SKRIPSI / TUGAS AKHIR KINCIR ANGIN DARRIEUS POROS VERTIKAL DENGAN EMPAT SUDU. Andy Septianto ( ) TEKNIK MESIN

Transkripsi

1 SKRIPSI / TUGAS AKHIR KINCIR ANGIN DARRIEUS POROS VERTIKAL DENGAN EMPAT SUDU Andy Septianto ( ) TEKNIK MESIN

2 LATAR BELAKANG Krisis energi global yang terjadi menyebabkan pemerintah Indonesia mau tidak mau mengantisipasinya dengan mengeluarkan kebijakan penghematan sumber daya energi, dan sumber energi lain yang menggunakan sumber daya alam tak terbarukan (minyak bumi, gas alam, dan batu bara), seperti penghematan energi listrik yang sebagian pembangkitnya memakai bahan bakar fosil dalam memproduksi energi listriknya.

3 Tujuan Penilitian Membuat model kincir angin poros vertikal dengan 4 buah sudu datar yang membentang dan mengatup otomatis, Mengetahui torsi statis, daya pada poros kincir, dan daya yang dihasilkan oleh generator poros vertical dengan 4 buah sudu datar yang membentang dan mengatup otomatis, Mengetahui koefisien daya kincir angin terhadap tip speed ratio dan efisiensi sistem.

4 Bagan alir tahapan perancangan dan pembuatan turbin angin

5 SKEMA ALAT Skema Kincir Angin 1. Poros utama 2. Rumah bearing 3. Poros sudu 4. Sudu 5. Pembatas sudu 6. Bearing

6 1.Data hasil penelitian untuk daya output yang diperoleh dari hasil penelitian dengan menggunakan 1ukuran sudu.

7 PerhitunganTorsi Statis Cara menghitung torsi statis adalah : Yang dalam hal ini : T s = F s r s Ts :torsi statis, (Nm) Fs :gaya yang nilainya diambil dari tabel (lampiran), (N) r s : jarak lengan pengukur torsi yang tegak lurus terhadap poros kincir yang diketahuiberjarak 0,1 m, (m). Sebagai contoh perhitungan torsi statis diambil data dari table 4.1 no 1 : T s = F s r s F s = m x g gr x 9,81 F s = 1000 F s = 4,6107 N T s = 4,6107 x 0,1 = 0,46107 Nm

8 PerhitunganTorsi Dinamis Cara menghitung torsi dinamis adalah : T d = F d r d Yangdalamhalini : Td : torsi dinamis, (Nm) Fd :gaya yang nilainya diambil dari tabel (lampiran), (N) r d : jarak lengan yang dihitung dari poros kincir menuju ke poros generator yang berjarak 0,3 m, (m). Sebagai contoh perhitungan diambil data penelitian dari tabel 4.2 no 1 : T d = F d x r d F d = m x g gr x 9,81 F d = 1000 F d = 0,833 N T d = 0,833 x 0,3 = 0,25 Nm

9 Luas Penampang Kincir A = D t Yang dalam hal ini : A : luas penampang kincir, (m 2 ) D :diameter kincir yang dihitung sebagai panjang kincir= 0,66 m, (m) t : tinggi bentangan sudut tertinggi, (m) Tinggi bentangan untuk sudu ukuran 30x30 Cos 12⁰ x 30 cm = 29,3 cm Maka : t = (29,3 x 2) + 10cm = 68,6 cm 0,69 m A = D x t = 0,66 m x 0,69 = 0,455 m 2 Tinggi yang dicari

10 DayaAngin Yang Diterima Cara menghitung daya angina adalah : P in = 0,5 ρ A V 3 Yang dalam hal ini : Pin :daya angin, (watt) ρ :massa jenis udara, (kg/m 3 ) A :luas permukaan penampang kincir yang terkena angin, (m 2 ) V :kecepatan angin, (m/s). Diasumsikan untuk massa jenis udara memiliki nilai : 1,2 kg/m 3, maka : P in = 0,6 A V 3 Sebagai contoh perhitungan diambil data penelitian dari table sudu ukuran 30x 30 kecepatan angin 5m/s : P in = 0,6 A V 3 Pin = 0,6 0,60 m P in = 45 watt

11 Daya Poros Cara menghitung daya poros adalah : n P p = 2п T 60 d Yang dalam hal ini : P p : daya poros, (watt) n :putaran poros, (rpm) T d : torsi dinamis pada poros, (Nm) Sebagai contoh perhitungan diambil data penelitian dari tabel 4.3 baris ke-5 : n P p = 2п 60 T d 66,4 P p = 2 3,14 0,25 60 P p = 1.73 watt

12 Daya Generator dan Efisiensi Sistem Cara menghitung daya generator adalah : P gen = V gen I gen Keterangan : P gen : daya generator,(watt) V gen : tegangan, (volt) I gen : arus,(ampere) Sebagai contoh perhitungan diambil data penelitian dari tabel 4.3 baris ke5 : P gen = V gen I gen P gen = 1,47 0,232 P gen = watt

13 Cara Menghitung Efisiensi Sistem adalah Yang dalam hal ini : η sis = P gen P in 100 η sis : efisiensi sistem, ( ) Sebagai contoh perhitungan diambil data penelitian dari table lampiran untuk ukuran sudu30x30 : η sis = P gen 100 P in η sis = 0, η sis = 0.75

14 KoefisienDaya (Cp) Cara menghitung koefisien daya adalah : Cp = P p P in Keterangan : 100 Cp : koefisien daya, ( ) Sebagai contoh perhitungan diambil dari data penelitian tabel 4.3 baris ke1 : Cp = P p P in 100 Cp = Cp = 3.84

15 Tip Speed Ratio Cara menghitung TSR adalah : TSR = 2пrn 60V Yang dalam hal ini: TSR : tip speed ratio r : jari jari kincir n : putaran poros kincir, (rpm) V : kecepatan angin, (m/s) Sebagai contoh perhitungan diambil data penelitian dari table sudu ukuran 30x 30 kecepatan 5 m/s : TSR = 0,46 % TSR = 2(3,14) (0,33) (66,4) / 60 (5)

16 Grafik gabungan TSR dan CP pada beban 5 watt 8 watt dan 16 watt koefisien daya % 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 TSR 16 watt CP 16 watt TSR 8 watt CP 8 watt TSR 5 watt CP 5 watt 5,00 0,00 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 Tip speed rasio %

17 Grafik gabungan TSR dan Koefisien Daya (CP) Grafik 4.7 menunjukkan hubungan antara Coeffisien of Power dengan Tip Speed Ratio pada variasi beban 5 watt, 8 watt dan 16 watt. Berdasarkan grafik Tip Speed Ratio, koefisien daya yang terbesar diperoleh pada ukuran sudu 30 x 30 yaitu 7.53 % untuk CP dan untuk TSR 0.50 % pada beban 5 watt, 9.22 % CP dan 0.49 % untuk TSR pada beban 8 watt dan 9.54 % untuk CP, 0.47 % untuk TSR pada beban 16 watt. koefisien daya terkecil diperoleh pada ukuran sudu 30 x 30 yaitu 3.84 % untuk CP dan 0.43 % untuk TSR pada beban 5 watt, 4.55 % untuk CP dan 0.42 % untuk TSR pada beban 8 watt dan 4.73 % pada CP, 0.40 % untuk TSR pada beban 16 watt.

18 Grafik Gabungan Kecepatan angin (v) dan Daya poros (pp) dengan beban 5 watt, 8 watt dan 16 watt daya poros (watt) 6,00 5,00 4,00 3,00 PP 5 watt V PP 8 watt 2,00 PP 16 watt 1,00 0,00 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 kecepatan angin (m/s)

19 Penjelasan Grafik Kecepatan angin (v) dan Daya poros (pp) Grafik 4.11 menunjukkan gabungan antara perbandingan daya poros dengan kecepatan angina pada variasi beban 5 watt, 8 watt dan 16 watt. Berdasarkan grafik diperoleh, daya poros yang terbesar diperoleh pada ukuran sudu 30x30 yaitu 1.73 watt pada beban 5watt, 2.05 watt pada beban 8 watt dan 2.13 watt pada beban 16 watt. Untuk kecepatan angin yang di peroleh 5 m/s, 4.5 m/s dan 3.5 m/s pada variasi beban 5 watt, 8 watt dan 16 watt lalu daya poros terkecil diperoleh pada ukuran sudu 30 x30 yaitu 1,16 watt pada beban 5 watt, 1.42 watt pada beban 8 watt dan 1.47 watt pada variasi beban 16 watt pada kecepatan angin 5 m/s, 4.5 m/s dan 3.5 m/s.

20 Kesimpulan dan saran Kesimpulan Didapat kesimpulan yang merupakan data maksimal dari penelitian, bahwa : Kincir angin dengan ukuran sudu 30 cm x 30 cm diperoleh daya poros yang dihasilkan paling tinggi pada ukuran sudu cm sebesar 2.13 watt dengan koefisien daya tertinggi 9.54 % dan efisiensi sistem tertinggi 0.34 % pada kecepatan angin 3.5 m/s, 4.5 m/s dan 5 m/s. SARAN Jika ingin melakukan penambahan sekat, sebaiknya digunakan bahan yang lebih ringan untuk mencegah penambahan berat yang berpengaruh terhadap putaran poros. Bantalan bearing wajib dicek, untuk menghindari bearing seret sehingga poros tidak berputar maksimal. Dalam pembuatan kincir, poros pada kincir harus lurus jangan sampai bengkok sedikit. Karena putaran pooros nannti tidak akan stabil. Sudut pada saat sudu membuka mengatup juga diperhatikan, kemungkinan untuk menambah luas permukaan angin atu mengurangi rugi rugi pada saat kincir berputar.

21 Kesimpulan Berdasarkan hasil penulisan uji fatigue dengan bahan Kuningan dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : Berdasarkan pengujian benda pertama menggunakan kuningan Ø10 mm hasil tingkat lelah atau patah terjadi pada beban 7.5 N dengan waktu keseluruhan 365 detik. Hasil pengujian benda kedua menggunakan kuningan Ø8 mm dapat diperoleh data pada beban 0.5 N sampai dengan 2 N benda Kuningan tidak mengalami perubahan, pada beban ditambahkan menjadi 3 N terjadi patah dengan waktu keseluruhan 1263 detik Pengujian benda ketiga menggunakan kuningan Ø6 mm,benda uji memiliki diameter kecil dengan beban 0.5 N sampai 2 N benda uji masih normal. Mengalami patah pada waktu 1107 detik