BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Spesifikasi kincir angin Jenis kincir angin Kapasitas generator Jumlah blade Jenis blade Diameter kincir angin Tinggi tiang kincir angin Variasi sudut blade Beban Spesifikasi generator : Kincir angin sumbu horizontal : 500 Watt : 3 Buah : Airfoil Clark Y Flat Bottom : 3 Meter : 8 Meter : 10, 15, dan 20 : Bolam lampu 360 Watt : 500 Watt / 48 Volt Gambar 4.1 Kincir angin 28
29 a f e b d c Gambar 4.2 Komponen kincir angin sumbu horizontal Keterangan: a : Blade b : Tiang penyangga c : Spaner d : Kabel e : Generator f : Ekor
30 4.2 Pengujian kincir angin Pengujian kincir angin tipe Horizontal Wind Axis Turbine (HAWT) dengan blade airfoil Clark Y Flat Bottom dilakukan di Pantai Baru, Poncosari, Srandakan, Kec. Bantul, Daerah Istimewa Yogyakarta. Sebelum melakukan pengujian, terlebih dahulu melakukan perakitan kincir angin di laboratorium Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. Pengamatan yang dilakukan pada saat pengujian kincir angin adalah dengan merekam daya output menggunakan datalogger dengan disertai ampere meter dan volt meter. Selain mengamati daya keluaran kincir angin, dilakukan juga pengamatan kecepatan angin yang ada di Pantai Baru, Poncosari, Srandakan, Bantul, Daerah Istimewa Yogyakarta. Data penelitian diperoleh dari rekaman datalogger pada setiap melakukan variasi sudut blade 10 o, 15 o, dan 20 o. Apabila data kecepatan angin dan daya output sudah didapatkan, maka penelitian dilanjutkan dengan membuat sebuah grafik dari hasil pengamatan yang sudah dilakukan. 4.2.1 Data hasil pengujian kincir angin Dari pengujian dengan variasi sudut blade 10 o seperti pada gambar 4.3 yang dilakukan, diperoleh data yang dapat dilihat pada tabel 4.1. Blade Hub Sudut 10 o Gambar 4.3 Pengaturan sudut blade 10 o pada hub
31 Tabel 4.1 Data pengujian kincir angin dengan variasi sudut 10 o Kecepatan Angin (m/s) Arus (Ampere) Tegangan (Volt) Daya (Watt) Efisiensi (%) 0.93 0 0 0 0% 1.5 0.30 10.21 3.14 23% 1.6 0.34 12.1 4.19 25% 1.8 0.55 13.2 7.22 31% 1.9 0.57 16.83 9.51 34% 2 0.74 15.21 11.23 35% 2.1 1.04 12.75 13.27 35% 2.3 1.47 11.93 17.48 36% 2.4 1.59 13.38 21.29 38% 2.5 2.07 11.98 24.84 39% 2.6 2.82 10.1 28.46 40% 3 4.29 10.36 44.42 41% 3.3 4.02 15.36 61.76 42% Dapat diketahui bahwa perhitungan daya angin dapat dihitung menggunakan asumsi temperatur di daerah pantai Pandansimo Bantul Daerah Istimewa Yogyakarta, secara geografis temperature = 30 37 Asumsi = 35 Diketahui dari tabel propertis udara pada tekanan 1 atm diperoleh: = 1,145 kg/ A = = (m²)
32 = 7,0686 m² V = 1,5 m/s Dengan menggunakan persamaan Pangin = xρxaxv 3, maka daya angin yang diperoleh adalah: Pangin = x1,145 kg/ x7,067 m² x(1,5 m/s)³ = 13,66 Watt Poutput = 3,14 Watt Efisiensi kincir angin dapat diketahui dengan perhitungan sebagai berikut: = x100% = x100% = 23% Kincir angin dengan variasi sudut 10 o mulai berputar pada pukul 11:30 WIB dan kincir angin berhenti pada pukul 19:00 WIB seperti yang terlihat pada gambar 4.4 di bawah ini. Kincir angin mulai berputar pada pukul 11:30 WIB dikarenakan cuaca mendung, akan tetapi tidak terjadi badai pada pagi hari dan cuaca cerah kembali pada sore harinya.
0.93 1.5 1.6 1.8 1.9 2 2.1 2.3 2.4 2.5 2.6 3 3.3 P (Watt) 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 P (Watt) V (m/s) 33 70 60 50 Daya Kecepatan Angin 3.5 3 2.5 40 2 30 20 10 0 1.5 1 0.5 0 T (Jam) Gambar 4.4 Grafik hubungan antara kecepatan angin dengan daya keluaran kincir angin terhadap waktu pada sudut 10 o terhadap waktu 70.00 60.00 61.76 50.00 44.42 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 0 3.14 4.19 7.22 9.51 11.23 13.27 17.48 21.29 24.84 28.46 V (m/s) Gambar 4.5 Grafik hubungan antara kecepatan angin dengan daya keluaran kincir angin pada sudut 10 o
34 Gambar 4.5 merupakan grafik yang menunjukkan bahwa kincir angin pada sudut 10 o mulai berputar pada kecepatan angin 0,93 m/s atau sering disebut cut-in speed, dan pada kecepatan angin 1,5 m/s kincir angin mulai menghasilkan daya sebesar 3,14 Watt. Pada grafik tersebut juga terlihat bahwa daya keluaran terbesar terjadi pada kecepatan angin 3,3 m/s yaitu sebesar 61,76 Watt, dan daya terbesar tersebut terjadi pada jam 15.00 WIB. Gambar 4.6 di bawah ini adalah gambar pengaturan sudut blade 15 o pada saat pengujian. Gambar 4.6 Pengaturan sudut blade 15 o pada hub Tabel 4.2 Data pengujian kincir angin dengan variasi sudut 15 o Kecepatan Angin (m/s) Arus (Ampere) Tegangan (Volt) Daya (Watt) Efisiensi % 0.83 0 0 0 0 1.4 1.2 0.96 1.15 10% 1.5 1.72 1.08 1.85 14% 1.8 1.75 2.03 3.56 15% 2.5 2.22 4.67 10.37 16% 2.8 2.41 6.26 15.08 17% 2.9 2.5 7.63 19.08 19% 3.3 2.43 12.52 30.43 25% 3.4 2.71 13.66 37.03 23% 3.5 2.8 15.40 43.13 25% 3.6 3.42 14.51 49.63 26% 3.7 3.55 15.77 55.97 27%
35 Kecepatan Angin (m/s) Arus (Ampere) Tegangan (Volt) Daya (Watt) Efisiensi % 3.8 3.58 17.80 63.74 29% 4.1 3.77 22.04 83.08 30% 4.2 3.87 24.24 93.82 31% 4.3 4.35 22.97 99.93 31% 4.5 4.4 26.59 117.01 32% 4.7 4.84 28.29 136.95 33% 5 8.66 23.48 203.37 40% Dapat diketahui bahwa perhitungan daya angin dapat dihitung menggunakan asumsi temperatur di daerah pantai Pandansimo Bantul Daerah Istimewa Yogyakarta, secara geografis temperature = 30 37 Asumsi = 35 Diketahui dari tabel propertis udara pada tekanan 1 atm diperoleh: = 1,145 kg/ A = = (m²) = 7,0686 m² V = 1,4 m/s Dengan menggunakan persamaan Pangin = xρxaxv 3, maka daya angin yang diperoleh adalah: Pangin = x1,15 kg/ x7,067 m² x(1,4 m/s)³ = 11,10 Watt
8:45 9:45 10:45 11:45 12:45 13:45 14:45 15:45 16:45 17:45 18:45 19:45 20:45 21:45 22:45 23:45 0:45 1:45 2:45 3:45 4:45 5:45 6:45 7:45 P (Watt) V (m/s) 36 Poutput = 1,15 Watt Efisiensi kincir angin dapat diketahui dengan perhitungan sebagai berikut: = x100% = x100% = 10% Kincir angin dengan variasi sudut 15 o mulai berputar pada pukul 08:45 WIB dan berhenti berputar pada pukul 20:45 WIB seperti yang terlihat pada gambar 4.7 di bawah ini. Kincir angin mulai berputar pada pukul 08:45 WIB dikarenakan cuaca cerah pada pagi hari dan cuaca cerah tersebut terjadi sampai sore hari, sehingga kincir angin berhenti berputar pada pukul 20:45 WIB. 120 100 80 Daya Kecepatan Angin 6 5 4 60 40 20 0 3 2 1 0 T (Jam) Gambar 4.7 Grafik hubungan antara kecepatan angin dengan daya keluaran kincir angin terhadap waktu pada sudut 15 o terhadap waktu
0.83 1.4 1.5 1.8 2.5 2.8 2.9 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 4.1 4.2 4.3 4.5 4.7 5 P (Watt) 37 250.00 200.00 203.37 150.00 136.95 117.01 100.00 83.08 93.82 99.93 50.00 0.00 0 1.155 1.85 3.56 10.37 15.08 19.08 30.43 37.03 43.13 49.63 55.97 63.74 Gambar 4.8 Grafik hubungan antara kecepatan angin dengan daya keluaran kincir angin pada sudut 15 o Gambar 4.8 merupakan grafik yang menunjukkan bahwa kincir angin pada sudut 15 o mulai berputar pada kecepatan angin 0,83 m/s atau sering disebut cut-in speed, dan pada kecepatan angin 1,4 m/s kincir angin mulai menghasilkan daya sebesar 1,15 Watt. Pada grafik tersebut juga menunjukkan bahwa daya keluaran terbesar terjadi pada kecepatan angin 5 m/s yaitu sebesar 203,37 Watt, dan daya terbesar tersebut terjadi pada jam 18:45 WIB. Gambar 4.9 di bawah ini adalah gambar pengaturan sudut blade 20 o pada saat pengujian. V (m/s)
38 Gambar 4.9 Pengaturan sudut blade 20 o pada hub Tabel 4.3 Data pengujian kincir angin dengan variasi sudut 20 o Kecepatan Angin (m/s) Arus (Ampere) Tegangan (Volt) Daya (Watt) Efisiensi % 0.8 0 0 0 0% 1.3 0.09 3.78 0.34 4% 1.5 0.1 6.2 0.62 5% 1.6 0.11 9.64 1.06 6% 1.8 0.28 8.32 2.33 10% 1.9 0.38 8.50 3.23 12% 2.4 0.41 17.93 6.05 13% 2.5 0.48 17.56 8.43 13% 2.6 0.57 18.72 10.67 15% 3.1 1.4 13.63 19.08 17% Dapat diketahui bahwa perhitungan daya angin dapat dihitung menggunakan asumsi temperatur di daerah pantai Pandansimo Bantul Daerah Istimewa Yogyakarta, secara geografis temperature = 30 37 Asumsi = 35 Diketahui dari tabel propertis udara pada tekanan 1 atm diperoleh:
39 A = = 1,145 kg/ = (m²) = 7,0686 m² V = 1,3 m/s Dengan menggunakan persamaan Pangin = xρxaxv 3, maka daya angin yang diperoleh adalah: Pangin = x1,15 kg/ x7,067 m² x(1,3 m/s)³ = 2,07 Watt Poutput = 0,34 Watt Efisiensi kincir angin dapat diketahui dengan perhitungan sebagai berikut: = x100% = x100% = 4% Kincir angin dengan variasi sudut 20 o mulai berputar pada pukul 12:00 WIB dan berhenti berputar pada pukul 19:00 WIB seperti yang terlihat pada gambar 4.10 di bawah ini. Kincir angin mulai berputar pada pukul 12:00 WIB dikarenakan cuaca mendung pada pagi hari, akan tetapi tidak terjadi badai. cuaca mendung tersebut terjadi sampai siang hari, dan cuaca cerah pada sore harinya. Kincir angin berhenti
7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 P (Watt) V (m/s) 40 berputar pada pukul 19:00 WIB dikarenakan pada malam harinya cuaca mendung dan terjadi hujan ringan. 25 20 Daya Kecepatan Angin 3.5 3 2.5 15 2 10 5 0 1.5 1 0.5 0 T (Jam) Gambar 4.10 Grafik hubungan antara kecepatan angin dengan daya keluaran kincir angin terhadap waktu pada sudut 20 o terhadap waktu
0.8 1.3 1.5 1.6 1.8 1.9 2.4 2.5 2.6 3.1 P (Watt) 41 25.00 20.00 19.08 15.00 10.00 8.43 10.67 6.05 5.00 0.00 0 0.34 0.62 1.06 2.33 3.23 V (m/s) Gambar 4.11 Grafik hubungan antara kecepatan angin dengan daya keluaran kincir angin pada sudut 20 o Gambar 4.11 merupakan grafik yang menunjukkan bahwa kincir angin pada sudut 20 o mulai berputar pada kecepatan angin 0,8 m/s atau sering disebut cut-in speed, dan pada kecepatan angin 1,3 m/s kincir angin mulai menghasilkan daya sebesar 0,34 Watt. Pada grafik tersebut juga menunjukkan bahwa daya keluaran terbesar terjadi pada kecepatan angin 3,1 m/s yaitu sebesar 19,08 Watt, dan daya terbesar tersebut terjadi pada jam 13:00 WIB. Gambar 4.12 di bawah ini adalah grafik hubungan antara efisiensi kincir angin sudut blade 10 o, 15 o, dan 20 o dengan kecepatan angin.
P (Watt) Efisiensi (%) 42 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 10 15 20 0% 1.5 1.8 2 2.4 2.5 2.6 3 V (m/s) Gambar 4.12 Grafik hubungan antara efisiensi kincir angin dengan kecepatan angin 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1.5 1.8 2 2.4 2.5 2.6 3 10 15 20 V (m/s) Gambar 4.13 Grafik hubungan antara daya kincir angin dengan kecepatan angin
15cm 14,8 cm 14,5 cm 14,1 cm 43 Pada gambar 4.12 terlihat pada kecepatan angin antara 1 hingga 3 m/s, variasi sudut blade 20 o nilai efisiensinya meningkat, namun berada pada angka di bawah 15%, untuk variasi sudut blade 15 o nilai efisiensinya terlihat meningkat seiring dengan meningkatnya kecepatan angin hingga 3 m/s, akan tetapi kenaikan tersebut masih lebih rendah daripada sudut blade 10 o yang memiliki nilai efisiensi lebih tinggi pada kecepatan angin yang sama yaitu diatas 20%, hal ini disebabkan karena pada sudut blade 10 o luasan blade yang menangkap angin lebih banyak, yaitu sebesar 1.480 m 2 seperti yang terlihat pada tabel 4.4 dibawah ini. Variasi sudut blade yang dilakukan pada kincir angin Horizontal Wind Axis Turbine (HAWT) dengan blade airfoil Clark-y Flat Bottom menunjukkan bahwa sudut blade 15 o dan 20 o tidak cocok untuk kecepatan angin rendah antara 1,5 m/s -3 m/s, hal ini disebabkan oleh semakin besar sudut serang sebuah blade maka luas penampang blade yang menerima angin semakin kecil, seperti yang terlihat pada gambar 4.14 dibawah ini. Sudut 0 0 Sudut 10 0 Sudut 15 0 Sudut 20 0 Gambar 4.14 Skema beda luas sudut blade 10 o, 15 o, dan 20 o
44 Tabel 4.4 Perbandingan luas penampang blade Variasi sudut Luas blade 0 o 1.500 m 2 10 o 1.480 m 2 15 o 1.450 m 2 20 o 1.410 m 2 Pada gambar 4.13 juga dapat dilihat hasil daya yang diperoleh semakin meningkat seiring dengan bertambahnya kecepatan angin, dan variasi sudut blade akan berpengaruh terhadap daya keluaran kincir angin. Daya yang diperoleh pada variasi sudut blade 10 o menghasilkan daya yang tertinggi seperti pada penelitian yang pernah dilakukan Susanto dkk (2015). Variasi sudut blade 10 o menghasilkan daya lebih tinggi jika dibandingkan dengan daya yang diperoleh pada variasi sudut blade 15 o dan variasi sudut blade 20 o pada kecepatan angin yang sama antara 1,5 m/s 3 m/s. Hal ini menunjukkan bahwa hasil penelitian variasi sudut blade 10 o jenis airfoil Clark-y Flat Bottom menghasilkan daya yang lebih tertinggi dibandingkan dengan sudut blade 10 o jenis Naca 4415.