PERBANDINGAN UNJUK KERJA KINCIR ANGIN BERPOROS HORISONTAL UNTUK TIGA VARIASI BENTUK PENAMPANG SUDU

Transkripsi

1 PERBANDINGAN UNJUK KERJA KINCIR ANGIN BERPOROS HORISONTAL UNTUK TIGA VARIASI BENTUK PENAMPANG SUDU SKRIPSI Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin Diajukan oleh Bagus Danar Kartiko Putro NIM : PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2017

2 THE COMPARATION OF WINDMILL PERFORMANCE FOR THREE VARIATIONS OF BLADE SECTION SKRIPSI Presented as partial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering By Bagus Danar Kartiko Putro Student Number : MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT FACULTY OF SINCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2017 ii

3 PERBANDINGAN UNJUK KERJA KINCIR ANGIN BERPOROS HORISONTAL UNTUK TIGA VARIASI BENTUK PENAMPANG SUDU Disusun oleh BAGUS DANAR KARTIKO PUTRO NIM Telah disetujui oleh Dosen Pembimbing Ir. Rines, M.T. iii

4 PERBANDINGAN UNJUK KERJA KINCIR ANGIN BERPOROS HORISONTAL UNTUK TIGA VARIASI BENTUK PENAMPANG SUDU Yang dipersiapkan dan disusun oleh : NAMA : BAGUS DANAR KARTIKO PUTRO NIM : Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji pada tanggal 31 Oktober 2017 Susunan Dewan Penguji Nama Lengkap Tanda Tangan Ketua : Dr. YB. Lukiyanto. Sekretaris : R.B. Dwiseno Wihadi, ST, M.Si.. Anggota : Ir. Rines, M.T.. Tugas Akhir ini telah deiterima sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Yogyakarta, 9 November 2017 Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D. iv

5 PERNYATAAN KEASLIAN KARYA Dengan ini saya menyatakan bahwa penulisan Skripsi yang disiapkan guna memenuhi syarat untuk memperoleh gelar sarjana ini tidak terdapat karya lain yang pernah diajukan dan dibuat dengan judul yang sama oleh perguruan tinggi manapun, kecuali saya mengutip dari buku atau sumber lain yang tertera pada daftar pustaka. Dengan demikian, hasil yang dibuat ini merupakan karya asli saya sendiri sebagai penulis. Yogyakarta, 9 November 2017 Bagus Danar Kartiko Putro v

6 LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Yang bertandatangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : BAGUS DANAR KARTIKO PUTRO Nomor Mahasiswa : Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma, karya ilmiah dengan judul : PERBANDINGAN UNJUK KERJA KINCIR ANGIN BERPOROS HORISONTAL UNTUK TIGA VARIASI BENTUK PENAMPANG SUDU Dengan demikian, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengolahnya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas dan mempublikasikannya di internet maupun media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta izin dari saya maupun royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal 9 November 2017 Yang menyatakan Bagus Danar Kartiko Putro vi

7 INTISARI Energi merupakan kebutuhan pokok manusia. Angin merupakan salah satu sumber energi yang ramah lingkungan dan jumlahnya tidak terbatas. Cara memanfaatkannya adalah dengan menggunakan kincir angin. Maksimal atau tidaknya pemanfaatan energi angin tergantung pada desain sudu pada kincir angin. Penelitian ini menggunakan medel kincir angin tiga sudu bersumbu horisontal dengan diameter rotor total 80 cm yang diuji di depan blower dengan kecepatan angin 7 m/s. Terdapat tiga variasi bentuk penampang sudu yang diuji, yaitu datar, silindris dan airfoil NACA Data yang peroleh berupa nilai torsi dan putaran poros kincir angin. Setelah melakukan perhitungan, diperoleh besarnya daya masukan dan keluaran kincir, koefisien daya dan tip speed ratio. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa sudu berpenampang silindris menghasilkan koefisien daya maksimal 41 % pada tip speed ratio 4,05 dan keluaran daya 41,7 watt yang merupakan model kincir angin dengan karakteristik terbaik dibandingkan dengan model kincir angin yang lainnya. Kata kunci : koefisien daya, tip speed ratio, airfoil NACA 2412 vii

8 ABSTRACT Energy is basic necessities of life. Wind is one of environmentally clear and unlimited energy source. The way to use wind energy is by using a windmill. The maximum usage of wind energy depends on the design of the blade. This research analyzed a model of three blades horizontal axis windmill (80 cm of total rotor diameter) and it installed in front of blower with 7 m/s of wind velocity. There are three variations of blade section, they are flat, cylindrical and airfoil NACA The data that obtained are the torque and the rotation of the windmill shaft. After doing the calculation, the amount of input and output power of windmill, coefficient of power and tip speed ratio are obtained. The results of this research indicate that the cylindrical section blade yields the maximum coefficient of power and the largest power output 41% on the speed ratio of 4,05 and 41,7 watt (it is bigger than the other variation). Keyword : coefficient of power, tip speed ratio, airfoil NACA 2412 viii

9 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan kemudahan, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi. Skripsi ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi oleh penulis guna memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Terdapat banyak hambatan yang didapat oleh penulis selama proses pengerjaan skripsi ini. Namun, oleh karena pertolongan Tuhan Yang Maha Esa melalui dukungan dari beberapa pihak,maka penulis mampu mengerjakan skripsi ini dengan baik. 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 dan sebagai Dosen Pembimbing Akademik. 2. Ir. P.K. Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 3. Ir. Rines, M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir dan Kepala Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma. 4. Doddy Purwadianto, S.T., M.T. selaku Kepala Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma. 5. Seluruh dosen, staf dan kariawan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta selaku pihak yang memberi bantuan dan pelayanan selama penulis menempuh perkuliahan di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 6. Sapto Hari Segi dan Artsanti Noegraheni sebagai orangtua penulis serta Dian Permana Putri Ambarsari sebagai adik kandung penulis. 7. Reza Perdana Abadi, Eka Poetra Wahab, Franciskus Solanus Pentor, Leonhard Setiawan serta teman-teman prodi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta lainya yang telah membantu penulis saat mengerjakan skripsi. 8. Teman-teman Persekutuan Mahasiswa Kristen yang telah memberi dukungan doa serta motifasi kepada penulis. ix

10 Penulis menyadari bahwa skripsi ini tidaklah sempurna karena adanya keterbatasan penulis. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun. Penulis berharap, skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Yogyakarta, 9 November 2017 Penulis x

11 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i TITLE PAGE... ii HALAMAN PENGESAHAN... iii DAFTAR DEWAN PENGUJI... vi PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR... v LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS... vi INTISARI... vii ABSTRACT... viii KATA PENGANTAR... ix DAFTAR ISI... xi DAFTAR GAMBAR... xv DAFTAR TABEL... xviii DAFTAR SIMBOL... xix BAB I PENDAHULUAN... 1 Latar Belakang... 1 Rumusan Masalah... 2 Tujuan Penelitian... 2 xi

12 Batasan Masalah... 2 Manfaat Penelitian... 3 BAB II DASAR TEORI Angin Prinsip Kincir Angin Bagian-bagian Kincir Angin Jenis Kincir Angin Kincir Angin Berporos Horisontal Kincir Angin Berporos Vertikal Gaya Dorong Angin Pada Rotor Kincir Angin Metode Drag Metode Aerodinamik Penampang Airfoil NACA Daya Angin Daya Kincir Angin Torsi Bet z Limit Koefisien Daya Tip Speed Ratio BAB III METODE PENELITIAN xii

13 3.1 Diagram Alir Bahan dan Alat Penelitian Bahan Alat Desain Sudu Kincir Angin Proses Pembuatan Sudu Kincir Angin Cara Kerja dan Desain Alat Pengerem Poros Kincir Angin Rangkaian Keseluruhan Alat Langkah Pengambilan Data Pengolahan Data BAB IV PERHINGAN DAN PEMBAHASAN Data Hasil Penelitian Pengolahan Data dan Perhitungan Menghitung Kecepatan Sudut Kincir Angin Menghitung Beban Torsi Menghitung Daya Angin Menghitung Daya Kincir Angin Menghitung Tip Speed Ratio Menghitung Koefisien Daya Data Hasil Perhitungan xiii

14 4.4 Grafik Hasil Perhitungan Grafik Hubungan Antara Kecepatan Putar rotor dengan Torsi Kincir Angin Berporos Horisontal Tiga Sudu Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya dengan Tip Speed Ratio Kincir Angin Berporos Horsintal Tiga Sudu Pembahasan BAB V KESIMPULAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN Lampiran 1. Gambar hub dan sudu berpenampang datar Lampiran 2. Gambar hub dan sudu berpenampang silindris Lampiran 3. Gambar hub dan sudu berpenampang airfoil Lampiran 4. Gambar keterangan besar sudut pitch pada variasi sudu berpenampang airfoil xiv

15 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Bagian-bagian kincir angin... 5 Gambar 2.2 Skema konfigurasi kincir angin berporos vertikal dan berpros horisontal... 5 Gambar 2.3 Kincir angin tipe American Multi Blade... 6 Gambar 2.4 Kincir angin tipe Dutch four arm... 7 Gambar 2.5 Kincir angin tipe propeler... 7 Gambar 2.6 Kincir angin tipe Savonius... 8 Gambar 2.7 Kincir angin tipe Darius... 9 Gambar 2.8 Kincir angin tipe H-rotor (Giromill)... 9 Gambar 2.9 Skema metode drag pada kincir angin tipe Savonuis Gambar 2.10 Penampang airfoil Gambar 2.11 Skema perbedaan kecepatan angin dan perbedaan tekanan udara pada penampang airfoil Gambar 2.12 Istilah pada penampang airfoil Gambar 2.13 Skema volume angin yang diterima kincir angin berporos horisontal Gambar 2.14 Grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio untuk beberapa jenis kincir angin Gambar 3.1 Diagram alir percobaan Gambar 3.2 Tampak samping alat pengerem poros Gambar 3.3 Neraca pegas Gambar 3.4 Anemometer xv

16 Gambar 3.5 Tachometer Gambar 3.6 Blower Gambar 3.7 Dimensi sudu kincir bentuk penampang datar Gambar 3.8 Dimensi sudu kincir bentuk penampang silindris Gambar 3.9 Dimensi sudu kincir bentuk penampang airfoil Gambar 3.10 Hasil pemotongan kayu lapis Gambar 3.11 Pembentukan sudut pada lempengan logam Gambar 3.12 Proses pembentukkan sudut dan perekatan potongan kayu lapis Gambar 3.13 Sudu kincir angin dengan bentuk penampang datar Gambar 3.14 Rangka airfoil Gambar 3.15 Rangka airfoil yang dilapisi plastisin Gambar 3.16 Pembuatan cetakan Gambar 3.17 Cetakan sudu Gambar 3.18 Skema alat pengerem poros kincir angin Gambar 3.19 Tampak depan alat pengerem poros kincir angin Gambar 3.20 Rangkaian alat percobaan Gambar 4.1 Grafik hubungan antara kecepatan putar rotor dengan torsi kincir angin berporos horizontal tiga sudu Gambar 4.2 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan Tip Speed Ratio kincir angin berporos horizontal dengan bentuk penampang sudu datar xvi

17 Gambar 4.3 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan Tip Speed Ratio kincir angin berporos horizontal dengan bentuk penampang sudu silindris Gambar 4.4 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan Tip Speed Ratio kincir angin berporos horizontal dengan bentuk penampang sudu airfoil Gambar 4.5 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan Tip Speed Ratio kincir angin berporos horisontal untuk tiga variasi bentuk penampang sudu xvii

18 DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Data percobaan kincir angin dengan sudu berpenampang datar pada kecepatan angin 7 m/s Tabel 4.2 Data percobaan kincir angin dengan sudu berpenampang silindris pada kecepatan angin 7 m/s Tabel 4.3 Data percobaan kincir angin dengan sudu berpenampang airfoil pada kecepatan angin 7 m/s Tabel 4.4 Hasil perhitungan data kincir angin berporos horisontal tiga sudu dengan bentuk penampang sudu datar pada kecepatan angin 7 m/s Tabel 4.5 Hasil perhitungan data kincir angin berporos horisontal tiga sudu dengan bentuk penampang sudu silindris pada kecepatan angin 7 m/s Tabel 4.6 Hasil perhitungan data kincir angin berporos horisontal t iga sudu dengan bentuk penampang sudu airfoil pada kecepatan angin 7 m/s xviii

19 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Satuan x Jarak m t Waktu s A Luas Penampang m 2 V Volume m 3 ρ Massa jenis kg/m 3 vₐ Kecepatan angin m/s v Kecepatan linier ujung sudu m/s F Gaya pengimbang N T Torsi Nm ω Kecepatan sudut rad/s n Kecepatan putaran poros kincir rpm λ Tip Speed Ratio (TSR) - Ek Energi kinetik watt Pin Daya masukan watt Pout Daya keluaran watt Cp Koefisien daya % xix

20 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Energi merupakan salah satu kebutuhan pokok manusia di seluruh dunia. Kebutuhan akan energi di Indonesia ataupun di seluruh dunia terus meningkat. Peningkatan akan kebutuhan energi disebabkan karena semakin banyak jumlah barang elektronik yang dibutuhkan manusia. Selain itu, bertambahnya jumlah penduduk juga mempengaruhi banyaknya energi yang dibutuhkan. Energi yang digunakan pada umumnya masih menggunakan fosil sebagai sumber utama. Fosil merupakan salah satu bahan untuk mengahsilkan energi dengan jumlah yang terbatas. Selain itu, hasil dari pembakaran fosil juga dinilai kurang ramah lingkungan. Oleh karena itu, banyak negara berusaha mencari dan mengembangkan sumber energi yang jumlahnya tidak terbatas dan ramah lingkungan. Energi terbarukan merupakan salah satu alternatif untuk menghasilkan energi dengan jumlah yang tidak terbatas dan ramah lingkungan. Salah satu dari energi terbarukan adalah energi angin. WWEA (World Wind Energy Association) menyatakan hingga tahun 2007, seluruh turbin angin di dunia menghasilkan energi sebesar 93,85 Gigawatt atau lebih dari satu persen dari sumber energi listrik secara global (sumber : Dilihat dari letak geografisnya, Indonesia merupakan negara dengan potensi energi angin yang cukup baik. Tetapi, Indonesia masih belum dapat memanfaatkan energi angin secara maksimal. Hingga tahun 2004, Indonesia hanya menghasilkan 0,5 megawatt dari 9,3 Gigawatt potensi pemanfaatan energi angin (sumber : 1

21 2 Salah satu cara untuk memanfaatkan energi angin adalah dengan membuat kincir angin. Dalam pembuatan kincir angin, salah satu faktor yang menentukan maksimal atau tidaknya pemanfaatan energi angin yang ada yaitu dengan merancang sudu atau bilah (blade) pada kincir angin sebaik mungkin. Cara untuk mengetahui desain sudu kincir yang tepat adalah dengan melakukan percobaan. 1.2 Rumusan masalah Rumusan masalah yang digunakan pada penelitian ini adalah mengetahui seberapa besar koefisien daya yang dihasilkan oleh masing-masing model rotor kincir angin dengan tiga variasi bentuk penampang sudu. 1.3 Tujuan Penelitian Berikut tujuan dilakukannya penelitian : 1. Membuat model kincir angin berporos horizontal tiga sudu dengan tiga variasi bentuk penampang sudu. 2. Mengetahui koefisien daya maksimal dan tip speed ratio kaitannya dari masing-masing bentuk penampang sudu pada kincir angin berporos horizontal. 3. Mengetahui nilai daya mekanis terbesar dari tiga variasi bentuk penampang sudu yang dihasilkan kincir angin berporos horizontal pada kecepatan angin 7 m/s. 1.4 Batasan Masalah Batasan yang terdapat pada penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Kincir angin yang diteliti berporos horizontal tiga sudu. 2. Terdapat tiga variasi bentuk penampang sudu dengan ketentuan sebagai berikut: a. Sudu berpenampang airfoil NACA 2412 yang dibuat dari serat kaca (fiberglass), b. Sudu berpenampang silindris berbahan pipa PVC dengan diameter 4 inch, dan

22 3 c. Sudu berpenampang datar yang terbuat dari kayu lapis dengan tebal 6 milimeter. 3. Masing-masing variasi sudu akan diuji dengan kecepatan angin rata-rata 7 m/s. 4. Menggunakan blower 15 HP 1450 rpm untuk merekayasa sumber energi angin. 5. Diameter rotor total kincir angin yang akan diteliti berskala laboratorium, yaitu 80 cm. 6. Pembebanan diberikan dengan menggunakan cara pengereman pada poros kincir angin. 7. Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Teknik Mesin Konversi Energi Universitas Sanata Dharma. 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat yang didapat dari penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Memberi informasi mengenai unjuk kerja kincir angin dengan desain sudu berpenampang datar, silindris dan airfoil. 2. Turut serta dalam perkembangan teknologi dalam pemanfaatan energi terbarukan, khususnya energi angin.

23 BAB II DASAR TEORI 2.1 Angin Angin merupakan udara yang bergerak akibat adanya perbedaan tekanan diantara dua daerah atau kawasan. Pada siang hari, sinar matahari akan memanaskan permukaan bumi. Karena permukaan bumi tidak rata, maka akan terjadi perbedaan pemanasan oleh sinar matahari yang mengakibatkan suatu daerah akan lebih cepat panas dibandingkan dengan daerah yang lain. Pada saat memanas, udara pada daerah tersebut akan memuai dan menjadi ringan. Setelah udara menjadi ringan, udara akan bergerak naik meninggalkan permukaan bumi dan terjadilah kekosongan tekanan. Kemudian, udara dari daerah lain yang memiliki tekanan lebih tinggi akan bergerak menuju ke tempat yang mengalami penurunan tekanan. 2.2 Prinsip Kerja Kincir Angin Kincir angin atau sering disebut turbin angin merupakan alat yang digunakan untuk mengubah energi angin menjadi bentuk energi yang lain, seperti energi listrik. Prinsip kerja kincir angin adalah menangkap energi angin dan diubah menjadi gerakkan berputar atau torsi. Torsi inilah yang dapat menggerakkan generator sebagai penghasil energi listrik. 2.3 Bagian-bagian Kincir Angin Pada kincir angin, baik bersumbu vertikal maupun horisontal, memiliki beberapa bagian penting. bagian penting tersebut meliputi sudu atau bilah kincir yang berfungsi sebagai penangkap energi angin, hub sebagai penghubung tiap sudu dan menyalurkan energi angin dari sudu ke poros, dan yang terakhir adalah poros. Gambar 2.1 menjelaskan bagian-bagian dari kincir angin berporos horisontal dan vertikal secara umum: 4

24 5 (a) (b) Gambar 2.1 Bagian-bagian kincir angin (a) berporos horisontal dan (b) vertikal 2.4 Jenis Kincir Angin Pada umumnya, turbin angin dibagi menjadi dua jenis berdasarkan konfigurasi sumbunya, yaitu turbin angin berporos horisontal [Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT)] dan turbin angin berporos vertikal [Vertical Axis Wind Turbine (VAWT)]. Turbin angin berporos horisontal adalah kincir atau turbin angin yang memiliki sumbu horisontal, sedangkan turbin angin berporos vertikal merupakan kincir atau turbin angin bersumbu vertikal. Konfigurasi dari kedua jenis turbin angin tersebut nampak pada Gambar 2.2. (a) (b) Gambar 2.2 Skema konfigurasi kincir angin (a) berporos vertikal dan (b) berpros horisontal

25 Kincir Angin Berporos Horisontal Terdapat beberapa jenis kincir atau turbin angin berporos horisontal, yaitu : 1. Tipe American Multi Blade Kincir angin bertipe American multi blade, seperti pada Gambar 2.3, merupakan kincir angin yang memiliki sudu berjumlah lebih dari tiga. Kincir angin tipe ini memiliki soliditas yang besar. Pada umumnya, kincir angin American multi blade digunakan untuk keperluan di bidang pertanian, seperti memopa air, menggiling biji-bijian dan lain-lain Gambar 2.3 Kincir angin tipe American Multi Blade (Sumber : 2. Tipe Dutch Four Arm Kincir angin Dutch four arm, seperti pada Gambar 2.4, merupakan kincir angin empat sudu. Kincir angin tipe ini banyak digunakan di negara Belanda yang memiliki lahan lebih rendah daripada permukaan laut. Kincir angin Dutch four arm digunakan untuk mengeringkan suatu lahan dengan cara memompa air tanah keluar dari suatu lahan yang akan digunakan untuk suatu keperluan. Selain mengeringkan lahan, kincir angin tipe ini juga digunakan untuk menggiling padi dan biji-bijian lainnya.

26 7 Gambar 2.4 Kincir angin tipe Dutch four arm (Sumber : 3. Tipe Propeler Kincir angin propeler, seperti yang nampak pada Gambar 2.5, memiliki jumlah sudu sebanyak satu sampai tiga sudu. Kincir angin tipe ini paling sering digunakan sebagai sarana pembangkit listrik bertenaga angin karena memiliki karakteristik yang unggul. Gambar 2.5 Kincir angin tipe propeler (Sumber :

27 Kincir Angin Berporos Vertikal Berikut beberapa tipe kincir angin berporos vertikal : 1. Tipe Savonius Kincir angin Savonius (Gambar 2.6) pertama kali ditemukan dan diciptakan oleh seorang sarjana Finlandia S.J. Savonius pada tahun Namun, kincir angin tipe ini pertama kali diaplikasikan untuk komersial pada tahun Kincir angin Savonius memanfaatkan gaya dorong angin untuk memutar rotor. Koefisien daya yang dimiliki kincir angin Savonius hanya 25%, sehingga lebih cocok digunakan untuk aplikasi daya rendah. Gambar 2.6 Kincir angin tipe Savonius (Sumber : 2. Tipe Darrieus Kincir angin tipe Darrieus (Gambar 2.7) diciptakan oleh seorang insinyur Perancis bernama George Jeaans Maria Darrieus pada tahun Kincir angin ini memiliki bentuk sudu yang disusun simetris dengan poros. Bentuk sudu yang dimiliki kincir angin tipe darius sangat efektif untuk menangkap angin dari berbagai arah. Kincir angin Darrieus memanfaakan gaya angkat angin saat berhembus.

28 9 Gambar 2.7 Kincir angin tipe Darius (Sumber : ) 3. Tipe H-rotor (Giromill) Kincir angin tipe H-rotor (Gambar 2.8) ini merupakan hasil penelitian insinyur berkebangsaan Inggris pada tahun an. Gambar 2.8 Kincir angin tipe H-rotor (Giromill) (Sumber :

29 Gaya Dorong Angin Pada Rotor Kincir Angin Angin dapat memberikan gaya dorong yang dimanfaatkan untuk memutar rotor pada kincir angin. Bentuk sudu kincir (blade) mempengaruhi jumlah gaya dorong yang diterima rotor yang berdampak pada seberapa besar efesiensi mekanis maksimum yang dihasilkan rotor. Dalam mendesain kincir angin, terdapat dua metode dorongan yang diterapkan, yaitu metode drag (geser) dan metode aerodinamik Metode Drag Metode drag (geser) merupakan metode yang mengutamakan pemanfaatan gaya drag (gaya geser) untuk memutar rotor. Pada umumnya, metode ini lebih sering diterapkan pada kincir angin berporos vertikal, terutama tipe Savonius. Kincir angin vertikal ini memiliki tingkat efisiensi yang lebih rendah dibanding dengan kincir angin berporos horisontal. Hal tersebut disebabkan karena terdapat sudu kincir yang mengahadap dan membelakangi arah angin dalam satu poros seperti yang nampak pada Gambar 2.9. Saat berhembus, angin akan menerpa semua sudu kincir tersebut, baik yang menghadap maupun membelakangi arah angin. Sudu kincir yang membelakangi arah angin inilah yang akan menghambat gaya drag yang bekerja pada sudu yang menghadap arah angin. Gambar 2.9 Skema metode drag pada kincir angin tipe Savonuis

30 Metode Aerodinamik Terdapat metode lain, yaitu metode aorodinamik yang identik dengan penampang airfoil (Gambar 2.10). Penampang airfoil adalah suatu bentuk melintang dari suatu benda (sayap pesawat atau sudu kincir angin) yang dapat menimbulkan gaya angkat atau efek aerodinamika ketika penampang airfoil tersebut dilewati aliran udara (angin). Metode ini diterapkan pada kincir angin berporos horisontal dan vertikal. Khusus kincir angin bersumbu vertikal, metode ini diterapkan pada tipe Darrieus dan Giromill. Gambar 2.10 Penampang airfoil Penampang airfoil memiliki bentuk lekuk permukaan atas dan bawah yang berbeda. Tujuannya adalah untuk membuat kecepatan angin yang melalui permukaan atas pada penampang airfoil lebih besar dibanding dengan permukaan bawah (Gambar 2.11 (a)). Berdasarkan perinsip Bernoulli, tekanan udara pada permukaan atas penampang airfoil menjadi lebih kecil dibanding pada permukaan bawah. Sementara itu, udara akan bergerak dari permukaan bawah (tekanan tinggi) penampang airfoil menuju permukaan atas (tekanan rendah) dan terjadilah gaya angkat (Gambar 2.11 (b)). 2.6 Penampang Airfoil NACA Pada Gambar 2.12 menunjukkan beberapa istilah pada penampang airfoil yang akan memberi petunjuk dalam rancangannya, seperti : 1. Mean Camber line Mean camber line merupakan garis yang tergambar tepat ditengah antara lekuk permukaan atas dan bawah pada penampang airfoil

31 12 2. Chord Line Chord line atau sering disebut chord merupakan garis lurus yang mehubungkan leading edge dan trailing edge. 3. Leading Edge dan Trailing Edge Leading edge merupakan permukaan depan pada penampang airfoil, sedangkan trailing edge adalah ujung belakang dari penampang airfoil. 4. Camber Camber adalah jarak antara mean camber line dan chord line. Jarak tersebut terukur tekgak lurus terhadap chord line. 5. Thickness Thickness adalah ketebalan penampang airfoil. 6. Angle of Attack Angle of attack didefinisikan sebagai sudut antara chord line dan arah angin relatif. (a) (b) Gambar 2.11 Skema (a) perbedaan kecepatan angin dan (b) perbedaan tekanan udara pada penampang airfoil

32 13 Gambar 2.12 Istilah pada penampang airfoil (Sumber : Pada airfoil jenis NACA, pemberian nama penampang airfoil menggunakan angka. Misalnya pada NACA 2412, menunjukkan bahwa penampang airfoil tersebut memiliki camber maksimum 2% dari panjang total chord line yang terhitung 4/10 panjang chord line dari leading edge dan tebal maksimum 12% dari panjang chord line. 2.7 Daya Angin Energi bersifat kekal atau tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan. Ketika udara bergerak, akan tercipta sebuah energi gerak atau energi kinetik. hal ini disebabkan karena udara memiliki massa dan kecepatan saat bergerak. Energi yang dihasilkan oleh udara yang bergerak dapat dirumuskan sebagai berikut : E k = 1 2 mvₐ2, (2.1) dengan m adalah massa dan v a merupakan kecepatan angin. Mengingat m = Vρ, maka Persamaan (2.1) menjadi : E k = 1 2 Vρvₐ2, (2.2)

33 14 dengan ρ sebagai massa jenis udara dan V sebagai volume angin yang tertampung. Gambar 2.13 Skema volume angin yang diterima kincir angin berporos horisontal Gambar 2.13 merupakan estimasi dari volume angin yang didapat oleh kincir angin berporos horisontal. Dengan luasan (A) merupakan luas keseluruhan rotor kincir angin dan x sebagai jarak angin yang ditangkap kincir angin. Berdasarkan estimasi diatas, dapat dirumuskan : V = Ax jika x = vₐt, maka V = Avₐt (2.3) Dari Persamaan (2.2) dan (2.3) didapat Persamaan sebagai berikut : Ek = 1 2 ρavₐ3 t, (2.4) dengan ρ sebagai massa jenis udara dan t sebagai waktu. Dari Persamaan (2.4) diperoleh daya (P in ) : Pin = Ek t = 1 2 ρavₐ3, (2.5)

34 Daya Kincir Angin Dalam penelitian ini, penulis hanya mencari besarnya daya keluaran mekanis kincir. Berikut rumus untuk menghitung daya keluaran yang dihasilkan kincir angin: Pout = Tω (2.6) dengan T merupakan torsi dinamis (Nm) dan sebagai kecepatan sudut (rad/s). Adapun menghitung kecepatan sudu, dapat mengunakan rumus : = n 2π 60 rad s (2.7) maka, besarnya daya mekanis yang dihasilkan oleh kincir angin dapat dirumuskan: Pout = Tn 2π 60 (watt) (2.8) 2.9 Torsi Torsi merupakan momen putar yang dihasilkan oleh gaya dorong yang digunakan untuk memutar poros. Untuk menghitung besarnya torsi, dapat menggunakan rumus: T = F r ( Nm ) (2.9) dengan r merupakan panjang lengan yang mendapatkan momen putar (m) 2.10 Bet z Limit Bet z limit ditemukan oleh seorang fisikawan Jerman bernama Albert Betz pada tahun Bet z limit menunjukkan besarnya daya maksimal angin yang dapat dikonversi menjadi daya mekanik pada beberapa tipe kincir angin. Albert Betz juga mengatakan bahwa tidak ada kincir angin yang dapat menangkap lebih dari 16 (59,3 %) energi angin secara total. Angka tersebut sekarang dikenal sebagai 27 koefisien Bet z. Batasan daya maksimal kincir angin berporos horizontal (propeller) nampak pada Gambar 2.14 berupa garis putus-putus.

35 16 Gambar 2.14 Grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio untuk beberapa jenis kincir angin (sumber : Koefisien Daya Koefisien daya (C p ) merupakan perbandingan antara daya keluaran kincir (P out ) dengan daya yang tersedia oleh angin (P in ). Koefisien daya dirumuskan : 2.12 Tip Speed Ratio C p = Pout Pin x 100% (2.10) Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan linier ujung sudu pada kincir angin (blade tip speed) dengan kecepatan angin. Kecepatan ujung sudu pada kincir angin dapat dirumuskan :

36 17 v = ωr (2.11) λ = ωr vₐ (2.12) λ = πrn vₐ (2.13) dengan r adalah jari-jari rotor dan n adalah jumlah putaran rotor tiap menit.

37 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian Langkah kerja dalam melakukan penelitian ini tersaji dalam Gambar 3.1. Mulai Perancangan sudu kincir angin Persiapan bahan Pembuatan sudu kincir angin Tidak Perakitan kincir angin Uji coba kincir angin dengan pembebanan Kincir bekerja sesuai kriteria Ya Pengambilan data Pengolahan data Analisa data Selesai Gambar 3.1 Diagram alir percobaan 18

38 Bahan dan Alat Dalam melaksanakan penelitian, diperlukan beberapa bahan dan alat Bahan Bahan yang dibutuhkan untuk melakukan penelitian : 1. Pipa PVC Pipa PVC yang digunakan berdiameter 4 inch sebagai sudu kincir angin dengan bentuk penampang silindris. 2. Papan kayu lapis Dalam penelitian ini, terdapat dua variasi ketebalan papan kayu lapis yang digunakan, yaitu 3, 6 dan 12 milimeter. Papan kayu lapis tebal 3 milimeter digunakan untuk membuat cetakan pada sudu bentuk penampang airfoil, kayu lapis tebal 6 milimeter untuk membuat sudu kincir angin dengan bentuk penampang datar, sedangkan kayu lapis tebal 12 milimeter digunakan untuk membuat hub kincir angin. 3. Kertas HVS Kertas HVS digunakan untuk membuat sketsa sudu berpenampang silindris. 4. Serat kaca Serat kaca (fiberglass) sebagai bahan untuk membuat sudu kincir angin dengan bentuk penampang airfoil. 5. Resin epoksi Resin epoksi digunakan sebagai pengisi (filler) dan pengeras serta pengikat serat kaca. 6. Baut metric Baut metric yang digunakan berdiameter 0.5 sentimeter. Baut matric ini digunakan untuk mengaitkan beberapa komponen saat melakukan percobaan. 7. Plat besi Plat besi berfungsi sebagai rangka penguat pada masing-masing variasi sudu saat melakukan percobaan.

39 20 8. Malam Malam (plastisin) digunakan untuk membuat cetakan sudu berpenampang airfoil berbahan serat kaca. 9. Aluminium foil Aluminiumfoil berfungsi sebagai lapisan saat mencetak sudu berpenampang airfoil. 10. Lem kayu Lem kayu digunakan untuk merekatkan papan kayu lapis saat membuat sudu berpenampang datar. 11. Cat semprot Cat semprot digunakan untuk menutupi permukaan sudu berpenampang airfoil. 12. Amplas Amplas digunakan untuk memperhalus permukaan sudu Alat Berikut alat yang digunakan dalam melaksanakan penelitian : 1. Alat pengerem poros kincir angin Alat pengereman seperti yang nampak pada Gambar 3.2 berfungsi untuk mengukur torsi mekanis yang dihasilkan kincir angin yang diuji. Alat ini terdiri atas piringan besi dengan tebal 5 mm dengan diameter 15 cm dan karet seperti kampas rem pada kendaraan untuk menahan laju putaran piringan. 2. Neraca pegas Neraca pegas yang ditunjjukan Gambar 3.3 memiliki fungsi yang sama seperti timbangan, yaitu untuk menghitung beban yang dihasilkan saat alat pengereman bekerja. 3. Anemometer Anemometer seperti yang nampak pada Gambar 3.4 digunakan untuk mengukur kecepatan angin pada saat melakukan penelitian.

40 21 Gambar 3.2 Tampak samping alat pengerem poros Gambar 3.3 Neraca pegas Gambar 3.4 Anemometer

41 22 4. Tachometer Tachometer seperti yang nampak pada Gambar 3.5 digunakan untuk mendapatkan nilai putaran poros kincir angin saat dilakukan penelitian. 5. Blower Blower seperti yang nampak pada Gambar 3.6 berfungsi untuk merekayasa sumber energi angin untuk membuat kincir angin bekerja seperti yang seharusnya Gambar 3.5 Tachometer Gambar 3.6 Blower 3.3 Desain Sudu Kincir Angin Bentuk penampang sudu yang dipilih pada penelitian ini terbagi menjadi tiga variasi, yaitu bentuk penampang silindris, datar dan airfoil. Berikut desain masing-masing bentuk penampang sudu yang dipilih :

42 23 1. Sudu bentuk penampang datar Gambar 3.7 menunjukkan dimensi sudu berpenampang datar dalam satuan sentimeter Gambar 3.7 Dimensi sudu kincir bentuk penampang datar 2. Sudu bentuk penampang silindris Gambar 3.8 menunjukkan dimensi sudu berpenampang silindris dalam satuan sentimeter Gambar 3.8 Dimensi sudu kincir bentuk penampang silindris 3. Sudu bentuk penampang airfoil Gambar 3.9 menunjukkan dimensi sudu berpenampang airfoil dalam satuan sentimeter Gambar 3.9 Dimensi sudu kincir bentuk penampang airfoil 3.4 Proses Pembuatan Sudu Kincir Angin Berikut merupakan langkah langkah dalam pembuatan sudu setiap variasi bentuk penampang :

43 24 1. Sudu bentuk penampang datar Berikut langkah pembuatan sudu berpenampang datar : a. Memotong kayu lapis dengan tebal 6 mm seperti Gambar 3.10 kemudian haluskan menggunakan amplas. b. Membentuk lekukan sebesar 148 o pada lempengan seng atau logam seperti yang nampak pada Gambar c. meletakkan potongan kayu lapis tepat di atas lempengan logam yang sudah dibengkokkan dan beri penjepit. Kemudian, rekatkan kedua potongan kayu lapis menggunakan lem kayu, seperti yang nampak pada Gambar d. Memasang rangka aluminium ke sudu, seperti yang nampak pada Gambar Gambar 3.10 Hasil pemotongan kayu lapis Gambar 3.11 Pembentukan sudut pada lempengan logam

44 25 2. Sudu bentuk penampang silindris Berikut langkah pembuatan sudu berpenampang silidris : a. Menggambar sketsa bentuk sudu pada kertas HVS kemudian potong sesuai sketsa yang dibuat. b. Meletakkan dan lekatkan potongan kertas tersebut ke permukaan pipa PVC berukuran 4 inch menggunakan lem kertas. c. Memotong pipa PVC tersebut sesuai dengan potongan sketsa. direkatkan dengan menggunakan lem kayu Gambar 3.12 Proses pembentukkan sudut dan perekatan potongan kayu lapis ` Gambar 3.13 Sudu kincir angin dengan bentuk penampang datar 3. Sudu bentuk penampang airfoil Berikut langkah pembuatan sudu berpenampang airfoil : a. Menggambar sketsa penampang airfoil NACA 2412.

45 26 b. Menempelkan sketsa penampang airfoil pada kayu lapis dengan tebal 3mm. c. Memotong kayu lapis tersebut sesuai sketsa penampang airfoil. d. Menyusun potongan kayu lapis pada lempengan aluminium kemudian rekatkan menggunakan lem, seperti yang nampak pada Gambar Gambar 3.14 Rangka airfoil e. Membalut rangka airfoil menggunakan plastisin, seperti yang nampak pada Gambar f. Meletakkan serat kaca pada sisi kanan rangka airfoil yang sudah dibalut plastisin, kemudian menuangkan resin untuk membuat cetakan sudu seperti pada Gambar g. Menunggu hingga resin mengering. Bentuk cetakan sudu yang sudah jadi, nampak pada Gambar Gambar 3.15 Rangka airfoil yang dilapisi plastisin

46 27 Gambar 3.16 Pembuatan cetakan Gambar 3.17 Cetakan sudu h. Mengulangi proses pembuatan cetakan sudu untuk sisi kiri rangka airfoil. i. Setelah resin kering, saatnya melapisi bagian dalam pada kedua cetakan sudu menggunakan alimunium foil. j. Mengisi bagian dalam pada kedua cetakan sudu yang sudah dilapisi aluminium foil dengan tumpukan serat kaca, kemudian tuangkan resin. k. Menunggu hingga resin berubah menjadi gel. l. Seletah resin berubah menjadi gel, saatnya menyatukan sisi kanan dan kiri cetakan sudu. dan tunggu hingga resin benar-benar kering. m. Membuka cetakan sudu. n. Melakukan proses finishing (dihaluskan menggunakan amplas dan dicat) pada sudu. Sudu berpenampang airfoil yang sudah melalui proses finishing.

47 Cara Kerja dan Desain Alat Pengerem Poros Kincir Angin Alat pengerem poros kincir angin yang nampak pada Gambar 3.18 dan Gamabr 3.19 didesain memiliki dua tuas yang berfungsi sebagai aktuator untuk menggerakkan kampas rem dari dua sisi yang sejajar dan berlawanan arah untuk menekan cakram yang terhubung secara langsung dengan poros kincir angin, sehingga terjadi pembebaanan. Karena terjadi pembebanan, alat pengerem poros kincir angin ini akan sedikit tertarik ke arah putaran poros kincir angin, sehingga menarik benang yang terhubung ke timbangan. Timbangan akan mengukur seberapa besar beban yang dihasilkan untuk kemudian dihitung menjadi torsi mekanis kincir angin. Gambar 3.18 Skema alat pengerem poros kincir angin Gambar 3.19 Tampak depan alat pengerem poros kincir angin

48 Rangkaian Keseluruhan Alat ini. Gambar 3.20 menunjukan rangkaian alat yang digunakan dalam penelitian Gambar 3.20 Rangkaian alat percobaan 3.7 Langkah Pengambilan Data Penelitian dilakukan dengan meletakkan kincir angin di depan blower sesuai jarak yang sudah ditentukan untuk memperoleh kecepatan angin yang sesuai. Langkah yang dilakukan saat melakukan pengambilan data : 1. Menyiapkan alat-alat penunjang pengambilan data (timbangan, tachometer, anemometer dan perangkat kincir angin). 2. Memasang anemometer di depan blower dengan posisi tegaklurus dengan arah angin yang dihasilkan blower. 3. Memasang alat pengerem poros dan dihubungkan dengan poros kincir angin yang akan diuji. 4. Memasang timbangan dan dihubungkan dengan alat pengerem poros. 5. Memasang sudu kincir angin yang akan diuji. 6. Mengatur inverter pada blower hingga didapat angin dengan kecepatan 7 m/s.

49 30 7. Awal pengambilan data dilakukan mulai dari tanpa beban (alat pengerem poros tidak difungsikan). Beban akan terus ditambah dengan cara memfungsikan alat pengereman secara perlahan hingga memperoleh beban maksimal. 3.8 Pengolahan Data Setelah melakukan penelitian, data yang didapat adalah kecepatan angin, gaya pengimbang, putaran poros kincir angin dan daya angin masukan kincir angin yang kemudian diolah untuk menghitung kecepatan sudut poros, beban torsi, keluaran daya mekanis. Dari data tersebut, didapat Tip speed ratio ( ) dan koefisien daya (CP) beserta hubungan dan nilai maksimal dari kedua data tersebut untuk masing-masing variasi bentuk penampang sudu.

50 BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Penelitian Data yang diambil dalam penelitian ini terbagi menjadi tiga variasi, yaitu sudu dengan bentuk penampang datar, silindris dan airfoil. Data yang didapat meliputi kecepatan angin dalam satuan m/s, kecepatan putar poros kincir (rpm), dan beban pengimbang (N). Tabel 4.1 Data percobaan kincir angin dengan sudu berpenampang datar pada kecepatan angin 7 m/s No. Gaya pengimbang, F Putaran kincir (gram) (N) (rpm) 1 0 0, , , , , , , , , , , , , , , ,

51 32 Tabel 4.2 Data percobaan kincir angin dengan sudu berpenampang silindris pada kecepatan angin 7 m/s No. Putaran Gaya pengimbang, F kincir (gram) (N) (rpm) 1 0 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,92 418

52 33 Tabel 4.3 Data percobaan kincir angin dengan sudu berpenampang airfoil pada kecepatan angin 7 m/s No. Putaran Gaya pengimbang, F kincir (gram) (N) (rpm) 1 0 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Pengolahan Data dan Perhitungan Data yang diperoleh akan diolah dengan melakukan beberapa perhitungan untuk memperoleh nilai dari kecepatan sudut kincir angin, torsi kincir angin, daya masukan, daya keluaran, tip speed ratio dan koefisien daya. Sampel data sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.2 baris nomor 5.

53 Menghitung Kecepatan Sudut Kincir Angin Menghitung nilai kecepatan sudut kincir angin ( ) menggunakan rumus Menghitung Beban Torsi = n 2π 60 = 751 2π 60 = 78,64 rad/s Nilai beban torsi (T) yang dihasilkan kincir angin dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.9 T = F r T = ( 1,47 )( 0,20 ) T = 0,29 Nm Menghitung Daya Angin Persamaan 2.5 dapat digunakan untuk memperoleh nilai daya masukan padakincir angin Pin = 1 2 ρavₐ3 dengan ρ= 1,18 kg/m 3 Pin = 1 2 (1,18)(π 0,42 )(7 3 ) Pin = 101,67 watt Menghitung Daya Kincir Angin Perhitungan daya keluaran yang dihasilkan kincir angin menggunakan Persamaan 2.6 Pout = Tω

54 35 Pout = ( 0,29 )( 78,64 ) Pout = 23,15 watt Menghitung Tip Speed Ratio Menghitung tip speed ratio (TSR) menggunakan Persamaan 2.13 λ = πrn vₐ λ = π(0,2)(751) 7 λ = 4, Menghitung Koefisen Daya Menentukan nilai koefisien daya menggunakan Persamaan 2.10 C p = Pout Pin 100% C p = 23,15 101,67 100% C p = 22,7 4.3 Data Hasil Perhitungan Setelah melakukan perhitungan, parameter yang didapat kemudian diolah menggunakan software Microsoft Excel untuk mendapatkan garafik hubungan antara kecepatan putaran poros kincir angin (rpm) dengan torsi (T) dan koefisien daya (C p ) dengan tip speed ratio (λ). Berikut hasil perhitungan data yang nampak pada Tabel 4.4, Tabel 4.5 dan Tabel 4.6.

55 36 Tabel 4.4 Hasil perhitungan data kincir angin berporos horisontal tiga sudu dengan bentuk penampang sudu datar pada kecepatan angin 7 m/s No. Gaya pengimbang, F Putaran kincir Kecepatan sudut, ω Beban torsi, T Daya angin, Pin Daya output, Pout λ Koef.daya, (gram) (N) (rpm) (rad/s) (N.m) (watt) (watt) (%) 1 0 0, ,6 0, ,00 2,66 0, , ,9 0, ,00 2,68 0, , ,4 0, ,00 2,65 0, , ,3 0, ,00 2,71 0, , ,3 0, ,75 1,68 5, , ,4 0, ,16 1,80 6, , ,4 0, ,77 1,68 5, , ,7 0, ,42 1,58 5, , ,7 0, ,79 1,13 5, , ,2 0, ,36 1,04 5, , ,0 0, ,30 1,03 5, , ,5 0, ,15 0,10 5, , ,0 0, ,53 0,52 3, , ,7 0, ,41 0,50 3, , ,1 0, ,58 0,52 3, , ,5 0, ,33 0,49 3, Grafik Hasil Perhitungan Hasil perhitungan data yang tertera pada Tabel 4.1, Tabel 4.2 dan Tabel 4.3 dapat diubah menjadi bentuk grafik. Grafik tersebut merupakan hubungan antara koefisien daya (C P ) dengan tip speed ratio (λ) dan kecepatan putar rotor (rpm) dengan torsi (T). Cp Grafik Hubungan Antara Kecepatan Putar rotor dengan Torsi Kincir Angin Berporos Horisontal Tiga Sudu Berikut grafik hubungan antara kecepatan putar rotor dengan torsi untuk tiap variasi

56 37 Tabel 4.5 Hasil perhitungan data kincir angin berporos horisontal tiga sudu dengan bentuk penampang sudu silindris pada kecepatan angin 7 m/s No. Gaya pengimbang, F Putaran kincir Kecepatan sudut, ω Beban torsi, T Daya angin, Pin Daya output, Pout λ Koef.daya, (gram) (N) (rpm) (rad/s) (watt) (watt) (watt) (%) 1 0 0, ,3 0, ,0 5,33 0, , ,7 0, ,0 5,30 0, , ,0 0, ,0 5,26 0, , ,5 0, ,0 5,34 0, , ,6 0, ,2 4,49 22, , ,7 0, ,5 4,55 23, , ,3 0, ,3 4,53 24, , ,3 0, ,1 4,48 22, , ,9 0, ,5 4,23 30, , ,8 0, ,4 4,22 29, , ,0 0, ,5 4,23 30, , ,4 0, ,6 4,25 30, , ,9 0, ,6 3,94 39, , ,3 0, ,8 3,96 40, , ,4 0, ,3 3,92 39, , ,8 0, ,7 4,05 41, , ,4 0, ,8 3,39 40, , ,3 0, ,1 3,33 39, , ,5 0, ,6 3,46 40, , ,1 0, ,6 3,38 40, , ,0 0, ,5 3,03 37, , ,1 0, ,5 3,03 37, , ,7 0, ,0 3,07 38, , ,8 0, ,1 3,08 38, , ,5 0, ,9 2,54 34, , ,9 0, ,9 2,39 32, , ,6 0, ,6 2,66 36, , ,8 0, ,4 2,50 33,8 Cp

57 38 Tabel 4.6 Hasil perhitungan data kincir angin berporos horisontal tiga sudu dengan bentuk penampang sudu airfoil pada kecepatan angin 7 m/s No. Gaya pengimbang, F Putaran kincir Kecepatan sudut, ω Beban torsi, T Daya angin, Pin Daya output, Pout λ Koef.daya, (gram) (N) (rpm) (rad/s) (N.m) (watt) (watt) (%) 1 0 0, ,0 0, ,0 4,86 0, , ,7 0, ,0 4,84 0, , ,6 0, ,0 4,84 0, , ,8 0, ,0 4,90 0, , ,8 0, ,1 4,67 15, , ,6 0, ,0 4,66 15, , ,3 0, ,9 4,64 15, , ,6 0, ,0 4,66 15, , ,5 0, ,6 3,97 24, , ,4 0, ,9 4,02 24, , ,7 0, ,0 4,04 24, , ,7 0, ,3 4,10 24, , ,7 0, ,3 3,53 29, , ,0 0, ,5 3,20 27, , ,1 0, ,0 3,49 29, , ,4 0, ,1 3,39 28, , ,6 0, ,4 2,66 27, , ,6 0, ,8 2,60 26, , ,7 0, ,7 2,78 28, , ,0 0, ,4 2,85 28, , ,6 0, ,9 2,32 27, , ,9 0, ,3 2,11 24, , ,6 0, ,5 2,21 26, , ,8 0, ,3 2,27 26,9 Cp

58 Kecepatan Putar Rotor, n (rpm) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Koefisien Daya, C p (%) ,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 Torsi, T (Nm) Sudu Berpenampang Silindris Sudu Berpenampang Datar Sudu Berpenampang Arifoil Gambar 4.1 Grafik hubungan antara kecepatan putar rotor dengan torsi kincir angin horisontal tiga sudu Gambar 4.1 menunjukkan bahwa semakin cepat poros kincir angin berputar, maka torsi yang dihasilkan semakin kecil. Pada penelitian ini, kincir angin dengan bentuk sudu silindris menghasilkan torsi terbesar, yaitu 0,78 Nm pada 418 rpm Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya dengan Tip Speed Ratio Kincir Angin Berporos Horsontal Tiga Sudu ,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Tip Speed Ratio, Gambar 4.2 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio kincir angin berporos horisontal demgam bentuk penampang sudu datar

59 Koefisien Daya, C p (%) Koefisien Daya, C p (%) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI ,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 Tip Speed Ratio, Gambar 4.3 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio kincir angin berporos horisontal dengan bentuk penampang sudu silindris ,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 Tip Speed Ratio, Gambar 4.4 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio kincir angin berporos horisontal dengan bentuk penampang sudu airfoil Gambar 4.2 sampai dengan gambar 4.4 menunjukkan bahwa koefisien daya yang dihasilkan oleh kincir angin horisontal tiga sudu akan mencapai keadaan maksimal pada nilai tip speed ratio tertentu, kemudian akan mengalami penurunan.

60 Koefisien Daya, C p (%) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Sudu Berpenampang Silindris Sudu Berpenampang Datar Sudu Berpenampang Airfoil 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 Tip Speed Ratio, Gambar 4.5 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio kincir angin berporos horisontal untuk tiga variasi bentuk penampang sudu Gambar 4.5 memperlihatkan nilai koefisien maksimal tertinggi dihasilkan oleh kincir angin horisontal tiga sudu dengan variasi bentuk penampang sudu sindris, yaitu 41% pada tip speed ratio Pembahasan Pengambilan data dapat dinyatakan benar, karena pada Gambar 4.2 sampai dengan Gambar 4.4 menunjukkan grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio menunjukkan adanya kurva berupa trendline parabolik pangkat dua dengan nilai koefisien daya maksimal berada di atas. Gambar 4.1 dan Gambar 4.5 memperlihatkan besarnya nilai kecepatan putar rotor, torsi dan koefisien daya yang dihasilkan masing-masing variasi bentuk sudu. Hal tersebut membuktikan adanya perbedaan unjukkerja dari masing-masing desain bentuk penampang sudu (datar, silindris dan airfoil) yang dibuat. Perbedaan unjuk kerja disebabkan karena sudu dengan bentuk penampang yang berbeda menghasilkan nilai torsi dan kecepatan putar rotor yang berbeda pula. Perbedaan tersebut juga berdampak pada daya keluaran dan koefisien daya yang dihasilkan masing-masing sudu dengan setiap variasi bentuk penampang.

61 42 Penelitian ini menunjukkan bahwa unjukkerja sudu dengan bentuk penampang silindris lebih baik jika dibandingkan dengan variasi bentuk penampang yang lain (datar dan airfoil). Pada gambar 4.1 dan gambar 4.5 nampak bahwa nilai torsi, kecepatan putar rotor dan koefisien daya maksimal yang dihasilkan sudu berpenampang silindris paling besar.

62 BAB V KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan Setelah melakukan pengambilan, pengolahan dan analisis data, maka dapat disimpulkan : 1. Telah berhasil dibuat model kincir angin horisontal tiga sudu dengan variasi bentuk penampang sudu datar, silindris dan airfoil. 2. Koefisien daya maksimal untuk variasi bentuk penampang sudu datar, silindris dan airfoil berturut-turut adalah 6,06 % pada tip speed ratio 1,8; 41 % pada tip speed ratio 4,05 dan 29,8 % pada tip speed ratio 3, Nilai daya mekanis terbesar yang diperoleh pada penelitian ini ditunjukkan oleh model kincir angin dengan sudu berpenampang silindris, yaitu 41,7 watt. 5.2 Saran Berikut saran bagi peneliti yang akan melakukan pengujian serupa : 1. Perlu dilakukan pengujian terhadap kincir angin horizontal tiga sudu dengan bentuk penampang sudu airfoil dengan jenis yang berbeda (selain NACA 2412). 2. Perlu dilakukan penelitian guna mendapatkan bentuk penampang sudu dengan unjukkerja yang optimal pada kecepatan angin antara 3 6 m/s. 43

63 DAFTAR PUSTAKA Daryanto, Y. 2007, Kajian Potensi Angin untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG-UPT-LAGG, Yogyakarta Manwell, J.F., J.G. McGowan, A.L. Roger. 2009, Wind Energy Explained : Theory, Design and Application, Second Edition, John Wiley, USA Schubel, Peter J., Richard J. Cossly. 2012, Wind Turbine Balde Design, Faculty of Engineering, Division of Material. University of Nottingham, University Park, Nottingham NG7 2RD, United Kingdom Wijayanto, B.M. 2016, Unjuk Kerja Kincir Angin Propeler Tiga Sudu Berbahan Komposit dengan Posisi Lebar Maksimal Sudu 10 Sentimeter dari Pusat Poros, Fakultas Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta 44

64 LAMPIRAN Lampiran 2. Gambar hub dan sudu berpenampang datar Lampiran 1. Gambar hub dan sudu berpenampang silindris 45

65 Lampiran 3. Gambar hub dan sudu berpenampang airfoil 10 0 Lampiran 4. Gambar keterangan besar sudut kemiringan sudu pada variasi sudu berpenampang airfoil 46