak 20 cm dari pusat poros. b. Penelitian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. c. Kincir angin yang digunakan dalam penelitian berjumlah empat sudu, berat persudu 500 gram.

26 BAB II DASAR TEORI 2.1 Angin Pada bagian ini akan membahas beberapa hal tentang angin yang menjadi bagian penting dalam penelitian dan juga sebagai energi alternatif yang mudah di dapatkan dimana saja. Tentunya akan dimanfaatkan, sehingga menjadi energi listrik yang akan digunakan untuk kebutuhan sehari hari Pengertian Angin Angin adalah suatu udara yang bergerak diakbiatkan oleh rotasi yang terjadi pada bumi serta perbedaan pada tekanan udara di sekitarnya. Angin tersebut bergerak dari tempat bertekanan udara tinggi ke tempat bertekanan udara rendah. Perbedaan tekanan udara yang disebabkan oleh perbedaan suhu udara, yang di akibatkan oleh pemanasan atmosfir yang tidak merata oleh sinar matahari Proses Terjadinya Angin Angin terjadi karena adanya perbedaan tekanan udara atau perbedaan suhu udara pada suatu daerah atau wilayah. Hal ini berkaitan dengan besarnya energi panas matahari yang di terima oleh permukaan bumi. Pada suatu wilayah, daerah yang menerima energi panas matahari lebih besar akan mempunyai suhu udara yang lebih panas dan tekanan udara yang cenderung lebih rendah. Sehingga akan terjadi perbedaan suhu dan tekanan udara antara daerah yang menerima energi panas lebih besar dengan daerah lain yang lebih sedikit menerima energi panas, akibatnya akan terjadi aliran udara pada wilayah tersebut. 4

27 Jenis jenis Angin Angin terbagi menjadi beberapa macam jenis, antara lain sebagai berikut : A. Angin Laut dan Angin Darat Angin laut adalah angin yang tiupannya yang berasal dari arah laut ke darat, dimana pada umumnya terjadi disaat siang hari tepatnya pada pukul Sedangkan, Angin Darat adalah angin yang tiupannya berasal dari darat ke laut, dimana biasanya terjadi pada malam hari, tepatnya pukul terjadinya angin laut dan angin darat dapat dilihat pada gambar 2.1. Gambar 2.1 Angin Laut dan Angin Darat. Sumber : Juli Angin Laut Angin laut adalah angin yang terjadi pada waktu siang hari di tepian danau dan di sepanjang garis pantai di seluruh dunia. Angin ini bergerak dari laut atau danau menuju daratan. Hal ini terjadi dikarenakan udara diatas daratan mengalami pemanasan lebih cepat dibandingkan udara diatas permukaan air, sehingga tekanan udara diatas daratan lebih rendah dibandingkan di atas permukaan laut atau danau seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.2.

28 6 Gambar 2.2 Angin Laut. Sumber : diakses Juni Angin Darat Angin darat adalah angin yang terjadi pada waktu malam hari di tepian danau dan di sepanjang garis pantai di seluruh dunia. Angin ini bergerak dari darat menuju laut. Hal ini terjadi dikarenakan udara yang terdapat diatas daratan mengalami pendinginan lebih cepat dibandingkan udara diatas permukaan air, sehingga tekanan udara diatas permukaan laut atau danau menjadi lebih rendah dibandingkan di atas daratan seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.3. Gambar 2.3 Angin Darat. Sumber : diakses Juni 2016.

29 7 B. Angin Gunung dan Angin Lembah Angin gunung adalah angin yang arah tiupannya dari puncak gunung ke lembag gunung dan biasanya angin gunung terjadi pada malam hari. Sedangkan, Angin Lembah adalah angin yang tiupannya dari arah lembah ke ke puncak gunung dan biasanya angin lembah terjadi pada siang hari, dapat dilihat pada gambar 2.4. Gambar 2.4 Angin Gunung dan Angin Lembah. Sumber : diakses Juni Angin Gunung Angin gunung adalah angin yang terjadi pada waktu malam hari di kawasan pengunungan di seluruh dunia. Angin ini bergerak dari gunung menuju lembah. Hal ini terjadi dikarenakan udara di atas gunung mengalami pendingin lebih cepat dibandingkan di atas permukaan lembah, sehingga tekanan udara di atas permukaan lembah menjadi lebih rendah di atas permukaan gunung seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.5.

30 8 Gambar 2.5 Angin Gunung. Sumber : diakses Juni Angin Lembah Angin lembah adalah angin yang terjadi pada waktu siang hari di kawasan pengunungan di seluruh dunia. Angin ini bergerak dari lembah menuju gunung. Hal ini terjadi dikarenakan udara di atas gunung mengalami pemanasan lebih cepat dibandingkan lembah, sehingga tekanan udara di atas permukaan gunung menjadi lebih rendah dibandingkan di atas permukaan lembah seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.6. Gambar 2.6 Angin Lembah. Sumber : diakses Juni 2016.

31 9 C. Angin Fohn Angin fohn adalah angin terjadi akibat gerakan udara yang menaiki pegunungan. Udara tersebut kemudian mengalami kondensasi dan membentuk awan, lalu terjadi hujan di salah satu sisi lereng gunung. Pada daerah lereng yang lain tidak terjadi hujan karena terhalang oleh tinggi gunung. Daerah yang tidak mengalami hujan disebut daerah bayangan hujan dapat dilihat pada gambar 2.7. Gambar 2.7 Angin Fohn. Sumber : http : // diakses Juni D. Angin Muson Angin muson yang terjadi di Indonesia ada dua, yaitu muson barat dan muson timur. Angin ini disebabkan adanya perbedaan tekanan udara dua benua yang mengapit kepulauan Indonesia, yaitu Benua Asia yang kaya perairan dan Australia yang kering. Angin Musim/Muson Barat adalah angin yang mengalir dari benua Asia (musim dingin) ke Benua Australia (musim panas) dan mengandung curah hujan yang banyak di Indonesia bagian barat, hal ini disebabkan karena angin melewati tempat yang luas, seperti perairan dan samudra. Contoh perairan dan samudra yang dilewati adalah Laut China Selatan dan Samudra Hindia. Angin Musim Barat menyebabkan Indonesia mengalami musim hujan. Angin ini terjadi pada bulan Desember, Januari dan Februari, dan maksimal pada bulan januari dengan Kecepatan Minimum 3

32 10 m/s.angin Musim/Muson 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 (Gibson, Australia Besar, dan Victoria). Ini yang menyebabkan indonesia mengalami musim kemarau. Terjadi pada bulan juni, juli dan Agustus, dan maksimal pada bulan juli dapat dilihat pada gambar 2.8. Gambar 2.8 Angin Muson. Sumber : diakses Juni Angin Muson Barat Angin muson barat adalah angin yang berhembus dari Benua Asia (musim dingin) ke Benua Australia (musim panas) dan mengandung curah hujan yang banyak di indonesia bagian barat, hal ini disebabkan karena ingin melewati tempat yang luas, seperti perairan dan samudra dapat dilihat pada gambar 2.9.

33 11 Gambar 2.9 Angin Muson Barat. Sumber : diakses Juni Angin Muson Timur Angin Muson Timur adalah angin yang mengalir dari benua Australia (musim dingin) ke Benua Asia (musim panas) sedikit curah hujan (kemarau) dibagian timur karena angin melewati celah-celah sempit dan berbagai gurun dapat dilihat pada gambar Gambar 2.10 Angin Muson Timur. Sumber : diakses Juni 2016.

34 Kincir Angin Kincir angin adalah sebuah alat yang digerakkan oleh tenaga angin sehingga menghasilkan energi mekanik atau gerak. Kincir angin pada awalnya ditemukan di Belanda dan Denmark yang pada waktu itu banyak digunakan untuk irigasi, menumbuk hasil pertanian, dan pembangkit tenaga listrik. Berdasarkan posisi porosnya kincir angin dibedakan menjadi dua jenis, yaitu : kincir angin poros horizontal dan kincir angin poros vertikal Kincir Angin Poros Horizontal Kincir Angin Poros Horizontal atau propeler adalah kincir angin yang memiliki poros utama sejajar dengan tanah dan arah poros utama dapat memutar 360 o agar dapat menyesuaikan dengan arah angin. Kincir angin Poros Horizontal ini memiliki jumlah sudu lebih dari dua, kincir angin ini dapat berputar dikarenakan adanya gaya aeorodinamis yang bekerja pada suatu kincir. Ada beberapa jenis Kincir Angin Poros Horizontal yang sudah umum dikenal dan dikembangkan diseluruh dunia, yang ditunjukan pada gambar 2.11 dan 2.12 : A. Kincir Angin Dutch Four arm Gambar 2.11 Kincir Angin Dutch Four arm Sumber : diakses Juni 2016.

35 13 B. Kincir Angin Amerika Wind Mild Gambar 2.12 Kincir Angin Amerika Wind Mill. Sumber : diakses Juni Kelebihan dan kekurangan Kincir Angin Poros Horizontal : A. Kelebihan dari Kincir Angin Poros Horizontal : a. Menara yang lebih tinggi dari permukaan tanah membuat kincir angin mendapatkan angin yang lebih kuat. b. Kincir angin mampu mengkonveksikan energy angin pada kecepatan lebih tinggi. c. Memberikan kinerja lebih baik pada produksi energy dibandingkan dengan Kincir Angin Poros Vertikal. d. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang beradadiatas menara. e. Banyak digunakan untuk menghasilkan energi listrik dengan skala besar.

36 14 B. Kekurangan dari Kincir Angin Poros Horizontal : a. Kincir yang tinggi membuatnya sulit dipasang, membutuhkan derek yang tinggi dan serta para operator yang terampil dibidangnya. b. Kontruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyangga sudu sudu yang berat, gearbox, dan generator. c. Kincir membutuhkan mekanisme control yaw tambahan untuk membelokan kincir sesuai dengan arah angin Kincir Angin Poros Vertikal Kincir Angin Poros Vertikal atau Vertikal Axis Wind Turbin (VAWT) adalah Kincir Angin yang posisi porosnya tegak lurus dengan arah angin atau kincir jenis ini dapat mengkonversi tenaga angin dari segala arah kecuali arah angin dari atas atau bawah. Kincir jenis ini menghasilkan torsi yang lebih besar dari pada Kincir Angin Poros Horizontal. Beberapa jenis Kincir Angin Poros Vertikal yang telah banyak dikenal di dunia bisa dilihat pada gambar 2.13 dan 2.14 : A. Kincir Angin Darrieus Gambar 2.13 Kincir Angin Darrieus. Sumber : diakses Juni 2016.

37 15 B. Kincir Angin Savonius Gambar 2.14 Kincir Angin Savonius. Sumber : diakses Juni Kelebihan dan kekuran Kincir Angin Poros Vertikal : A. Kelebihan dari Kincir Angin Poros Vertikal : a. Kincir ini dapat berjarak lebih dekat dengan tanah, membuat pemeliharaan bagian bagiannya menjadi lebih mudah. b. Karena posisi sudunya yang Vertikal tidak membutuhkan mekanisme yaw. c. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar untuk menahan kincir. d. Memiliki torsi yang besar pada putaran rendah. e. Tetap dapat bekerja pada putaran yang rendah. B. Kekurangan dari Kincir Angin Poros Vertikal : a. Semua berat rotor dibebankan pada bantalan bawah. b. Torsi awalnya rendah sehingga membutuhkan energi untuk memulai putaran awal. c. Karena letak kincir yang rendah maka factor keselamatan harus diperhatikan.

38 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap TSR Menurut Albert Betz adalah seorang Ilmuan Jerman bahwa koefisien daya maksimal dari Kincir Angin adalah sebesar 59% seperti yang terlihat pada Gambar 2.15 Albert Betz menamai batas maksimal tersebut dengan Betz limit. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.15: Gambar 2.15 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) dengan Tips Speed Ratio (TSR) dari beberapa jenis Kincir Angin. Sumber : diakses Juni Rumus Rumus Perhitungan Rumus rumus digunakan dalam melakukan perhitungan da analisis data yang di dapat selama atau setelah pengujian dilakukan. Dalam penelitian unjuk kerja Kincir Angin Poros Horizontal adalah sebagai berikut : Daya Angin Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik, energi kinetik ialah energi yang dimiliki oleh suatu benda yang bergerak dan dapat dirumuskan sebagai berikut :

39 17 Ek = 1 2 m v 2 (1) dengan Ek adalah energi kinetik (J), m adalah massa udara (kg), dan v adalah kecepatan angin (m/s). Daya merupakan energi persatuan waktu, maka dari persamaan diatas dapat dituliskan : Pin = ½. m. v 2 (2) dengan Pin adalah daya yang dihasilkan angin J/s (watt), m adalah massa udara yang mengalir persatuan waktu (kg/s), dan v adalah kecepatan angin (m/s). massa udara yang mengalir persatuan waktu adalah : m = ρ. A. v (3) dengan ρ adalah massa jenis udara (kg/m 3 ), dan A adalah luas penampang yang membentuk sebuah lingkaran (m 2 ). Dengan menggunakan persamaan (3), maka daya angin (Pin) dirumuskan menjadi : Pin = ½ (ρ.a.v)v 2, Disederhanakan menjadi : Pin = ½ ρ.a.v 3 (4) Torsi Kincir Angin Torsi adalah gaya yang bekerja pada poros yang dihasilkan oleh gaya dorong pada sumbu kincir, dimana gaya dorong ini memilki jarak terhadap sumbu poros yang berputar, dengan persamaan sebagai berikut : T = F l, (5) dengan T adalah torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (Nm), F adalah gaya pembebanan (N), dan l adalah jarak lengan torsi ke poros (m).

40 Tip Speed Ratio (TSR) Tip Speed Ratio (TSR) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu Kincir Angin yang berputar dengan kecepatan angin. Kecepatan diujung sudu (Vt) dapat dirumuskan sebagai : (Vt) = ωr, (6) dengan Vt adalah kecepatan ujung sudu, ω adalah kecepatan sudut (rad/s), dan r adalah jari jari kincir (m). Sehingga TSRnya dapat dirumuskan sebagai berikut : tsr = 2 π r n 60 v (7) dengan r adalah jari jari kincir (m), n adalah putaran poros kincir tiap menit (rpm), dan v adalah kecepatan angin (m/s) Daya Kincir Angin Mekanis Daya yang dihasilkan kincir (Pout) adalah daya yang dihasilkan kincir akibat adanya angin yang melintasi sudu kincir. Sehingga daya kincir yang dihasilkan oleh gerakkan melingkar kincir dapat dirumuskan : Pout Mekanis = T ω (8) dengan T adalah torsi dinamis (N.m), danω adalah kecepatan sudut (rad/s). Kecepatan sudut (ω) didapat dari : ω = n putaran menit ω = n 2π 60 detik rad/s

41 19 ω = n.π 30 detik rad/s Dengan ini untuk daya yang dihasilkan kincir dapat dinyatakan dengan persamaan (7), yaitu : Pout Mekanis = T π.n 30 detik rad/s (9) dengan Pout adalah daya yang dihasilkan oleh kincir angin (watt), dan n adalah putaran poros (rpm) Daya Kincir Angin Listrik Daya yang dihasilkan (Pout) adalah daya yang dihasilkan oleh generator sehingga daya kincir yang dihasilkan oleh gerakan melingkari kincir dapat dirumuskan sebagai berikut : Pout Listrik = V.I (10) dengan V adalah tegangan (Volt), dan I adalah arus (Ampere) Koefisien Daya (Cp) Koefisien Daya (Cp) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukkan perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir (Pout) dengan daya yang disediakan oleh angin (Pin). Sehingga Cp dapat dirumuskan : Cp = Pout Pin (11) dengan Cp adalah koefisien daya (%), Pout adalah daya yang dihasilkan kincir (watt), dan Pin adalah daya yang disediakan oleh angin (watt).

42 PVC PVC (PolyVinyl Chloride) adalah polimer termoplastik urutan ketiga jumlah penggunaan di dunia setelah polietilena dan polipropilena. Terdiri dari gas chlorine dan ethylene. Polimer tersebut apabila dipanaskan akan meleleh (melunak), dan dapat dilebur untuk dicetak kembali (didaur ulang). PVC diproduksi dengan cara polimerisasi adisi yaitu polimer yang terbentuk melalui reaksi dari berbagai monomer. Kelebihan dari PVC : a. Fleksibel. e. Masa jenis rendah (ringan). b. Titik leleh rendah. f. Dapat dibentuk ulang (daur ulang). c. Tahan terhadap bahan kimia. g. Tahan terhadap korosi. d. Tahan terhadap air. Kekurangan: a. Tidak tahan terhadap panas. b. Tidak tahan terhadap beban kejut (shock) dan crash (tabrak) dibandigkan dengan metal Penyusun PVC Penyusun pada PVC dibagi menjadi dua yaitu : A. Gas Clorine Gas Clorine adalah unsur kimia murni memiliki bentuk fisik gas diatomik hijau dan bersifat reaktif. Sifat gas klorine yang reaktif ini digunakan dalam berbagai industri kimia, antara lain sebagai perantara dalam sintesis berbagai bahan kimia, termasuk PVC, pembersih rumah tangga dan pemutih kertas.

43 21 B. Ethylene Ethylene adalah hidrokarbon dengan rumus C2H4 dan merupakan gas yang mudah terbakar. Beberapa contoh polimer yang menggunakan etilena seperti ethylene dichloride (EDC), vinil klorida (VCM), polyvinyl chloride (PVC) Penggolongan Polimer A. Penggolongan polimer berdasarkan asalnya yaitu : 1. Polimer Alam Polimer alam adalah senyawa yang dihasilkan dari proses metabolisme mahluk hidup. Jumlahnya yang terbatas dan sifat polimer alam yang kurang stabil, mudah menyerap air, tidak stabil karena pemanasan dan sukar dibentuk menyebabkan penggunaanya amat terbatas.contohdari poimer alam yaitu : Amilum dalam beras, jagung, kentang, pati, selulosa dalam kayu, Protein terdapat dalam daging,karet. Sifat sifat polimer pada alam adalah : a. Cepat rusak. d. sifat hidrofilik (suka air). b. Tidak elastis. e. sukar dilebur dan, c. Tidak tahan terhadap minyak. f. sukar dicetak. Karena sifat sifat polimer alam kurang menguntungkan sehingga sangat sukar mengembangkan fungsi polimer alam untuk tujuan tujuan yang lebih luas dalam kehidupan sehari-hari. 2. Polimer Sintetis. Polimer sintetis adalah polimer yang dibuat dari bahan baku kimia. Contoh polimer sintetis seperti polyetena, polipropilena, polyvynil chlorida (PVC), dan nylon.kebanyakan polimer ini sebagai plastik yang digunakan untuk berbagai keperluan baik untuk rumah tangga, industri, atau mainan anak-anak.pengaplikasian polimer sintetis dalam kehidupan

44 22 sehari-hari adalah nylon, poliester, kantong plastik dan botol, pita karet dan PVC. B. Penggolongan polimer berdasarkan sifatnya terhadap panas. Berdasarkan sifatnya terhadap panas, polimer dapat dibedakan atas polimer termoplastic (tidak tahan panas) dan polimer termosting (tahan panas). 1. Thermoplastic Thermoplastic adalah plastik yang dapat dilunakkan berulang kali (recycle) dengan menggunakan panas. Thermoplastic merupakan polimer yang akan menjadi keras apabila di dinginkan. Thermoplastic meleleh pada suhu tertentu, melekat mengikuti perubahan suhu dan mempunyai sifat dapat balik (reversibel) kepada sifat aslinya, yaitu kembali mengeras bila di dinginkan. Contoh dari thermoplastic yaitu Poliester, Nylon 66, PP, PTFE, PET, PVC, Polieter sulfon, PES, dan Polieter eterketon (PEEK). 2. Thermoset Thermoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu (irreversibel). Bila sekali pengerasan telah terjadi maka bahan tidak dapat dilunakkan kembali. Pemanasan yang tinggi tidak akan melunakkan termoset melainkan akan membentuk arang dan terurai karena sifatnya yang demikian sering digunakan sebagai tutup ketel, seperti jenis-jenis melamin. Plastik jenis termoset tidak begitu menarik dalam proses daur ulang karena selain sulit penanganannya juga volumenya jauh lebih sedikit (sekitar 10%) dari volume jenis plastik yang bersifat termoplastik. C. Penggolongan polimer berdasarkan kegunaanya. 1. Polimer komersial (commodity polymers). Polimer ini dihasilkan di negara berkembang, harganya murah dan banyak dipakai dalam kehidupan sehari hari. Contoh polimer komersial yaitu : Polietilena massa jenis rendah (LDPE), Polietilena massa jenis

45 23 rendah (HDPE), Polipropilena (PP), dan Poli vinil klorida (PVC), dapat dilihat pada tabel 2.1 Contoh dan kegunaan Polimer Komersial : Tabel 2.1 Contoh dan Kegunaan Polimer Komersial. No Polimer Komersial Kegunaan atau Manfaat 1 Polietilena massa jenis rendah (LDPE) 2 Polietilena massa jenis rendah (HDPE) Lapisan pengemas, isolasi kawat, dan kabel, barang mainan, botol yang lentur, bahan pelapis. Botol, drum, pipa, saluran, lembaran film, isolasi. 3 Polipropilena (PP) Tali, anyaman, karpet, film 4 Poli vinil klorida (PVC) Pipa pralon, isolasi 2. Polimer teknik (engineering polymers). Polimer ini sebagian dihasilkan di Negara berkembang dan sebagian lagi di negara maju. Polimer ini cukup mahal dan canggih dengan sifat mekanik yang unggul dan daya tahan yang lebih baik. Polimer ini banyak dipakai dalam bidang transportasi (mobil, truk, pesawat), bahan bangunan (pipa PVC), barang-barang listrik dan elektronik (mesin bisnis, komputer), mesin mesin industri dan barang barang konsumsi. Contoh : Nylon, polikarbonat, polisulfon, polyester, PVC. 3. Polimer fungsional (functional polymers) Polimer ini dihasilkan dan dikembangkan di negara maju dan dibuat untuk tujuan khusus dengan produksinya dalam skala kecil. Contoh : kevlar, nomex, textura, polimer penghantar arus dan foton, polimer peka cahaya, membran, biopolymer.

46 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Diagram Penelitian Langkah - langkah kerja dalam melakukan penelitian ini meliputi perancangan Kincir (sudu) hingga analisis data dan dinyatakan dalam bentuk gambar diagram alur metode penelitian seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.1 berikut ini : Mulai Perancangan Kincir Angin propeller dengan empat sudu poros horizontal menggunakan mal yang digambar terlebih dulu diatas karton. Pembuatan sudu Kincir Angin berbahan PVC 8 inch dengan diameter 1 m, lebar maksimal 14 cm pada jarak 20 cm dari pusat poros. Pengambilan data untuk mengetahui rpm, kecepatan angin, gaya pengimbang, tegangan, arus dan data pembebanan menggunakan lampu pada saat Kincir Angin berputar. Pengolahan data untuk mencari koefisien daya, daya mekanis, daya elektris dan tip speed ratio pada masing masing variasi kecepatan angin. Menganalisa serta pengolahan data yang sudah di dapat dan pembuatan laporan. Selesai. Gambar 3.1 Diagram alur metode penelitian. 24

47 Perlakuan Metode Penelitian Ada tiga jenis perlakuan metode untuk melakukan penelitian ini, yaitu sebagai berikut : 1. Penelitian Kepustakaan (Library Research) Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur literatur yang berhubungan dengan penulisan tugas akhir ini serta dapat dipertanggung jawabkan kebenarannya. 2. Pembuatan Alat. Pembuatan alat uji Kincir Angin dilakukan di Laboratorium Konversi Energi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Kincir yang sudah jadi dipasang pada wind tunnel dan motor listrik sebagai sumber tenaga untuk memutar fan blower yang menghasilkan tenaga angin untuk memutar kincir. 3. Pengamatan Secara Langsung (Observasi). Metode observasi ini dilakukan dengan mengamati secara langsung terhadap objek yang diteliti yaitu Kincir Angin jenis propeler pada wind tunnel. 3.2 Alat dan Bahan Model Kincir Angin t i p e propeller dengan bahan PVC 8 inch Kincir ini dibuat dengan diameter 1 Meter, lebar maksimum sudu 14 cm, pada jarak 20 cm dari pusat poros. 1. Sudu kincir angin. Ukuran dari sudu kincir menentukan daerah sapuan angin yang menerima energi angin sehingga dapat membuat dudukan sudu atau turbin berputar. Semua sudu memiliki bentuk dan ukuran yang sama, sudu kincir angin yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.2.

48 26 Gambar 3.2 Sudu kincir angin. 2. Dudukan sudu. Dudukan sudu yang merupakan bagian komponen yang berfungsi untuk pemasangan sudu dan juga untuk mengatur kemiringan sudu. Dudukan sudu ini memiliki dua belas buah lubang untuk pemasangan sudu, untuk mengatur sudu kemiringan cukup memutar kemiringan plat dudukan sudu. Posisi plat dudukan dapat disesuaikan dengan kebutuhan yang diperlukan Dudukan sudu dapat dilihat pada Gambar 3.3. Gambar 3.3 Dudukan sudu.

49 27 3. Panel lampu. Panel lampu berfungsi untuk memasang lampu untuk pembebanan Kincir Angin pada saat berputar, dalam pengujian yang dilakukan ini terdapat 18 panel lampu dimana 12 panel lampu sudah disediakan dilab konversi energi Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, dan yang 6 lagi dibuat sendiri karena menggunakan 12 pembebanan dirasa kurang untuk data yang dibutuhkan. Dapat dilihat pada gambar 3.4. Gambar 3.4 Panel lampu. 4. Fan blower. Fan blower berfungsi untuk menghisap udara dan memutar Kincir Angin, fan blower dengan power sebesar 15 Hp. Dapat dilihat pada Gambar 3.5 menunjukan bentuk dari fan blower yang digunakan dalam pengujian.

50 28 Gambar 3.5 Fan blower. 5. Tachometer. Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan putaran poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (rotation perminute). Jenis tachometer yang digunakan adalah digital light tachometer, cara kerjanya cukup sederhana meliputi 3 bagian, yaitu: Sensor, pengolah data dan penampil. Dapat dilihat pada Gambar 3.6 menunjukan bentuk tachometer yang digunakan dalam pengujian.

51 29 Gambar 3.6 Tachometer. 6. Timbangan digital. Timbangan digital digunakan untuk mengetahui beban generator pada saat Kincir Angin berputar. Dapat dilihat pada Gambar 3.7 menunjukan bentuk dari Timbangan digital yang digunakan dalam penelitian. Timbangan digital ini diletakan pada bagian lengan generator. Gambar 3.7 Timbangan digital.

52 30 7. Anemometr. Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan angin yang dihembuskan oleh fan blower, dapat dilihat pada Gambar 3.8 menunjukan bentuk dari anemometer yang digunakan dalam penelitian ini. Gambar 3.8 Anemometer. 8. Voltmeter. Voltmeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur tegangan yang dihasilkan Kincir Angin oleh setiap variasinya. Dapat dilihat pada Gambar Voltmeter seperti ditunjukan oleh Gambar 3.9. Gambar 3.9 Voltmeter.

53 31 9. Amperemeter. Ampermeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur arus yang dihasilkan oleh Kincir Angin dengan setiap variasinya. Gambar Ampermeter seperti ditunjukan oleh Gambar 3.10 Ampermeter. Gambar 3.10 Amperemeter. 10. Pembebanan. Pembebanan yang dilakukan pada Kincir Angin saat berputar menggunakan lampu bermaksud untuk mengetahui performa Kincir Angin. Variasi voltase lampu yang diberikan bermaksud supaya data yang dihasilkan lebih bervariasi. Lampu yang digunakan adalah lampu 100 Watt sebanyak 18 buah, lampu 75 Watt sebanyak 3 buah. Gambar pembebanan lampu seperti ditunjukkan oleh Gambar 3.11 Pembebanan lampu.

54 32 Kincir Angin Input Generator - Output Terminal + - Amperemeter Panel pembebanan - Voltmeter + Gambar 3.11 Skema pembebanan. Gambar 3.12 Rangkaian Pembebanan lampu.

55 Desain Kincir Desain Kincir Angin yang dibuat seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.14, gambar tersebut menunjukan bahwa Kincir Angin yang dibuat dengan panjang diameternya berukuran 1,3 m dengan lebar maksimum sudu 14 cm. Gambar 3.13 Desain Kincir. 3.4 Pembuatan Sudu Kincir Angin Pembuatan sudu Kincir Angin merupakan suatu proses yang dilakukan secara bertahap dan dengan desain kincir atau sket yang sudah dibuat sebelumnya, ukuran, bentuk yang sudah ditentukan, agar pada saat pembuatan sudu dapat langsung diterapkan sebagai mana desain atau sket ditentukan Alat dan Bahan dalam Pembuatan Sudu Dalam pembuatan sudu kincir dilakukan dengan proses bertahap, serta membutuhkan alat dan bahan untuk pebuatan sudu tersebut. Alat dan bahan yang digunakan dapat dilihat dalam Tabel 3.1 :

56 34 Tabel 3.1 Alat dan Bahan dalam Pembuatan Sudu. No ALAT BAHAN 1 Kertas karton 2 Penggaris 3 Spidol 4 Gunting 5 Gerinda Pipa PVC Wapin AW 8 inchi 6 Amplas 7 Bor 8 Timbangan digital 9 Gergaji besi Proses Pembuatan Sudu Proses pembuatan Sudu Kincir Angin dilakukan melalui beberapa tahapan, dalam pembuatan sudu ada tahapan tahapan yang harus dilakukan seperti berikut : 1. Memotong pipa PVC 8 inchi dengan panjang 50 cm. Pipa PVC 8 inchi ini digunakan sebagai bahan utama sudu Kincir Angin, dalam proses pemotongan pipa menggunakan Gerinda, namun diberi jalur terlebih dahulu menggunakan Gergaji besi dan menjadi 8 potong dengan masing masing panjang potongannya 50 cm, karena panjang awal pipa 4 m. Setelah pipa dipotong potong, kemudian pipa dibelah menjadi 3 bagian. Hal ini dilakukan bertujuan untuk memudahkan dalam pembentukan pipa yang akan mengikuti bentuk mal yang terdapat pada karton. Pipa yang digunakan adalah tipe pipa PVC 8 inchi, proses pemotongan pipa dapat dilihat pada gambar 3.15

57 35 Gambar 3.14 Pemotongan pipa. 2. Membentuk cetakan Kertas Karton. Cetakan pada kertas karton mempermudah dalam pembentukan belahan pipa menjadi sebuah sudu Kincir Angin. Cetakan kertas karton ditempelkan pada belahan pipa menggunakan spidol, cetakan kertas karton dapat dilihat pada gambar Gambar 3.15 Cetakan Kertas Karton.

58 36 3. Membentuk Pipa dengan Mal Kertas Karton. Pipa yang sudah ditandai dengan spidol sesuai dengan bentuk mal pada kertas karton, kemudian pipa dibelah menggunakan Gerinda. Dalam proses pembentukan ini dilakukan secara bertahap, belahan dimulai dengan mengikuti garis mal yang sudah ada pada pipa agar mudah dibelah. Proses pembelahan pipa dapat dilihat pada gambar Gambar 3.16 Pembentukan Sudu pada Pipa. 4. Menghaluskan Sudu. Pipa yang telah dibentuk sesuai dengan mal pada kertas karton, lalu pinggiran pipa dihaluskan mengunakan Gerinda dan Amplas. Hal ini

59 37 dilakukan untuk mencapai sebuah presisi ukuran dan estetika dari pipa tersebut. Proses penghalusan ditunjukan pada gambar Gambar 3.17 Menghaluskan Sudu. 5. Finishing Sudu. Pada proses finishing sudu ini meliputi : Pemotongan, Penghalusan dan Pengukuran berat sudu. Pengukuran berat sudu yang bertujuan untuk menyamakan berat semua sudu menjadi 500 gram dengan menggunakan timbangan digital. 6. Pembuatan Lubang Baut Sudu. Pembuatan lubang baut pada sudu dilakukan agar sudu dapat dikaitkan dengan plat L yang menghubungkan sudu pada poros, pembuatan lubang menggunakan Bor dengan diameter lubang baut 10 mm.

60 38 Gambar 3.18 Pembuatan Lubang Baut Sudu. 7. Pemasangan Sudu Kincir Angin Pemasangan sudu kincir angin dilakukan pada dudukan sudu, sebelum sudu dipasang pada dudukannya terlebih dahulu sudu kincir angin dipasang ke plat L terlebih dahulu menggunakan dua baut yang berdiameter 10 mm, setelah pemasangan plat pada sudu kincir angin barulah dipasang pada dudukan sudu. Dapat dilihat pada gambar 3.18.

61 39 Gambar 3.19 Sudu Yang Telah Terpasang. 3.5 Langkah Penelitian Sebelum penelitian dilakukan langkah pertama yang harus dilakukan sebelum pengambilan data penelitian yang dibutuhkan adalah pemosisian Kincir Angin tepat di depan fan blower, pemasangan komponen poros penghubung Kincir Angin dengan system pembebanan lampu yang terdapat dibagian belakang Kincir Angin, proses pengambilan data, Kecepatan Angin, Putaran Poros (rpm), Tegangan, Arus Listrik dan Pembebanan lampu pada Kincir Angin ada beberapa hal yang harus dilakukan adalah sebagai berikut : 1. Pemasanggan Plat L pada Blade atau Sudu. 2. Memasang Blade atau Sudu pada dudukan sudu. 3. Memasang Anemometer pada tiang yang tepat berada di depan Kincir Angin untuk mengukur kecepatan angin. 4. Pemasangan timbangan digital pada lengan generator. 5. Memasang generator pada posisi Kincir Angin.