PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Transkripsi

1 UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU MENGERUCUT DARI BAHAN DASAR KAYU DENGAN TIGA VARIASI LAPISAN PERMUKAAN SUDU TUGAS AKHIR Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin Diajukan oleh : BERY WIDONO NIM : PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2016 i

2 THE PERFORMANCE OF CONICAL THREE BLADE PROPELLER WINDMILL MODELS FROM WOOD MATERIAL WITH THREE SURFACE LAYER VARIATIONS OF THE BLADE FINAL PROJECT Presented as partitial fulfilment of the requirement to obtain Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering By : BERY WIDONO Student Number : MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINERING DEPARTMENT FACULITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2016 ii

3 r PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI UNJUK KEzuA MODEL KINCIR ANGIN PROPELER TIGA ST]DU MENGERUCUT DARI BAHAN DASAR KAYU DENGAN TIGA VARIASI LAPISAN PERMT]KAAN SUDU Disusun oleh : r; q u ;rfl A 1u

4 UNJUK KERIA MODEL KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU MENGERUCUT DARI BAI{AN DASAR KAYU DENGAN TIGA VARTASI LAPISAN PERMUKAAN SUDU Dipersiapkan dan disusun oleh : NAMA : BERY WIDONO NIM : Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji Pada tanggal 27 J anuai 2016 Susunan Dewan Penguji Nama Lengkap Ketua : Wibowo Kusbandono S.T.,M.T. Sekretaris : A. Prasetyadi, S.Si.,M.Si. Anggota. Ir. Rines, M.T. Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Yogyakarta, 27 I arutari Fakultas Sains dan Teknologi 6- m*s ff a-fiy.rxtr I a]rry '&!* t VdLryff,I lsih Prima Rosa, S.Si.,M.Sc. 1V

5 PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam tugas akhir dengan judul: UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU MEI{GERUCUT DARI BAHAN DASAR KAYU DENGAN TIGA VARIASI LAPISA1Y PERMUKAAN SUDU Yang dibuat untuk rnelengkapi persyaratan yang wajib ditempuh untuk menjadi Sa{ana Teknik pada program Sfrata-l, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains san Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan dari Tugas Akhir yang sudah dipublikasikan di Perguruan tinggr manapun. Kecuali bagian informasi yang dicantumkan dalam daftar pustaka. Dibuat di : Yogyakarta Pada tanggal : 27 Januari 2016 Penulis

6 LEMBAR PERI'{YATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : BERY WIDONO NomorMahasiswa : Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul : UNJUK KERJA MODEL KTITCIR A1YGTN PROPf,LER TIGA SUDU MENGERUCUT DARI BAIIAN DASAR KAYU DENGAN TIGA YARIASI LAPISAN PERMUKAAI{ SUDU Dengan demikian saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk rnedia lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikanya di internet atau media lain unttrk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pemyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal 27 Januart 2}fi Yang menyatakan vl

7 INTISARI Pemakaian energi yang senantiasa meningkat dari waktu ke waktu menyebabkan kelangkaan energi, karena menurut perkiraan dalam waktu dekat masyarakat dunia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui (seperti minyak bumi, batubara, dan gas) sebagai sumber energi untuk membangkitkan listrik. Salah satu sumber energi terbarukan yang bisa dimanfaatkan sebagai alternatif adalah energi angin dengan menggunakan kincir angin. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji unjuk kerja model kincir angin dengan mencari torsi, daya kincir, koefisien daya, dan tip speed ratio. Model kincir angin yang diteliti berdiameter 80 cm dan berbahan dasar kayu, dengan tiga variasi lapisan permukaan yakni, tanpa lapisan, lapisan anyaman bambu dan lapisan seng. Untuk mendapatkan torsi, daya kincir, koefisien daya, dan tip speed ratio pada kincir, kincir diuji dengan menggunakan terowongan angin yang dilengkapi dengan fan blower. Poros kincir dihubungkan ke mekanisme pengereman yang berfungsi sebagai alat untuk memvariasikan beban kincir. Besarnya beban pada kincir dapat dilihat dari neraca pegas. Putaran kincir diukur dengan mengunakan takometer dan kecepatan angin diukur dengan menggunakan anemometer. Dari hasil penelitian diketahui bahwa model kincir angin dengan tanpa lapisan menghasilkan koefisien daya lebih besar dari pada kincir angin lapis seng maupun kincir angin lapisan anyaman bambu. Koefisien daya puncak yang dihasilkan oleh kincir tanpa lapisan adalah sekitar 5,7% pada tip speed ratio 2,5. Torsi yang dihasilkan model ini adalah sebesar 0,22 N.m pada putaran sekitar 526 rpm dan kecepatan angin 9,13 m/s. Koefisien daya puncak yang dihasilkan kincir angin lapis seng adalah sekitar 4,3% pada tip speed ratio 2,5. Torsi yang dihasilkan model ini adalah sebesar 0,15 N.m pada putaran sekitar 536 rpm dan kecepatan angin 8,67 m/s. Koefisien daya puncak yang dihasilkan kincir angin lapis anyaman bambu adalah sekitar 3% pada tip speed ratio 2,2. Torsi yang dihasilkan model ini adalah sebesar 0,13 N.m pada putaran sekitar 385 rpm dan kecepatan angin 8,63 m/s. Kata kunci: koefisien daya, tip speed ratio, sudu berbahan dasar kayu. vii

8 KATA PENGANTAR Dengan mengucap puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih dan anugerah-nya yang telah memberi kesempatan bagi penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir dengan judul UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU MENGERUCUT DARI BAHAN DASAR KAYU DENGAN TIGA VARIASI LAPISAN PERMUKAAN SUDU. Laporan tugas akhir merupakan salah satu persyaratan bagi para mahasiswa untuk dapat menyelesaikan jenjang pendidikan S1 pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dalam laporan tugas akhir ini membahas mengenai perancangan, perbandingan efisensi dan pembuatan kincir angin propeler. Dalam kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih kepada: 1. Ibu Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 2. Bapak Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin. 3. Bapak Ir. Rines, M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir. 4. Bapak Budi Setyahandana, S.T, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik. viii

9 5' Seluruh dosen program studi Teknik Mesin yang telah mendidik dan memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis. 6. Seluruh staff Fakultas Sains dan Teknologi atas kerja sarna dan dukungan kepada penulis untuk dapat menyelesaikan tugas akhir. 7. Bapak Kianto dan Ibu Tan Cheng sun sebagai orang tua dari penulis, serta Budianto, Desi Yeransiska sebagai kakak dan Rico Vernando sebagai adik dmi penulis yang selalu berdoa dan mendukung secara material dan lain - lain kepada penulis. 8. Rekan - rekan mahasiswa Teknik Mesin, angkatan 20lI khususnya, yang telah memberi saran, kritik, dan dukungan kepada penulis dalam penyelesaian skripsi. 9. Semua pihak yang tidak murgkin disebut satu per satu yang telah ikut membantu penulis untuk dapat menyelesaikan skripsi. Penulis rnenyadari bahwa masih ada kekurangan - kekurangan yang perlu diperbaiki pada pembuatan tugas akhir, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritikan yafig membangun untuk menyempurnakan tugas akhir. penulis mengharapkan semoga tugas akhir ini berguna dan bermanfaat untuk dapat memberikan sumbangan ilmu pengetahuan bagi para mahasiswa khususnya, serta para pembaca pada umumnya. Yogyakarta, 27 I anuari 2A16 tx

10 DAFTAR ISI Halaman Sampul... i Halaman Judul... ii Halaman Pengesahan... iv Halaman Pernyataan... v Lembar Pernyataan Persetujuan... vi Intisari... vii Kata Pengantar... viii Daftar Isi... x Daftar Gambar... xiii Daftar Tabel... xv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Batasan Masalah Manfaat Penelitian... 3 BAB II DASAR TEORI 2.1 Energi Angin Asal Energi Angin... 6 x

11 2.3 Jenis-Jenis Kincir Angin Kincir Angin Poros Horizontal Kincir Angin Poros Vertikal Hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio Kincir Angin Propeler Rumus Perhitungan Energi Kinetik Daya Angin Torsi Tip Speed Ratio Daya Kincir Angin Koefisien Daya BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Diagram Penelitian Alat dan Bahan Variabel Penelitian Variabel yang Diukur Parameter yang Dihitung Langkah Penelitian Desain Kincir xi

12 BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Penelitian Pengolahan Data dan Perhitungan Perhitungan Daya Angin Perhitungan Torsi Perhitungan Daya Kincir Perhitungan tip speed ratio Perhitungan Koefisien Daya Hasil Perhitungan Grafik Hasil Perhitungan Grafik Perbandingan Tiga Variasi Perlakuan Sudu Permukaan BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Saran Daftar Pustaka xii

13 DAFTAR GAMBAR 1. Gambar 2.1 Kincir angin Poros horizontal 7 2. Gambar 2.2 Kincir angin Poros vertical 8 3. Gambar 2.4 Grafik hubungan C p dengan tsr 9 5. Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin Gambar 3.2 Tiga variasi pelapisan permukaan sudu kincir angin Gambar 3.3 Dudukan sudu Gambar 3.4 Terowongan angin Gambar 3.5 Fan blower Gambar 3.6 Anemometer Gambar 3.7 Sistem Pengereman Gambar 3.8 Tachometer Gambar 3.9 Neraca pegas Gambar 3.10 Desain kincir Gambar 3.11 Sudut patahan sudu kincir angin Gambar 4.1 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin sudu tanpa lapisan Gambar 4.2 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin sudu lapis seng Gambar 4.3 Grafik hubungan daya dan torsi untuk kincir angin sudu lapis anyaman bambu 34 xiii

14 19. Gambar 4.4 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin sudu polos Gambar 4.5 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin sudu lapis seng Gambar 4.6 Grafik hubungan torsi dan rpm untuk kincir angin sudu lapis anyaman bambu Gambar 4.7 Grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr untuk kincir angin sudu polos Gambar 4.8 Grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr untuk kincir angin sudu lapis seng Gambar 4.9 Grafik hubungan antara koefisien daya dan tsr untuk kincir angin sudu lapis anyaman bambu Gambar 4.10 Grafik perbandingan koefisien daya dan tsr untuk tiga variasi pelapisan permukaan sudu 43 xiv

15 DAFTAR TABEL 1. Tabel 4.1 Data pengujian kincir angin tiga sudu tanpa lapisan Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin tiga sudu lapis seng Tabel 4.3 Data penelitian kincir angin tiga sudu lapis anyaman bambu Tabel 4.4 Data perhitungan tiga sudu propeler triplek tanpa lapisan Tabel 4.5 Data perhitungan tiga sudu propeler triplek lapis seng Tabel 4.6 Data perhitungan tiga sudu propeler triplek lapis anyaman bambu 30 xv

16 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Turbin angin yang juga dikenal dengan sebutan kincir angin merupakan sarana pengubah energi kinetik menjadi energi mekanik untuk memutar generator listrik. Sejarah penggunaan energi angin dimulai sejak abad ke-17 SM dan terbesar di berbagai negara seperti Persia, Babilonia, China dan di benua Eropa dengan berbagai bentuk rancang bangun. Berdasarkan kedudukan poros jenisjenis kincir angin terbagi menjadi dua kategori, yaitu kincir angin sumbu horisontal dan kincir angin sumbu vertical. Kincir angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan gandum, keperluan irigasi dan lain-lain. Kini kincir angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi. Walaupun sampai saat ini pembangunan kincir angin masih belum dapat menyaingi pembangkit listrik konvensional ( seperti PLTD, PLTU dan lain-lain), untuk sekarang kincir angin masih dikembangkan oleh para ilmuwan karena menurut perkiraan dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui (seperti batubara, minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan listrik. Kincir angin yang penulis gunakan adalah kincir angin berporos horisontal. Efisiensi menjadi suatu hal yang utama dalam kincir angin ini, nilai 1

17 2 efisiensi yang tinggi dapat meningkatkan nilai koefisien daya yang dihasilkan yang tentu menghasilkan daya keluaran yang tinggi pula. Permukaan sudu kincir juga berpengaruh terhadap performa yang dihasilkan oleh kincir angin. 1.2 Rumusan Masalah Masalah yang dibahas dalam penelitian ini adalah prinsip kerja kincir angin yang diuji, penelitian ini juga untuk menghasilkan unjuk kerja yang dihasilkan oleh kincir angin dari bahan kayu, seng, dan anyaman bambu. Penelitian ini juga digunakan untuk mengetahui besar torsi dan daya yang biasa dihasilkan oleh kincir angin 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Membuat model kincir angin jenis propeler tiga sudu poros horizontal dengan tiga variasi perlakuan permukaan sudu. 2. Mengetahui unjuk kerja dari ketiga variasi kincir angin dengan mencari torsi, koefisien daya maksimal dan tip speed ratio. 3. Mengetahui model kincir angin yang memberikan nilai koefisien daya maksimal diantara ketiga model kincir angin yang diteliti.

18 3 1.4 Batasan Masalah Batasan masalah dalam penelitian ini meliputi: 1. Kincir angin yang digunakan adalah kincir angin poros horisontal tiga sudu tipe propeler. 2. Bahan dasar sudu kincir angin terbuat dari kayu. 3. Terdapat tiga variasi lapisan permukaan sudu yang digunakan dalam kincir angin ini seperti kayu tanpa lapisan, kayu lapis anyaman bambu dan kayu lapis seng. 4. Bahasan yang dilakukan dalam penelitian ini mencakup tentang torsi, daya kincir, koefisien daya dan tip speed ratio 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian model kincir angin ini adalah : 1. Bagi masyarakat/industri. a. Diharapkan dapat mengatasi masalah listrik yang dialami oleh masyarakat yang tinggal di daerah yang mendapat pasokan listrik dari pemerintah. b. Bahan yang murah dan mudah di dapat, diharapkan masyarakat dapat membuat kincir sendiri dan menghasilkan sumber listrik sendiri. 2. Bagi Akademik a. Menjadikan sumber bacaan untuk membantu pembelajaran tentang penilitian kincir angin.

19 4 b. Melakukan penelitian yang lebih baik tentang kincir angin. 3. Bagi Penulis a. Mempelajari tentang energi angin yang dapat dimanfaatkan sebagai energi terbarukan untuk di kemudian hari. b. Mendapatkan pengetahuan dari cara pembuatan kincir angin.

20 BAB II DASAR TEORI 2.1 Energi Angin Energi merupakan suatu kekuatan yang dimiliki oleh suatu zat sehingga zat tersebut mempunyai pengaruh pada keadaan sekitarnya. Energi angin yang jumlahnya sangat tak terbatas dan banyak dimanfaatkan untuk meringankan kerja manusia. Angin memberikan energi gerak sehingga mampu mengerakan energi kincir angin, perahu layar dan bahkan bisa dimanfaatkan untuk pembangkit energi listrik yang berupa turbin angin. Keberadaan energi angin ini terdapat di atmosfer atau lapisan udara bumi yang mengandung banyak partikel udara dan gas. Kondisi atmosfer atau lapisan udara yang menyelimuti bumi mengandung berbagai macam molekul gas dan terdiri dari beberapa lapisn. Lapisan atmosfer yang paling terendah berupa troposfer. Lapisan troposfer sangat tipis bila dibandingkan dengan diameter bumi. Pada troposfer, semua peristiwa cuaca seperti angin terjadi. Energi angin merupakan sumber daya alam yang terbarukan yang memiliki jumlah tidak terbatas di sekitar permukaan bumi. Energi angin adalah energi yang terkandung pada massa udara yang bergerak. Energi angin berasal dari energi matahari. Pemanasan bumi oleh sinar matahari menyebabkan perbedaan massa jenis (ρ) pada udara. Perbedaan massa jenis ini menyebabkan perbedaan tekanan pada udara sehingga akan terjadi aliran fluida dan menghasilkan angin. Kondisi aliran angin dipengaruhi oleh medan atau permukaan bumi yang dilalui oleh aliran angin dan perbedaan temperatur permukaan bumi. 5

21 6 2.2 Asal Energi Angin Hampir semua energi terbarukan, termasuk energi pasang surut, arus dan gelombang air, bahkan energi fosil berasal dari energi matahari. Matahari meradiasikan 1,74 x joule energi ke permukaan bumi pada setiap detikntya. Sekitar 1% hingga 2% dari energi yang datang dari matahari diubah menjadi bentuk energi angin. Jadi, energi angin berjumlah kali lebih banyak dari pada energi yang diubah menjadi biomassa oleh seluruh tumbuhan yang ada dimuka bumi. Sebagaimana diketahui, pada dasarnya angin terjadi karena perbedaan temperatur antara udara panas dan udara dingin. Daerah sekitar khatulistiwa, yaitu pada busur 0 o, adalah daerah yang mengalami pemanasan lebih banyak dari matahari dibanding daerah lainnya di Bumi. 2.3 Jenis-Jenis Kincir Angin Kincir angin adalah sebuah alat yang digerakan oleh tenaga angin sehingga menghasilkan energi mekanik atau gerak. Kincir angin dulunya banyak ditemukan di negara-negara Eropa khususnya Belanda dan Denmark yang waktu itu banyak digunakan untuk irigasi, menumbuk hasil pertanian, penggilingan gandum dan pembangkit tenaga listrik. Secara umum kincir angin digolongkan menjadi dua jenis menurut porosnya: kincir angin poros horisontal dan kincir angin poros vertikal.

22 Kincir Angin Poros Horisontal Kincir angin poros horisontal atau propeler adalah kincir angin yang memiliki poros sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai dengan arah angin. Kincir angin poros horisontal ini memiliki jumlah blade lebih dari dua, kincir angin ini dapat berputar dikarenakan adanya gaya aeorodinamis yang bekerja pada suatu kincir. Beberapa jenis kincir dengan poros horisontal adalah seperti yang ditunjukan dalam Gambar 2.1. Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horisontal (Sumber : evwind.es, diakses 13 desember 2014) Kelebihan kincir angin poros horisontal diantaranya adalah: 1. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi. 2. Setiap sepuluh meter keatas, kecepatan angin meningkat 20% keatas. 3. Tidak memerlukan karakteristik angin karena arah angin langsung menuju rotor. 4. Banyak digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik. Disamping memiliki kelebihan, kincir angin poros horizontal juga memiliki kekurangan diantaranya adalah:

23 8 1. Kontruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menahan generator dan gearbox yang berat. 2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikan dengan arah angin Kincir Angin Poros Vertikal Kincir angin poros vertikal adalah salah satu jenis kincir yang posisi porosnya lurus dengan arah angin atau dengan kata lain 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 horisintal. Beberapa jenis kincir angin poros vertikal adalah seperti yang ditunjukan dalam Gambar 2.2. Gambar 2.2 Kincir Angin Sumbu Vetikal (Sumber : evwind.es, diakses 13 desember 2014) Kelebihan kincir angin poros vertikal diantaranya adalah: 1. Dapat menerima arah angin dari segala arah. 2. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.

24 9 3. Memiliki torsi yang besar pada putaran rendah. 4. Tidak perlu mengatur sudut-sudut untuk menggerakan sebuah generator. Adapun kekurangan Kincir angin poros vertikal diantaranya adalah: 1. Bekerja pada putaran rendah sehingga energi yang dihasilkan kecil. 2. Hanya dapat mengkonversi energi angin 50% dikarenakan adanya gaya drag tambahan. 3. Dipasang ditempat rendah sehingga faktor keselamatan perlu diperhatikan 2.4 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap Tsr Menurut Albert Betz ilmuwan Jerman koefisien daya maksimal dari kincir angin adalah 59% seperti yang terlihat pada Gambar 2.3 : Gambar 2.3 Grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) dengan tips speed ratio (tsr) dari beberapa jenis kincir. (Sumber : diakses 13 desember 2014) 2.5 Kincir Angin Propeler Dalam tugas akhir ini saya akan membahas tentang kincir angin sumbu horisontal jenis propeler. Kincir angin propeler merupakan kincir angin yang

25 10 konvensional dimana suatu putaran searah dengan arah angin dengan jumlah sudu tiga. Kelebihan kincir angin propeler, diantaranya adalah : 1. Mampu menghasilkan daya yang besar. 2. Konstruksi kincir lebih sederhana. 3. Mampu berputar dengan kecepatan tinggi. 4. Penempatannya jauh dari tanah sehingga memiliki faktor keamanan yang cukup tinggi. 2.6 Rumus Perhitungan Berikut ini adalah rumus-rumus yang digunakan untuk melakukan perhitungan dan analisis kerja kincir angin yang diteliti Energi Kinetik Energi kinetik adalah energi yang di miliki oleh suatu benda yang bergerak. Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik, sehingga dapat dirumuskan : E k = ½ m v 2 (1) dengan : E k = energi kinetic (Joule) m = massa benda (kg) v = kecepatan angin (m/s) Daya adalah energi persatuan waktu, sehingga dapat dituliskan dengan rumus sebagai berikut :

26 11 v 2 (2) dengan : P in = daya angin (watt) = massa udara yang mengalir pada satuan waktu (kg/s) dimana : dengan : = ρ A v (3) ρ = massa jenis udara (kg/m 3 ) A = luas penampang sudu (m 2 ) Dengan menggunakan persamaan (3), maka daya angin P in dapat dirumuskan menjadi: P in = ½ (ρ A v) v 2, yang dapat disederhanakan menjadi. P in = ½ ρ A v 3 (4) Daya Angin Daya angin adalah daya yang dihasilkan oleh angin tiap luasan sudu. Sehingga daya angin dapa digolongkan sebagai energi potensial. Pada dasarnya daya angin merupakan angin yang bergerak persatuan waktu sehingga dapat ditulisa dalam rumus sebagai berikut : Daya = kerja / waktu = energi kinetik / waktu P = ½. m. ν 2 /t = ½ (ρ.a.d).ν 2 /t = ½. ρ. A. ν 2. (d/t) d/t = ν = ½. ρ. A. ν 3

27 12 dalam hal ini : P in = Daya yang disediakan oleh angin (watt) = massa jenis aliran (kg/m 3 ) ν = kecepatan angin (m/s) A = Luas penampang sudu (m 2 ) Torsi Torsi adalah hasil kali dari gaya pembebanan (F) dengan panjang lengan torsi(l). Perhitungan torsi dapat dirumuskan sebagai berikut : dengan : T =F l (5) T = Torsi (Nm) F = gaya pembebanan (N) l = panjang lengan torsi ke poros (m) Tip Speed Ratio Tip speed ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir dengan kecepatan angin. Kecepatan di ujung sudu (v t ) dapat dirumuskan sebagai : dengan : v t = ω r (6) v t = kecepatan ujung sudu ω = kecepatan sudut (rad/s) r = jari jari kincir (m)

28 13 sehingga tsr-nya dapat dirumuskan sebagai berikut : (7) dengan : r = jari jari kincir (m) n = putaran poros kincir tiap menit (rpm) v = kecepatan angin (m/s) Daya kincir angin Daya yang dihasilkan kincir (P out ) adalah daya yang dihasilkan kincir akibat adanya angin yang melintasi sudu kincir. Sehingga daya kincir yang dihasilkan oleh gerakan melingkar kincir dapat dirumuskan : dengan: P out = T ω (8) T = torsi dinamis (N.m) ω = kecepatan sudut didapatkan dari Dengan ini untuk daya yang dihasilkan kincir dapat dinyatakan dengan: P out = T ω dengan : P out = (9) P out n = daya yang dihasilkan oleh kincir angin (watt). = putaran poros (rpm).

29 Koefisien daya Koefisien daya (C p ) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukan perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir (P out ) dengan daya yang disediakan oleh angin (P in ). Sehingga C p dapat dirumuskan : (10) dengan : C p P out P in = Koefisien Daya, = daya yang dihasilkan kincir. = daya yang disediakan oleh angin.

30 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Diagram Penelitian Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perencanaan kincir hingga analisis data. Langkah kerja dalam penelitian ini adalah seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.1 Mulai Perancangan kincir angin propeler tiga sudu Pembuatan kincir angin dengan bahan dasar triplek dengan tiga variasi perlakuan permukaan depan sudu Pengambilan data. Untuk mengetahui kecepatan putaran poros kincir, kecepatan angin, dan beban pengereman pada kincir Pengolahan data untuk mencari koefisien daya dan tip speed ratio. Membandingan koefisien daya dan tip speed ratio pada masing masing variasi kincir angin Analisa serta pembahasan data dan pembuatan laporan Selesai Gambar 3.1 Diagram aliran metode penelitian kincir angin 15

31 Alat dan Bahan Kincir ini merupakan jenis kincir angin propeler dengan variasi tanpa lapisan dan dengan lapisan seng. Kincir ini dibuat dari bahan kayu dengan ukuran tebal 0,8 cm dan dilapisi dengan lapisan berbahan seng dengan diameter 80 cm. Berikut merupakan alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini : 1. Sudu kincir angin Ukuran panjang sudu kincir menentukan daerah sapuan atau jatuhnya angin, sebagai tempat yang menerima energi angin sehingga dapat membuat dudukan sudu atau turbin berputar. Variasi yang digunakan adalah variasi kehalusan permukaan pada sudu, yaitu sudu tanpa lapisan, sudu dengan lapisan seng, dan sudu dengan lapisan anyaman bambu. Dimana semua sudu memiliki bentuk dan ukuran yang sama seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.2 Gambar 3.2 Tiga variasi pelapisan sudu kincir yang di teliti, a). tanpa lapisan, b) lapis anyanman bambu, c) lapis seng

32 17 2. Dudukan sudu Dudukan sudu merupakan bagian dari komponen kincir yang berfungsi sebagai tempat terpasangnya sudu, seperti yang ditunjukan Gambar 3.3. Dudukan sudu ini memiliki empat buah lubang untuk pemasangan sudu namun pada penelitian ini, hanya digunakan dua lubang saja karena hanya dua buah sudu yang akan dipasang. Gambar 3.3 Dudukan sudu 3. Terowongan Angin (Wind Tunnel) Terowongan angin (wind tunnel) adalah sebuah lorong angin dengan tinggi 1,2 meter, lebar 1,2 meter, dan panjang 2,4 meter, seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.4. Terowongan angin ini berfungsi sebagai tempat angin bergerak dengan kecepatan tertentu dan juga sebagai tempat pengujian kincir angin. Terowongan angin ini dapat diatur kecepatan anginnya dengan cara mengatur jarak antara wind tunnel dengan blower sesuai keinginan, dengan cara menarik blower.

33 18 Gambar 3.4 Terowongan angin 4. Blower Blower, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.5. Berfungsi sebagai penggerak gaya angin untuk menghisap udara dan disalurkan ke terowongan angin (wind tunnel). Gambar 3.5 Fan blower

34 19 5. Anemometer Anemometer, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.6. Berfungsi untuk mengukur kecepatan angin yang ditimbulkan di dalam lorong angin. Gambar 3.6 Anemometer 6. Mekanisme pengereman Mekanisme pengereman ini, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.7. Berfungsi sebagai beban pada perputaran kincir untuk mengetahui besar-nya torsi dan kecepatan putaran kincir angin. Terdapat sebuah piringan atau disc pada komponen ini sebagai tempat terjadinya gaya gesek untuk pengereman.

35 20 Gambar 3.7 Mekanisme pengereman 7. Tachometer Takometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan putaran poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (revolutions per minute). Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.8. Jenis takometer yang digunakan adalah jenis digital dengan meletakkan sinar yang dimunculkan oleh takometer ke piringan poros yang berputar. Gambar 3.8 Tachometer

36 21 8. Neraca pegas Neraca pegas digunakan untuk mengetahui nilai beban pengereman pada kincir disaat kincir angin berputar, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.9. Neraca pegas ini diletakan pada bagian mekanisme pengereman dan dihubungkan dengan kopling sederhana menggunakan benang dan pemberat yang jarak telah disesuaikan. Gambar 3.9 Neraca pegas 9. Penopang kincir Penopang kincir berfungsi sebagai penopang sudu pada saat kincir berputar. Poros kincir ini juga sebagai penghubung antara kincir dengan mekanisme pengereman.

37 Variabel Penelitian Variabel dalam penelitian ini adalah : 1. Variasi pembebanan kincir yaitu dari posisi kincir berputar maksimal sampai kincir dalam posisi diam. 2. Variasi kehalusan permukaan triplek, dengan menggunakan lapisan plat seng dan variasi tanpa menggunakan lapisan. 3.4 Variabel yang diukur Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah : 1. Kecepatan angin, (m/s) 2. Beban pengimbang, (N) 3. Putaran kincir, (rpm) 3.5 Parameter yang Dihitung Parameter yang dihitung untuk mendapatkan karakteristik kincir angina adalah: 1. Daya angin (P in ) 2. Daya kincir (P out ) 3. Gaya pengimbang torsi (T) 4. Koefisien Daya (C p )

38 Langkah Penelitian Pengambilan data kecepatan angin, beban pengereman, dan putaran poros dilakukan secara bersamaan melalui langkah-langkah sebagai berikut : 1. Memasang kincir di dalam terowongan angin. 2. Kincir di hubungkan dengan dengan mekanisme pengereman yang terhubung langsung lewat sebuah poros. 3. Memasang anemometer pada terowongan di depan kincir angin untuk mengukur kecepatan angin di saluran terowongan angin. 4. Memasang neraca pegas pada tempat yang telah di tentukan. 5. Memasang benang beserta pemberatnya sebagai penghubung antara neraca pegas dengan lengan poros pada mekanisme pengereman. 6. Jika langkah 1 sampai 5 telah dilakukan, blower di hidupkan untuk menghembuskan angin pada terowongan angin. 7. Percobaan pertama adalah variasi triplek tanpa lapisan, percobaan kedua triplek dengan lapisan seng. 8. Variasi beban pada mekanisme pengereman untuk mendapatkan variasi beban di gunakan 1 karet, 2 karet, 3 karet, 4 karet, dan seterusnya. 9. Ukur kecepatan kincir angin melalui putaran porosnya dengan menggunakan takometer, beban untuk menghitung torsi yang terbaca pada neraca pegas secara bersamaan. 10. Jika pengamatan pertama selesai, matikan blower. 11. Melepaskan kincir kemudian ganti sudu dengan variasi yang lain. 12. Memasang kembali kincir dengan variasi selanjutnya tersebut di dalam

39 24 terowongan angin. 13. Menghidupkan kembali blower untuk melakukan pengamatan berikutnya. 14. Mengulangi langkah 6 hingga 13 untuk variasi sudu- sudu yang berikutnya Desain Kincir Desain kincir yang dibuat seperti pada Gambar 3.1. dari gambar tersebut dapat kita ketahui bahwa model kincir angin yang dibuat berukuran 80 cm dengan sudut patahan 10 o. 35,5 cm 4,5 cm 8,5 cm 6 cm 30 cm Gambar 3.10 Desain kincir angin 2,5 cm 6 cm Sudut patahan 10 o Gambar 3.11 Sudut patahan kincir angin.

40 BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Penelitian Berikut ini data pengujian kincir angin tiga sudu jenis propeler. Dengan variasi tanpa lapisan (polos), lapis seng lengkung, dan lapis anyaman bambu. Data yang diperoleh dapat dilihat dari Tabel 4.1,Tabel 4.2, dan Tabel 4.3. Tabel 4.1 Data pengujian kincir angin tiga sudu triplek tanpa lapisan (polos) No Kecepatan angin, v (m/s) Gaya pengimbang,f (gram) Putaran kincir, n (rpm) 9, , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

41 26 Tabel 4.2 Data pengujian kincir angin tiga sudu dengan variasi lapis seng No 1 2 Kecepatan angin, v (m/s) Gaya pengimbang,f (gram) Putaran kincir, n (rpm) 8, , , , , , , , , , , , , , , Tabel 4.3 Data pengujian kincir angin tiga sudu dengan variasi lapis anyaman bambu. No Kecepatan angin, v (m/s) Gaya pengimbang,f (gram) Putaran kincir, n (rpm) 8, , , , , , , , , , , , , ,

42 Pengolahan Data dan Perhitungan Dalam pengolahan data digunakan beberapa asumsi utuk mempermudah pengolahan dan perhitungan data sebagai berikut : a. Percepatan gravitasi bumi = 9,81 m /s 2 b. Massa jenis udara 1.18 kg/m Perhitugan Daya Angin Sebagai contoh perhitungan diambil dari Table 4.1 pada pengujian pertama dan pembebanan kedua diperoleh kecepatan angin 9,07 m/s, massa jenis udara (ρ) = 1,18 kg/m 3, dan luas penampang (A) = 0,50 m 2. Dari data ini daya angina yang disediakan adalah : P in = ½. ρ. A. v 3 = ½. 1,18. 0,50. (9,07) 3 = 215 watt Perhitungan Torsi Sebagai contoh perhitungan diambil dari pengujian yang dilakukan besar torsi dapat kita hitung. Diambil dari Tabel 4.1 pada pengujian pertama, dan pembebanan ke dua. Dari data diperoleh besaran gaya (F) = 0,5886 Newton dan jarak lengan torsi ke poros sebesar 0,11 m. maka torsi dapat dihitung : T = F. l = 0, ,11 = 0,0647 N.m Jadi torsi yang dihasilkan sebesar 0,0647 N.m

43 Perhitungan Daya Kincir Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1 pada pengujian pertama dan pembebanan kedua diperoleh kecepatan angin 9,07 m/s, putaran poros (n) sebesar 758,33 rpm, dan torsi yang telah diperhitungkan pada Sub Bab sebesar = 0,0647 N.m, maka besarnya daya kincir terhitung adalah : P out = T. ω = 0,0647. = 0,0647. = 5,14 watt Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr) Sebagai contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1 pada pengujian pertama dan pembebanan kedua diperoleh putaran poros kincir angin sebesar 79,4 rad/s, jari jari (r) kincir angin sebesar 0,4 m, dan kecepatan angin sebesar 9,07 m/s, maka tip speed ratio terhitung adalah : tsr = = = 3,50 Jadi tip speed ratio yang diperoleh sebesar 3,50

44 Perhitungan Koefisien Daya (C p ) Sebagai contoh perhitungan diambil dari perhitugan diatas yakni, daya angin pada sub bab 4.21 sebesar 221 watt dan daya yang dihasilkan kincir angin pada Sub bab sebesar 5,14 watt, maka koefisien daya terhitung adalah : = 5,14 / 221 = 0,02 Jadi koefisien daya yang diperoleh sebesar 0,02

45 4.3 Hasil Perhitungan Dari pengujian kincir angin yang dilakukan dengan variasi lapisan yang berbeda maka dapat diperhitungkan seperti pada Sub Bab 4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan. Data - data perhitungan dapat dilihat pada Tabel Tabel 4.4 Perhitugan model kincir angin tanpa lapisan/polos kec. Angin rata rata, v (m/s) Gaya pengimbang rata rata, F (gram) Putaran kincir, n (rpm) Gaya pengimbang rerata, F (N) Beban torsi, T (N.m) Kecepatan sudut, ω (rad/s) Daya angin, P in (watt) Daya output kincir, P out (watt) Tip speed ratio, tsr 9, , ,68 0 Koefisien daya, C p (%) 8, ,59 0,06 79, ,14 3,57 2,46 8, ,98 0,11 69, ,49 3,20 3,88 8, ,44 0,16 62, ,83 2,89 5,21 8, ,70 0, ,68 5,46 9, ,96 0, ,9 2,45 5,49 8, ,09 0, ,5 2,24 5,45 30

46 Tabel 4.5 Perhitungan model kincir angin dengan lapisan seng Gaya Gaya Beban kec. Angin Putaran pengimbang pengimbang torsi, rata rata, v kincir, rata rata, rerata, F T (m/s) n (rpm) F (gram) (N) (N.m) Kecepatan sudut, ω (rad/s) Daya angin, P in (watt) Daya output kincir, P out (watt) Tip speed ratio, tsr Koefisien daya, C p (%) 8, , ,92 0 8, ,65 0,07 73, ,28 3,36 2,67 8, ,08 0,12 63, ,59 2,95 3,93 8, ,34 0,15 56, ,28 2,59 4,29 8, ,60 0,18 45, ,99 2,04 3,82 Tabel 4.6 Perhitungan model kincir angin dengan lapisan anyaman bambu. Gaya Gaya Beban kec. Angin Putaran Kecepatan pengimbang pengimbang torsi, rata rata, v kincir, sudut, ω rata rata, rerata, F T (m/s) n (rpm) (rad/s) F (gram) (N) (N.m) Daya angin, P in (watt) Daya output kincir, P out (watt) Tip speed ratio, tsr Koefisien daya, C p (%) 8, , ,41 0 8, ,39 0,04 67, ,92 3,13 1,51 8, ,69 0,08 59, ,50 2,84 2,56 8, ,95 0,10 49, ,16 2,27 2,64 8, ,21 0,13 40, ,37 1,87 2,81 31

47 Daya kincir, P out (watt) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI GRAFIK HASIL PERHITUNGAN Dari pengolahan data yang dilakuakan pada Sub Bab 4.2 dan 4.3 maka dapat diperoleh grafik. Grafik hubungan tersebut antara lain grafik antara C p dan tsr, grafik hubungan torsi dan rpm, dan grafik hubungan antara daya dengan torsi. Untuk lebih lengkapnya dapat dilihat pada grafik grafik berikut : Grafik Hubungan Antara Daya Dan Torsi Untuk Kincir Angin Tanpa Lapisan Dari data yang diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat dibuat grafik hubungan torsi dan daya kincir (P out ) ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 Torsi, T (N.m) Gambar 4.1 Grafik hubungan antara torsi dan daya kincir untuk model kincir angin tanpa lapisan Dari Gambar 4.1 diatas dapat diketahui daya kincir (P out ) yang dihasilkan model kincir angin tanpa lapisan sekitar 11,7 watt pada torsi sekitar 0,23 N.m.

48 Daya kincir, P out ( watt) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Grafik Hubungan Antara Daya Dan Torsi Untuk Kincir Angin lapis Seng Dari data yang diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat dibuat grafik hubungan torsi dan daya kincir (P out ) ,05 0,1 0,15 0,2 Torsi, T (N.m) Gambar 4.2 Grafik hubungan antara torsi dan daya untuk model kincir angin lapis seng lengkung Dari Gambar 4.2 diatas dapat diketahui, model kincir angin yang dilapis dengan seng lengkung, menghasilkan daya kincir (P out ) sekitar 8,1 watt pada torsi sekitar 0,17N.m

49 Daya kincir, P out (watt) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Grafik Hubungan Antara Daya dan Torsi untuk KIncir Angin lapis Anyaman Bambu Dari data yang diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat dibuat grafik hubungan torsi dan daya kincir (P out ) ,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 Torsi, T (N.m) Gambar 4.3 Grafik hubungan antara daya dan torsi untuk model kincir angin lapis anyaman bambu Dari Gambar 4.3 diatas dapat diketahui, model kincir angin lapis anyaman bambu daya kincir (P out ) yang dihasilkan sekitar 5,4 watt pada torsi sekitar 0,14 N.m.

50 Putaran, n (Rpm) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Grafik Hubungan Antara Torsi dan Putaran untuk Kincir Angin Tanpa Lapisan Dari data yang diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat dibuat grafik hubungan torsi dan putaran (rpm) ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 Torsi, T (N.m) Gambar 4.4 Grafik hubungan antara Torsi dan Putaran untuk model kincir angin tanpa lapisan Dari Gambar 4.4 diatas dapat diketahui, model kincir angin tanpa lapisan dapat menghasilkan torsi sekitar 0,23 N.m dan terjadi pada putaran 478 rpm.

51 Putaran, n (Rpm) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Grafik Hubungan Antara Torsi dan Putaran untuk Kincir Angin Lapis Seng Dari data yang diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat dibuat grafik hubungan torsi dan putaran (rpm) ,05 0,1 0,15 0,2 Torsi, T (N.m) Gambar 4.5 Grafik hubungan antara torsi dan putaran untuk model kicir angin lapis seng lengkung Dari Gambar 4.5 diatas dapat diketahui, model kincir angin lapis seng lengkung dapat menghasilkan torsi sekitar 0,18 N.m pada putaran 433 rpm.

52 Putaran, n (Rpm) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Grafik Hubungan Antara Torsi dan Putaran untuk Kincir Angin Lapis Anyaman Bambu Dari data yang diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat dibuat grafik hubungan torsi dan putaran (rpm) ,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 Torsi, T (N.m) Gambar 4.6 grafik hubungan antara torsi dan putaran untuk model kincir angin lapis anyaman bambu Dari Gambar 4.6 diatas dapat diketahui, model kincir angin lapis anyaman bambu dapat menghasilkan torsi sekitar 0,13 N.m pada putaran 385 rpm.

53 Grafik Hubngan Antara Koefisien Daya Maksimal (C pmax ) dan tip speed ratio (tsr) untuk Kincir Angin Tanpa Lapisan Pada Gambar 4.7 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya maksimal dan tsr optimal untuk kincir angin variasi sudu polos diperoleh persamaan y = -3,8576x ,639x- 19,34 dimana y adalah koefisien daya dan x menyatakan tip speed ratio. Untuk menentukan nilai koefisien daya maksimal dan tsr optimal kaitannya, nilai tsr optimal dapat dihitung dari derivatif yang diatur sama dengan nol. (-3,8576x ,639x- 19,34) = 0 2(-3,8576)x + 19,639 = 0-7,7152x + 19,639 = 0 7,7152x = 19,639 x = x = 2,55 Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan bahwa tip speed ratio optimal, diperoleh sebesar 2,55 Nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai x yang dimasukan ke dalam persamaan sebagai berikut : y = -3,8576x ,639x- 19,34 y = -3,8576(2,55) ,639(2,55) 19,34 y = 5,78

54 Koefisien daya, % (C p ) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 39 Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan bahwa koefisien daya maksimal (C pmax ), diperoleh sebesar 5,78% y = -3,8576x ,639x - 19,34 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Tip speed ratio, tsr Gambar 4.7 grafik hubungan antara C p dan tsr untuk model kincir angin tanpa lapisan Grafik Hubngan Antara Koefisien Daya Maksimal (C pmax ) dan tip speed ratio (tsr) untuk Kincir Angin Lapis Seng Pada Gambar 4.8 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya maksimal dan tsr optimal untuk kincir angin variasi sudu lapis seng diperoleh persamaan y = -2,1762x ,914x 9,3743 dimana y adalah koefisien daya dan x menyatakan tip speed ratio. Untuk menentukan nilai koefisien daya maksimal dan tsr optimal kaitannya, nilai tsr optimal dapat dihitung dari derivatif persamaan diatas yang diatur sama dengan nol.

55 40 ( x x ) = 0 2(-2,1762)x + 10,914 = 0-4,3524x + 10,914 = 0 4,3524x = 10,914 x = x = 2,5 Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan bahwa tip speed ratio optimal, diperoleh sebesar 2,5 Nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai x yang dimasukan ke dalam persamaan sebagai berikut : y = -2,1762x x y = -2,1762 (2,5) ,914 (2,57) 9,3743 y = 4,3 Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan bahwa koefisien daya maksimal (C pmax ), diperoleh sebesar 4,3%

56 Koefisien daya, % (C p ) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI y = x x tip speed ratio, tsr Gambar 4.8 Garfik hubungan antara C p dan tsr unutk model kincir angin lapis seng Grafik Hubngan Antara Koefisien Daya Maksimal (C pmax ) dan tip speed ratio (tsr) untuk Kincir Angin Lapis Anyaman Bambu Pada Gambar 4.9 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya maksimal dan tsr optimal untuk model kincir angin variasi sudu lapis anyaman bambu diperoleh persamaan y = -2,2306x ,16x 8,5503 dimana y adalah koefisien daya dan x menyatakan tip speed ratio. Untuk menentukan nilai koefisien daya maksimal dan tsr optimal kaitannya, nilai tsr optimal dapat dihitung dari derevatif persamaan diatas yang diatur sama dengan nol. (-2,2306x ,16x 8,5503) = 0 2(-2,2306)x + 10,16 = 0-4,4612x + 10,16 = 0 4,4612x = 10,16

57 Koefisien daya, % (C P ) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 42 x = x = 2,2 Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan bahwa tip speed ratio optimal, diperoleh sebesar 2,2 Nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai x yang dimasukan ke dalam persamaan sebagai berikut : y = -2,2306x ,16x 8,5503 y = -2,2306 (2,2) ,16 (2,02) 8,5503 y = 3,00 Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan bahwa koefisien daya maksimal (C pmax ), diperoleh sebesar 3,00% 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 y = x x tip speed ratio, tsr Gambar 4.9 Grafik hubungan antara C p dan tsr untuk kincir angin lapis anyaman bambu.

58 Koefisien daya, % (C p ) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Grafik Perbandingan Tiga Variasi Perlakuan Lapisan Sudu Permukaan Berikut ini adalah grafik-grafik perbandingan tiga variasi yakni, grafik daya dengan torsi, grafik torsi dengan putaran/rpm, dan grafik koefisien daya (C p ) dengan tip speed ratio (tsr) Grafik Perbandingan Koefisien Daya Maksimal (C p ) dan tip speed ratio (tsr) Data yang sudah diolah, dapat dilihat pada Gambar 4.12, grafik ini menunjukan perbandingan antar ketiga variasi yang diteliti, yakni perbandingan antara koefisien daya maksimal (C pmax ) dan tip speed ratio (tsr). Dapat diketahui bahwa model kincir angin dengan sudu tanpa lapisan memiliki koefisien daya yang lebih besar dibandingkan dengan variasi yang lainnya, dikarenakan kincir angin yang tanpa lapisan memiliki permukaan yang halus, sehingga tidak terjadi hambatan Tip speed ratio, tsr 1. polos 2. lapis seng 3. lapis anyaman bambu Gambar Grafik perbandingan koefisien daya maksimal(c pmax ) dan tip speed ratio (tsr) untuk tiga variasi lapisan permukaan sudu

59 BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan Dari penelitian kincir angin propeler tiga sudu dalam bentuk kerucut dari bahan triplek ukuran 8 mm, maka dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Telah berhasil dibuat kincir angin propeler tiga sudu poros horizontal dengan tiga variasi, yakni sudu tanpa lapisan, sudu lapis seng, dan sudu lapis anyaman bambu, dan telah digunakan untuk penelitian. 2. Kincir angin propeler tanpa lapisan dapat menghasilkan daya kincir output sebesar 11,9 watt, pada kecepatan angin rata-rata 9,0 m/s dan koefisien daya puncak sebesar 5,7% pada tip speed ratio 2,5. Kincir angin propeler lapis seng dapat menghasilkan daya kincir output sebesar 8,28 watt, pada kecepatan angin rata-rata 8,67 m/s dan koefisien daya puncak sebesar 4,3% pada tip speed ratio 2,5. Kincir angin propeler lapis anyaman bambu dapat menghasilkan daya kincir output sebesar 5,37 watt, pada kecepatan angin rata-rata 8,63 m/s dan koefisien daya puncak sebesar 3% pada tip speed ratio 2,2 3. Dari ketiga variasi sudu kincir angin yang diteliti, kincir angin tanpa lapisan memiliki koefisien daya paling tinggi, dengan koefisien daya puncak 5,78% pada tip speed ratio 2,5. 44

60 Saran Setelah selesai melakukan penelitian pada model kincir angin poros horizontal dengan tiga variasi, maka didapatkan kekurangan dan kelebihan dari masing masing variasi kincir angin. Saran-saran berikut ini bisa menjadi referensi untuk penelitian kincir angin selanjutnya. a. Perlu dikembangkan penelitian lebih lanjut mengenai berbagai bentuk sudu yang mampu meningkatkan unjuk kerja kincir. b. Untuk mendapatkan hasil yang maksimal, kehalusan kincir perlu diperhatikan, karena semakin halus permukaan sudu kincir bagian belakang, maka hambatannya akan semakin kecil. c. Kepresisian dalam pemasangan kincir angin perlu diperhatikan untuk mendapatkan hasil yang akurat. d. Periksa dengan teliti komponen kincir dan komponen pendukung kincir sebelum pengambilan data. Hal ini perlu dilakukan untuk meminimalisir rugirugi yang dapat mempengaruhi unjuk kerja kincir.

61 46 DAFTAR PUSTAKA Culp, Archie W., 1985, Prinsip-Prinsip Konversi Energi., Terjemahan oleh Darwin Sitompul, Erlangga, Bandung. Daryanto,Y., 2007, Kajian Potensi angin UntukPembangkit Listrik Tenaga Bayu, Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, Pengelolaan Energi Nasional. Daryanto, T. 2012, Energi Terbarukan, : Tanggal 22April Ginting, Soeripno, J., 1993, Pemasangan dan Uji Coba Pemanfaatan Kincir Angin Poros Horisontal., Lembaga Fisika Nasional LIPI,Bandung Johnson, G.L., 2006, Wind Energy System, Manhattan. Diakses : Tanggal 12 April Kadir, A., 1995, Energi : Sumber Daya, Inovasi, Tenaga Listrik dan Potensial Ekonomi., Penerbit Universitas Indonesia, Jakarta. Sari, Eka. 2012, Belanda Sang Negeri Kincir Angin, diakses : Tanggal 22 April 2015