UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU DATAR DENGAN LEBAR 11,5 CM DARI BAHAN TRIPLEK SERTA VARIASI LAPISAN PERMUKAAN ALUMINIUM DAN ANYAMAN BAMBU TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin Oleh : TOMAS PRASETYA WIDI NIM : 115214057 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2015 i
THE PERFORMANCE OF THREE 11.5 CM IN WIDTH FLAT BLADES PROPELLER WINDMILL MADE OF PLYWOOD MATERIAL WITH ALUMINIUM AND WOVEN BAMBOO LAYER VARIATIONS FINAL PROJECT Presented as partitial fullfilment to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering by : TOMAS PRASETYA WIDI Student Number : 115214057 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2015 ii
TUGAS AKHIR UNJUK KERJA KINCIR AI\TGIN PROPELER TIGA STTDU I}ATAR DENGAI\I LEBAR 11,5 CM DARI BAHAN TRIPLE,K SERTA VARIASI LAPISAN PERMUKAA}I ALUMINIUM I}AN AI\{YAMAN BAMBU iii
t PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDT] I}ATAR DENGAN LEBAR 11,5 CM DARI BAHAN TRIPLEK SERTA YARIASI LAPISAN PER]VIUKAAN ALUMIMUM I}AN ANYAMAN BAMBU Yang dipersiapkan dan disusun oleh: Nama : TOMAS PRASETYA WIDI }.IIM :115214057 Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji pada tanggal 19 Juni 2015 Susunan Dewan Penguji Nama Lengkap Tanda Tangan Ketua : Dr. Drs. Vet. Asan Damanik, M.Si. Sekretaris : Wibowo Kusbandono, S.T.,M.T. Anggota : k.rines, M.T. Yosyakarta, 14 Ju{[ 2OlF Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta rffi gsih Prima Rosa, S. Si.,M. Sc. 1V
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir yang telah dipersiapkan sebagai syarat untuk memperoleh gelar sarjana di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan penulis tidak terdapat karya yang pemah diajukan dan dibuat dengan judul yang sama oleh orang lain, kecuali saya mengambil atau mengutip data dari buku yang tertera pada daftar pustaka. Sehingga yang saya buat ini adalah asli karya penulis. Yogyakarta, 19 Juni 2015 Tomas Prasetya Widi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KATYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Yang bertandatangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma: Nama : TOMAS PRASETYA WIDI Nomor Mahasiswa : 115214057 Dengan pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul: UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU DATAR DENGAN LEBAR 11,5 CM DARI BAHAN TRIPLEK SERTA VARIASI LAPISAN PERMUKAAN ALUMINIUM DAN ANYAMAN BAMBU Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya diinternetatau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal, T9 Juni 2015 Yang m VI
INTISARI Dewasa ini kebutuhan energi listrik belum sepenuhnya tercukupi, terlebih di daerah yang sulit dijangkau oleh jaringan listrik serta menipisnya cadangan bahan bakar jenis fosil dikarenakan pemakaiannya yang berlebih. Untuk memenuhi kebutuhan energi listrik tersebut diperlukan pengembangan energi alternatif, sehingga dapat mengurangi ketergantungan terhadap sumber energi fosil. Salah satu contoh energi alternatif yang dapat digunakan adalah energi angin. Tujuan dari penelitian ini adalah membuat empat model kincir angin yang selanjutnya dilakukan penelitian untuk mengetahui masing-masing model kincir dan mengetahui koefisien daya maksimal tertinggi diantara empat model kincir angin yang diteliti serta tip speed ratio (tsr) optimal kaitannya. Pengujian dilakukan pada model kincir angin propeler tiga sudu datar dari bahan triplek dengan tebal 0,8 mm dengan sudut patahan 10 serta variasi lapisan permukaan sudu yaitu: tanpa lapisan, dengan lapisan plat aluminium di bagian depan sudu, dengan lapisan plat aluminium di bagian depan dan belakang sudu, dan dengan lapisan plat aluminium di bagian belakang serta anyaman bambu di bagian depan sudu. Untuk mengukur dan mengetahui beban torsi (T), daya kincir (P out ), kecepatan angin (rpm), putaran poros, daya angin (P in ), koefisien daya (C p ), dan tip speed ratio, poros kincir dihubungkan ke mekanisme pengereman yang berfungsi untuk memvariasikan beban. Besarnya beban pengereman diukur menggunakan neraca pegas, putaran kincir diukur menggunakan takometer, sedangkan kecepatan angin diukur menggunakan anemometer digital. Setelah melakukan pengujian pada kincir, diperoleh nilai koefisien daya, dan tip speed ratio dari empat variasi model kincir. Variasi sudu tanpa lapisan menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 10,38 %, pada tip speed ratio optimal 2,19, variasi lapisan plat aluminium di bagian depan sudu menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 10,05 %, pada tip speed ratio optimal 2,40, variasi lapisan plat aluminium di bagian depan dan belakang sudu menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 13,52%, pada tip speed ratio optimal 2,57, sedangkan pada variasi lapisan plat aluminium di bagian belakang serta anyaman bambu di bagian depan sudu menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 9,39 %, pada tip speed ratio optimal sebesar 2,16. Dari keseluruhan hasil yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa kincir angin dengan lapisan permukaan plat aluminium di bagian depan dan belakang sudu merupakan variasi terbaik, dengan menghasilkan koefisien daya maksimal 13,52%, pada tip speed ratio optimal 2,57. Kata kunci : Kincir angin propeler, koefisien daya, tip speed ratio. vii
KATA PENGANTAR Puji dan syukur senantiasa kepada Tuhan Yesus Kristus, atas berkat, rahmat, dan karunia-nya yang diberikan dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan lancar dan tepat waktu. Tugas Akhir ini merupakan sebagai salah satu syarat yang wajib untuk setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin. Tugas Akhir ini dilaksanakan dalam rangka memenuhi syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Berkat bimbingan, dukungan dan nasihat dari berbagai pihak, akhirnya Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesarbesarnya kepada : 1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 3. Ir. Rines, M.T. selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah mendampingi dan memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan materi selama kuliah di Universitas Sanata Dharma. viii
5. Raden Benedictus Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si., yang telah membantu memberikan ijin dalam penggunakan fasilitas laboratorium untuk keperluan penelitian ini. 6. Arnoldus Palipung dan Fransiscus Bayu Wiharno selaku rekan saya, yang telah membantu dalam perancangan, pembuatan, perbaikkan alat dan pengambilan data. 7. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan temanteman lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih atas segala bantuanya. Penulis menyadari dalam penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Segala kritik dan saran yang membangun akan sangat penulis harapkan demi penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata seperti yang penulis harapkan semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua. Yogyakarta, 19 Juni 2015 Penulis ix
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i TITLE PAG... ii HALAMAN PERSETUJUAN... iii HALAMAN PENGESAHAN... iv HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA... v LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS... vi INTISARI... vii KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... x DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR TABEL... xv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penelitian... 3 1.4 Batasan Masalah... 3 1.5 Manfaat Penelitian... 4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Konsep Dasar Angin... 5 2.2 Kincir Angin... 5 2.2.1 Kincir Angin Poros Horizontal... 6 2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal... 9 x
2.3 Rumus Perhitungan... 12 2.3.1 Energi Angin... 12 2.3.2 Perhitungan Torsi dan Daya... 13 2.3.3 Torsi... 13 2.3.4 Daya Kincir... 13 2.3.5 Tip Speed Ratio... 14 2.3.6 Koefisian Daya... 14 2.4 Grafik Hubungan Antara C p Terhadap tsr... 15 BAB III MODEL PENELITIAN 3.1 Diagram Alir... 16 3.2 Bahan... 17 3.3 Alat... 18 3.4 Prosedur Penelitian... 23 3.5 Variabel Penelitian... 28 3.6 Variabel yang Diukur... 29 3.7 Parameter yang Dihitung... 29 BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Percobaan... 30 4.5 Perhitungan... 34 4.2.1 Perhitungan Daya Angin... 35 4.2.2 Daya Kincir... 35 4.2.3 Tip Speed Ratio... 35 4.2.4 Koefisien Daya Kincir... 37 4.3 Hasil Perhitungan... 37 4.4 Grafik Hasil Perhitungan... 41 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan... 53 5.2 Saran... 54 DAFTAR PUSTAKA... 55 LAMPIRAN... 56 xi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Kincir angin american multi blade... 7 Gambar 2.2 Kincir angin propeler... 7 Gambar 2.3 Kincir angin dutch four arm... 8 Gambar 2.4 Kincir angin Savonius... 10 Gambar 2.5 Kincir angin rotor Darrieus... 10 Gambar Kincir angin rotor Darrieus H... 11 Gambar 2.7 Grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) dengan tips speed ratio (tsr) dari beberapa jenis kincir... 15 Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin... 16 Gambar 3.2 Terowongan angin (wind tunnel) yang digunakan dalam penelitian... 29 Gambar 3.3 Fan blower... 20 Gambar 3.4 Anemometer... 20 Gambar 3.5 Takometer... 21 Gambar 3.6 Neraca pegas... 21 Gambar 3.7 Sistem pengereman... 22 Gambar 3.8 Penopang kincir... 23 Gambar 3.9 Sudu kincir angin... 24 Gambar 3.10 Sudut patahan kincir angin... 25 Gambar 3.11 Kincir angin yang diteliti... 26 Gambar 3.12 Skema alat uji dalam proses penelitian... 27 Gambar 4.1 Grafik hubungan C p dan tsr untuk variasi sudu kincir tanpa xii
lapisan... 41 Gambar 4.2 Grafik hubungan daya kincir (P out ) dan torsi (T) untuk variasi sudu kincir tanpa lapisan... 42 Gambar 4.3 Grafik hubungan rpm dan torsi (T) untuk variasi tanpa lapisan... 42 Gambar 4.4 Grafik hubungan koefisien daya dan tsr untuk variasi lapis aluminium bagian depan sudu... 44 Gambar 4.5 Grafik hubungan rpm dan torsi untuk variasi lapis aluminium bagian depan sudu... 44 Gambar 4.6 Grafik hubungan torsi dan daya output (P out ) untuk variasi lapis aluminium bagian depan sudu... 45 Gambar 4.7 Grafik hubungan koefisien daya dan tsr untuk variasi sudu kincir lapisan aluminium bagian depan dan bagian belakang sudu... 46 Gambar 4.8 Grafik hubungan rpm dan torsi untuk variasi lapis aluminium bagian depan dan bagian belakang sudu... 47 Gambar 4.9 Grafik hubungan torsi dan daya kincir (P out ) untuk variasi lapis aluminium bagian depan dan bagian belakang sudu... 47 Gambar 4.10 Grafik hubungan koefisien daya dan tsr untuk variasi lapisan aluminium bagian belakang dan anyaman bambu bagian depan sudu... 49 Gambar 4.11Grafik hubungan rpm dan torsi untuk variasi lapisan aluminium bagian belakang dan anyaman bambu bagian depan sudu... 49 Gambar 4.12Grafik hubungan torsi dan daya output (P out ) untuk variasi xiii
lapis aluminium bagian belakang dan anyaman bambu bagian depan sudu... 50 Gambar 4.13Grafik hubungan koefisien daya (C p ) dan tip speed ratio (tsr) untuk semua variasi sudu kincir angin... 51 xiv
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Data percobaan kincir angin variasi sudu kincir tanpa lapisan dengan sudut patahan 10 o... 31 Tabel 4.2 Data percobaan kincir angin variasi sudu kincir lapisan permukaan aluminium bagian depan sudu dengan sudut patahan 10... 32 Tabel 4.3 Data percobaan kincir angin variasi sudu kincir lapisan permukaan aluminium bagian depan dan belakang sudu dengan sudut patahan 10 O... 33 Tabel 4.4 Data percobaan kincir angin variasi sudu kincir lapisan permukaan aluminium bagian belakang dan anyaman bambu bagian depan sudu dengan sudut patahan 10 O... 34 Tabel 4.5 Data pendukung perhitungan... 35 Tabel 4.6 Data perhitungan kincir angin variasi sudu kincir tanpa lapisan... 37 Tabel 4.7 Data perhitungan kincir angin variasi lapisan permukaan aluminium bagian depan... 38 Tabel 4.8 Data perhitungan kincir angin variasi sudu kincir lapisan aluminium bagian depan dan belakang sudu... 39 Tabel 4.9 Data perhitungan kincir angin vaiasi lapisan aluminium bagian belakang dan anyaman bambu bagian depan sudu... 40 xv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dewasa ini kebutuhan energi listrik belum sepenuhnya tercukupi, lebihlebih di daerah yang sulit dijangkau oleh jaringan listrik dan juga semakin menipisnya cadangan bahan bakar jenis fosil yang dikarenakan pemakaiannya yang berlebih. Energi listrik merupakan energi yang sangat penting bagi peradaban manusia baik dalam kegiatan sehari hari hingga dalam kegiatan industri. Energi listrik tersebut digunakan untuk berbagai kebutuhan, seperti penerangan dan juga proses-proses yang melibatkan barang-barang elektronik dan mesin industri. Maka untuk memenuhi kebutuhan energi tersebut diperlukan pengembangan energi alternatif, sehingga dapat mengurangi ketergantungan terhadap sumber energi fosil. Salah satu contoh energi alternatif yang dapat digunakan adalah energi yang terdapat pada alam ini seperti angin. Meskipun Indonesia banyak energi alternatif namun energi angin cukup mudah untuk pengolahannya dan tidak membutuhkan biaya yang cukup besar. Energi angin dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik yang dapat dipergunakan untuk listrik rumah tangga, pompa air khususnya pengairan persawahan dan pengairan tambak, sebagai pengisi baterai atau aki. Angin merupakan sumber daya alam yang tidak akan habis berbeda dengan sumber daya alam lainnya. Pembangkit listrik tenaga angin merupakan suatu metode untuk membangkitkan energi listrik dengan cara memutar turbin angin yang dihubungkan ke generator sebagai pembangkit listrik, kemudian energi listrik 1
2 yang dihasilkan oleh generator kemudian disimpan dalam elemen penyimpanan. Meskipun secara umum kecepatan angin di Indonesia rendah, namun sudah cukup memadahi untuk pembangkit listrik sekala kecil yang sesuai dipasang di daerah yang sulit dijangkau aliran listrik. Banyak bentuk dan karateristik kincir angin, dapat diklasifikasikan dalam dua jenis yaitu : Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) dan Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) yang membedakan kedua jenis kincir angin tersebut terletak pada poros yang terpasang secara vertikal dan horisontal. Ada banyak faktor yang mempengaruhi kecepatan kincir angin, yaitu kecepatan angin itu sendiri, jumlah sudu, dan kehalusan permukaan. Dengan berbagai faktor tersebut penulis ingin mengetahui karakteristik kincir angin propeler dengan variasi triplek tanpa lapisan, triplek aluminium bagian depan, triplek lapis aluminium bagian depan belakang, triplek lapis aluminium bagian belakang dan lapis anyaman bambu bagian depan. 1.2 Rumusan Masalah Permasalahan yang dapat dirumuskan pada pembuatan kincir angin propeler ini adalah sebagai berikut: a. Semakin menipisnya cadangan bahan bakar jenis fosil akibat pemakaiannya yang berlebih. b. Sebagai solusi alternatif dibuat desain kincir angin yang sederhana dan bahanbahannya mudah didapat, dengan variasi lapisan permukaan sudu dari aluminium dan anyaman bambu untuk menghasilkan sebuah kincir dengan unjuk kerja terbaik.
3 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah: a. Membuat kincir angin model propeler tiga sudu datar dari bahan dasar triplek, dengan variasi lapisan permukaan yaitu: tanpa lapisan, dengan lapisan plat aluminium di bagian depan sudu, dengan lapisan plat aluminium di bagian depan dan belakang sudu, dan dengan lapisan plat aluminium di bagian belakang serta anyaman bambu di bagian depan sudu. b. Membandingkan koefisien daya (Cp) yang dihasilkan kincir angin untuk masing-masing variasi. c. Mengetahui koefisien daya (Cp) maksimal paling tinggi diantara beberapa variasi sudu model kincir angin yang diteliti dan tip speed ratio (tsr) optimal kaitannya. 1.4 Batasan Masalah Batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah : a. Model kincir angin yang diteliti adalah jenis propeler sumbu horizontal, tiga sudu datar dengan sudu patahan 10 o dan diameter 80 cm. b. Model-model kincir angin yang diteliti memiliki variasi pada lapisan permukaan sudu, yaitu: tanpa lapisan, dengan lapisan plat aluminium di bagian depan sudu, dengan lapisan plat aluminium di bagian depan dan belakang sudu, dan dengan lapisan plat aluminium di bagian belakang dan anyaman bambu di bagian depan sudu. c. Penelitian dilakukan dengan menggunakan terowongan angin (wind tunnel) di laboratorium konversi energi Unversitas Sanata Dharma.
4 d. Data yang diambil pada saat penelitian adalah kecepatan angin, putaran poros kincir (rpm), dan beban kincir angin. 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah : a. Menambah pengetahuan penulis tentang energi terbarukan khususnya unjuk kerja kincir angin. b. Sebagai sumber referensi dan menambah literature (pustaka) bagi pengembang teknologi untuk mengembangkan teknologi alternatif, khususnya energi angin.
BAB II DASAR TEORI 2.1 Konsep Dasar Angin Angin adalah udara yang bergerak akibat adanya perbedaan tekanan udara dengan arah aliran angin dari tempat yang memiliki tekanan tinggi ke tempat yang bertekanan rendah atau dari daerah yang memiliki suhu atau temperatur rendah ke wilayah bersuhu tinggi. Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan manusia. Sudah lama perahu-perahu layar menggunakan energi ini untuk melewati perairan. Pada umumnya kecepatan angin dipengaruhi oleh letak tempat dan ketinggiannya. Bila letak tempatnya di daerah khatulistiwa maka angin akan lebih cepat dibandingkan dengan letak tempatnya jauh dari khatulistiwa. Begitu pula ketinggiannya. Semakin tinggi tempatnya semakin kencang juga anginnya. Hal ini disebabkan oleh semakin tinggi suatu tempat maka gaya gesekan yang dipengaruhi oleh permukaan bumi yang tidak datar, seperti: pohon, gunung dan topografi semakin kecil. 2.2 Kincir Angin Kincir angin adalah sebuah alat yang mampu memanfaatkan kekuatan angin untuk dirubah menjadi kekuatan mekanik. Dari proses itu memberikan kemudahan berbagai kegiatan manusia yang memerlukan tenaga yang besar seperti memompa air untuk mengairi sawah atau menggiling biji-bijian. Kincir angin modern adalah mesin yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik, disebut juga dengan turbin angin, dengan menggunakan prinsip konversi energi 5
6 dan menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin. Turbin angina sendiri dipasang pada sebuah menara, untuk hasil yang baik diperlukan tinggi 30 meter agar mendapat laju angin yang lebih baik serta mengurangi kemungkinan turbulensi. Turbin angin kebanyakan ditemukan di Eropa dan Amerika Utara. Secara umum kincir angin digolongkan menjadi dua jenis menurut porosnya yaitu : kincir angin poros horizontal dan kincir angin poros vertikal. 2.2.1 Kincir Angin Poros Horizontal Kincir angin poros horizontal atau propeler adalah kincir angin yang memiliki poros utama sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai dengan arah angin. Kincir angin ini biasanya mempunyai sudu dengan bentuk irisan melintang khusus dimana aliran udara pada salah satu sisinya dapat bergerak lebih cepat dari aliran udara disisi yang lain ketika angin melewatinya. Hal ini menimbulkan daerah tekanan rendah pada belakang sudu dan daerah tekanan tinggi di depan sudu. Perbedaan tekanan ini membentuk gaya yang menyebabkan sudu berputar. Kincir angin poros horizontal ini memiliki jumlah bilah lebih dari dua. Beberapa jenis kincir angin poros horizontal yang telah banyak dikenal diantaranya : kincir angin american multi blade seperti yang ditunjukan pada (Gambar 2.1), kincir angin propeler seperti yang ditunjukan pada (Gambar 2.2), dan kincir angin dutch four arm seperti yang ditunjukan pada (Gambar 2.3).
7 Gambar 2.1 Kincir angin american multi blade (Sumber : http://pixabay.com/p-101348/?no_redirect, diakses 12 Januari 2015) Gambar 2.2 Kincir angin propeler (Sumber : https://kacamatazia.files.wordpress.com/2012/07/1.jpg, diakses 12 Januari 2015)
8 Gambar 2.3 Kincir angin dutch four arm (Sumber : https://ayahaan.files.wordpress.com/2010/04/torenmolenwikimediaorg.jpg, diakses 12 Januari 2015) Kelebihan yang dimiliki oleh kincir angin poros horizontal diantaranya adalah: a. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang berada diatas menara. b. Mampu mengkonversikan energi angin pada kecepatan tinggi. c. Tidak memerlukan karateristik angin karena arah angin langsung menuju rotor. d. Setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan angin meningkat sebesar 20%. e. Memungkinkan dipasang pada permukaan tanah yang tidak datar. f. Dasar menara yang tinggi membolehkan akses ke angin yang lebih kuat di tempat-tempat yang memiliki geseran angin (perbedaan antara laju dan arah angin) antara dua titik yang jaraknya relatif dekat di dalam atmosfir bumi.
9 Disamping memiliki kelebihan kincir angin poros horizontal memiliki kekurangan, kekurangan yang dimiliki oleh kincir angin poros horizontal diantaranya adalah: a. Menara yang tinggi serta bilah yang panjang sulit diangkut dan juga memerlukan biaya besar untuk pelaksanaannya, bisa mencapai 20 % dari seluruh biaya peralatan turbin angin. b. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikan dengan arah angin (sirip penggerak atau sensor elektrik). c. Memerlukan menara tinggi untuk menangkap kecepatan angin yang cukup besar dan konsisten serta menghindari turbulensi. 2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal Kincir angin poros vertikal atau Vertikal Axis Wind Turbin (VAWT) adalah salah satu jenis kincir angin yang posisi porosnya tegak 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 horizontal. Setiap jenis kincir angin memiliki ukuran dan efisiensi yang berbeda. Untuk memilik jenis kincir angin yang tepat untuk suatu kegunaan diperlikan alalisis yang tepat. Beberapa jenis kincir angin poros vertikal yang telah banyak dikenal diantaranya: Kincir angin Savonius (Gambar 2.4), kincir angin rotor Darrieus (Gambar 2.5), kincir angin rotor Darrieus H (Gambar 2.6).
10 Gambar 2.4 Kincir angin Savonius (Sumber: http://berandainovasi.com/wpcontent/uploads/2013/10/kincir-savonius.jpg, diakses 20 April 2015) Gambar 2.5 Kincir angin rotor Darrieus (Sumber : http://1.bp.blogspot.com/-i- NzUgpxcsc/UxWbmOrFyyI/AAAAAAAAAO4/KoZzDzs3nyk/s160 0/gambar+4ja.png, diakses 20 April 2015)
11 Gambar 2.6 Kincir angin rotor Darrieus H (Sumber : http://astacala.org/wp/wpcontent/uploads/2013/06/wepower.jpg?e403de, diakses 29 Januari 2015) Kelebihan yang dimiliki oleh kincir angin poros vertikal diantaranya adalah: a. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar. b. Memiliki torsi yang besar pada putaran rendah. c. Dapat menerima arah angin dari segala arah. d. Tidak perlu mengatur sudut sudut untuk menggerakan sebuah generator. e. Dapat bekerja pada putaran rendah. Disamping memiliki kelebihan kincir angin poros vertikal memiliki kekurangan, kekurangan yang dimiliki oleh kincir angin poros horisontal diantaranya adalah: a. Hanya dapat mengkonfersi energi angin 50% dikarenakan adanya gaya drag tambahan. b. Bekerja pada putaran rendah, sehingga energi angin yang dihasilkan kecil. c. Dipasang ditempat rendah maka faktor keselamatan perlu diperhatikan.
12 2.3 Rumus Perhitungan Berikut ini adalah rumus rumus yang digunakan untuk melakukan perhitungan dan analisis kerja kincir angin yang diteliti. 2.3.1 Energi Angin Angin adalah fluida yang bergerak sehingga memiliki energi kinetik, yang dapat dirumuskan sebagai berikut: Ek m v 2 (1) dengan Ek adalah energi kinetik, m adalah massa, dan v adalah kecepatan fluida (angin). Daya adalah energi persatuan waktu, yang dapat di tuliskan sebagai berikut: Pin = ṁ v 2 (2) Dengan Pin adalah daya angina, dan ṁ adalah laju aliran massa fluida (angin) yang dalam hal ini: ṁ = ρ A v (3) dengan ρ adalah massa jenis udara, dan A adalah luas penampang yang membentuk sebuah lingkaran. Dengan menggunakan Persamaan (3), maka daya angin (Pin) dapat dirumuskan menjadi: P in = (ρav) v 2
13 yang dapat disederhanakan menjadi: Pin = ρ A v 3 (4) 2.3.2 Perhitungan Torsi dan Daya Untuk mengetahui perbedaan unjuk kerja dari setiap variasi lapisan sudu dan lebar sudu yang divariasikan, maka perlu mencari torsi dinamis dan daya yang dihasilkan oleh kincir. 2.3.3 Torsi Torsi merupakan hasil perkalian vektor antara jarak sumbu putar dengan gaya yang bekerja pada titik yang berjarak tertentu dari sumbu pusat. Pada penelitian ini digunakan mekanisme pengereman, sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut: T = F r (5) dengan T adalah torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros, F adalah gaya pengimbang torsi, dan r = jarak lengan torsi ke poros. 2.3.4 Daya Kincir Pada umumnya perhitungan untuk menghitung daya pada gerak melingkar dapat dituliskan sebagai berikut: P out = T ω (6) dengan T adalah torsi dinamis, ω adalah kecepatan sudut didapatkan dari: ω = n rpm = n
14 = = (7) Sehingga daya kincir angin dapat dituliskan dengan persamaan: P out = T W (8) dengan P out adalah daya yang dihasilkan kincir angin, dan adalah putaran poros. 2.3.5 Tip Speed Ratio Tip spead ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir angin dengan kecepatan angin. Kecepatan di ujung sudu (vt) dapat dirumuskan sebagai berikut: v t = ω r (9) dengan v t adalah kecepatan ujung sudu, ω adalah kecepatan sudut, dan r adalah jari-jari kincir. Daya dimiliki tip spead ratio dapat dirumuskan dengan: tsr = (10) dengan r adalah jari jari kincir, n = putaran poros kincir tiap menit, dan v adalah kecepatan angin. 2.3.6 Koefisiensi Daya (Cp) Koefisien daya (Cp) adalah pebandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir (Pout) dengan daya yang disediakan oleh angin (Pin), sehingga dapat
15 dirumuskan sebagai berikut: C p = 100% (11) dengan C p adalah koefisien daya, P out adalah daya yang dihasilkan oleh kincir, dan P in adalah daya yang dihasilkan oleh angin. 2.4 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap tsr Menurut Albert Betz Ilmuan Jerman bahwa koefisien daya maksimal dari kincir angin adalah sebesar 59% seperti yang terlihat pada Gambar 2.7. Batas koefisien daya maksimal ini dikenal dengan sebutan Betz limit. Gambar 2.7 Grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) dengan tips speed ratio (tsr) dari beberapa jenis kincir. (Sumber:http://www.intechopen.com/source/html/16242/media/image67.jpe g, diakses 12 Februari 2015)
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Pembuatan kincir angin, penelitian, dan pengambilan data dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma. Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perancangan kincir angin hingga analisis data seperti diagram alir yang ditunjukan pada Gambar 3.1 yang diperoleh dari proses pengambilan data. Mulai Perancangan kincir angin propeler Pembuatan kincir angin propeler berbahan baku papan triplek dengan variasi anyaman bambu dan aluminium dengan kemiringan sudut patahan 10 o. Pengambilan data untuk kecepatan angin, kecepatan poros kincir angin, dan beban pengereman. Pengolahan data untuk mencari Cp dan tsr kemudian membandingkan Cp dan Tsr, beban dan rpm, torsi dan Pout pada masing-masing variasi. Analisis serta pembahasan data dan pembuatan laporan Selesai Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin 16
17 3.2 Bahan Diperlukan bahan pendukung untuk mendukung pembuatan kincir angin tipe propeler. Beberapa bahan pendukung tersebut adalah: a. Sudu kincir angin Sudu kincir merupakan daerah sapuan angin yang menerima energi angin sehingga dapat membuat dudukan sudu atau turbin berputar. Variasi yang digunakan adalah variasi mengunakan triplek tanpa lapisan, triplek lapis aluminium bagian depan, triplek lapis aluminium depan dan belakang, dan triplek lapis anyaman bambu bagian depan dan aluminium bagian belakang, dimana masing masing sudu memiliki bentuk dan ukuran yang sama. b. Bahan untuk perekat dan pembuat sudut patahan 10 o Dalam proses perekatan antara celah potongan segmen papan triplek digunakan serbuk kayu halus yang dibaburkan diseluruh celah segmen papan triplek, kemudian direkatkan dengan lem G agar celah tertutup oleh serbuk kayu yang mengeras bersamaan dengan lem G serta hasilnya kokoh. c. Bahan untuk pelapis sudu Lapisan permukan sudu yang digunakan terbuat dari plat aluminium dan anyaman bambu. d. Bahan untuk rotor Rotor terbuat dari bahan kayu triplek yang dilapisi dengan seng sehingga memperkokoh dalam menopang sudu kincir saat dirakit dengan rotor dan saat kuat dalam pengujian.
18 e. Baut dan mur yang digunakan untuk menopang sudu pada rotor f. Paku 3/4 in yang digunakan perekat triplek g. Lem G dan serbuk kayu halus h. Lem sebagai perekat lapisan sudu i. Kawat tipis untuk perekat sudu j. Mata bor untuk melubangi sudu 3.3 Alat Diperlukan alat pendukung untuk mendukung pembuatan kincir angin tipe propeler. Beberapa alat pendukung tersebut adalah: a. Mesin bor Mesin bor digunakan untuk melubangi sudu yang digunakan untuk lubang masuk kawat untuk perekat atau penguat sudut sudu. b. Gergaji Gergaji digunakan untuk memotong triplek yang dugunakan untuk membentuk sudu kincir. c. Mesin gerinda Mesin gerinda digunakan untuk menghaluskan permukaan lapisan sudu. d. Palu, obeng, tang, dan pengaris besi Palu digunakan untuk membentuk lapisan-lapisan pada sudu dan merapikan lekukan pada aluminium, tang dan obeng digunakan untuk merekatkan kawat, pengaris besi digunakan untuk membantu pembuatan sudu kincir pada papan triplek.
19 e. Gunting plat Gunting plat digunakan untuk memotong aluminium dan memotong anyaman bambu agar sesuai dengan ukuran sudu. f. Trowongan Angin Terowongan angin (wind tunnel) seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.2 adalah sebuah lorong angin dengan tinggi 1,2 meter, lebar 1,2 meter, dan panjang 2,4 meter. Terowongan angin ini berfungsi sebagai tempat angin bergerak dengan kecepatan tertentu dan juga sebagai tempat pengujian kincir angin. Gambar 3.2 Terowongan angin (wind tunnel) yang digunakan dalam penelitian g. Fan blower Fan blower seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.3 berfungsi untuk menghisap udara yang akan disalurkan ke wind tunnel. Fan blower ini
20 digerakkan oleh mesin listrik dengan daya penggerak motor 5,5 kw. Fan blower ini terletak dibagian belakang trowongan angin (wind tunnel) Gambar 3.3 Fan blower h. Anemometer Anemometer seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.4 berfungsi untuk mengukur kecepatan angin di dalam wind tunnel. Anemometer dipasang pada bagian depan kincir angin (di dalam wind tunnel) pada tempat yang telah tersedia. Pengaturan kecepatan angin dilakukan dengan cara mengatur jarak blower dengan wind tunnel. Gambar 3.4 Anemometer
21 i. Takometer Takometer (tachometer) seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.5 adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan putaran poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (rovolutions per minute). Pengukuran rpm dilakukan dibagian sistem pengereman (diluar wind tunnel) pada bagian yang telah tersedia. Jenis takometer yang digunakan adalah digital light takometer, cara kerjanya cukup sederhana meliputi 3 bagian, yaitu : Sensor, pengolah data dan penampil. Gambar 3.5 Takometer j. Neraca pegas Neraca pegas seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.6 digunakan untuk mengetahui beban pengereman pada kincir pada saat kincir angin berputar. Neraca pegas ini diletakan di samping sistem pengereman, yang disambungkan dengan sebuah tali pada sistem pengeremn.
22 Gambar 3.6 Neraca pegas k. Sistem pengereman Sistem pengereman seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.7 berfungsi sebagai beban pada perputaran kincir, yang dimana kincir diberi beban berupa karet untuk mengetahui besarnya torsi dan kecepatan putaran kincir angin. Sistem pengereman ini terletak didepan trowongan angin (wind tunnel ) yang terhubung langsung oleh poros kincir, sehingga pada saat kincir berputar sistem pengereman juga ikut berputar. Gambar 3.7 Sistem pengereman
23 l. Penopang kincir Penopang kincir seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.8 berfungsi sebagai penopang sudu, agar kincir dapat berputar. Poros kincir ini juga sebagai penghubung antara kincir dengan sistem pengereman, yang dihubungkan dengan poros penyambung. Gambar 3.8 Penopang kincir 3.4 Prosedur Penelitian Ada beberapa prosedur penelitian yang harus dilakukan demi mendapatkan hasil yang maksimal dan faktor keselamatan penguji. Prosedur yang harus dilakukan diantaranya : a. Pembuatan alat Adapun langkah-langkah pembuatan kincir angin propeler yaitu: 1. Menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan 2. Pembuatan kincir angin propeler meliputi : a. Menyiapkan lembaran triplek ukuran 8 in untuk bahan dasar sudu. b. Membuat gambar atau cetakan pada lembaran triplek sesuai dengan ukuran sudu. Seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.9.
24 c. Memotong pola sudu kincir dengan gergaji. d. Membuat cetakan atau mal dengan sudut 10 o. e. Membuat lubang kecil di pinggir sudu mengunakan bor, berguna untuk memasang kawat dan mengencangkan sudu jika disatukan. f. Memasang kawat pada lubang untuk kedua patahan triplek, meletakkan sudu pada cetakan yang sudah diatur sudut yang diinginkan, mengencangkan menggunakan karet, menaburkan serbuk gergaji pada selah patahan serta merekatkan menggunakan lem G. Gambar 3.9 Sudu kincir angin
25 Gambar 3.10 Sudut patahan kincir angin g. Setelah sudu variasi pertama selesai dibuat seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.11, langkah selanjutnya membuat variasi kedua yaitu melapisi dengan aluminium dibagian depan dengan merekatkan aluminium menggunakan lem. h. Selanjutnya variasi ketiga yaitu melapisi aluminium dibagian depan dan belakang, dengan menggunakan lem untuk merekatkan lapisan tersebut. i. Terakhir membuat variasi keempat yaitu melapisi anyaman bambu dibagian depan serta aluminium dibagian belakang menggunakan lem. j. Setelah sudu sudah dibuat untuk empat variasi, selanjutya melakukan pengambilan data.
26 Gambar 3.11 Kincir angin yang diteliti b. Langkah Penelitian Pengambilan data kecepatan angin, beban, dan kecepatan putar poros kincir dilakukan secara bersama-sama. Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Konversi Energi Prodi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dengan memakai sebuah terowongan angin yang dilengkapi dengan sebuah blower berkapasitas 5,5 kw. Skema susunan alat-alat uji dalam proses penelitian ini adalah seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.11.
27 Gambar 3.12 Skema alat uji dalam proses penelitian Keterangan: 1. Neraca pegas 2. Sistem pengereman 3. Anemometer 4. Kincir angin 5. Motor listrik 6. Blower Proses pengambilan data: 1. Memasang kincir angin variasi pertama tepat di dalam wind tunnel. 2. Poros kincir di hubungkan dengan mekanisme pengereman. 3. Memasang anemometer pada terowongan di depan kincir angin untuk mengukur kecepatan angin di saluran terowongan angin. 4. Memasang neraca pegas yang dibubungkan ke sistem pengereman.
28 5. Jika sudah siap, fan blower di hidupkan untuk menghembuskan angin pada terowongan angin. Membiarkannya beroprasi beberapa menit sampai putarannya stabil. 6. Mengukur putaran poros kincir dengan menggunakan takometer untuk putaran awal tanpa beban. 7. Mengukur kecepatan putaran kincir menggunakan anemometer. Data diambil 3 kali setiap beban pengereman. 8. Menambah beban pengereman menggunakan karet secara berkala sampai kincir berhenti berputar. 9. Melakukan proses pengabilan data seperti diatas pada variasi kedua dengan lapisan permukaan aluminium bagian atas sudu, ketiga lapisan permukaan aluminium atas dan bahwah sudu, dan keempat lapisan permukaan anyaman bambu bagian depan dan aluminium. 10. Jika pengambilan data selesai, selanjutnya melakukan pengolahan data dan pembahasan hasil penelitian. 3.5 Variabel Penelitian Variabel dalam penelitian ini adalah : 1. Variasi lapisan permukaan sudu kincir yaitu: tanpa lapisan, dengan lapisan plat aluminium dibagian depan sudu, dengan lapisan plat aluminium dibagian depan dan belakang sudu, dan dengan lapisan plat aluminium dibagian belakang dan anyaman bambu dibagian depan sudu. 2. Variasi kecepatan angin dalam penelitian ini adalah: 8 9 m/s.
29 3.6 Variable yang Diukur Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah : 1. Kecepatan angin (m/s) 2. Putaran kincir (rpm) 3. Gaya pengimbang (N) 3.5 Parameter yang Dihitung Parameter yang dihitung untuk mendapatkan karakteristik kincir angin adalah: 1. Daya angin (Pin) 2. Daya kincir (Pout) 3. Gaya pengimbang torsi (T) 4. Koefisien Daya (Cp)
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Percobaan Hasil pengujian kincir angin propeler, yang meliputi : kecepatan angin (m/s), putaran poros (rpm), dan gaya pengimbang (N). Pengambilan data kincir angin tiga sudu datar dari bahan triplek dengan sudut patahan 10 serta variasi sudu kincir yaitu : tanpa lapisan, dengan lapisan plat aluminium dibagian depan sudu, dengan lapisan plat aluminium dibagian depan dan belakang sudu, dan dengan lapisan plat aluminium dibagian belakang serta anyaman bambu dibagian depan sudu. Data yang diperoleh dari pengujian diolah menggunakan Microsoft Excel dan hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel di bawah ini. 4.1.1 Hasil dari pengujian data kincir angin variasi sudu kincir tanpa lapisan. Data yang ditunjukan pada Tabel 4.1 merupakan data dari hasil pengambilan data pengujian kincir angin propeler dengan variasi sudu kincir tanpa lapisan serta sudut patahan 10 o. Dapat dilihat bahwa tabel di awah ini memiliki 11 data. Jumlah data di atas dihasilkan dari pengujian data kincir angin propeler sesuai dengan jumlah beban yang diberikan kincir angin hingga kincir angin berhenti berputar. Dapat dilihat bahwa beban maksimal yang mampu dihasilkan kincir angin ini adalah 2,26 N, dengan putaran kincir adalah 370 rpm, dan kecepatan angin rerata adalah 8,5 m/s. 30
31 Tabel 4.1 Data percobaan kincir angin variasi sudu kincir tanpa lapisan dengan sudut patahan 10 o. No. Kecepatan Angin, v (m/s) Putaran kincir, n (rpm) Beban dalam newton, F (N) 1 8,53 800 0,00 2 8,64 764 0,29 3 8,71 693 0,49 4 8,77 661 0,88 5 8,52 618 1,08 6 8,64 588 1,37 7 8,53 574 1,47 8 8,71 568 1,67 9 8,54 498 1,96 10 8,46 437 2,06 11 8,65 370 2,26 4.1.2 Hasil dari pengujian kincir dengan variasi sudu kincir lapisan permukaan plat aluminium bagian depan sudu. Data yang ditunjukan pada Tabel 4.2 merupakan data dari hasil pengambilan data pengujian kincir angin propeler dengan variasi sudu kincir lapisan permukaan plat aluminium bagian depan sudu serta sudut patahan 10 o. Dapat dilihat bahwa tabel di atas memiliki 11 data. Jumlah data di bawah ini dihasilkan dari pengujian data kincir angin sesuai dengan jumlah beban yang diberikan kincir angin hingga kincir angin berhenti berputar. Beban maksimal yang mampu dihasilkan kincir angin ini adalah 2,16 N, dengan putaran kincir adalah 356 rpm, dan kecepatan angin rerata adalah 8,5 m/s.
32 Tabel 4.2 Data percobaan kincir angin variasi sudu kincir lapisan permukaan aluminium bagian depan sudu dengan sudut patahan 10. No. Kecepatan Angin, v (m/s) Putaran kincir, n (rpm) Beban dalam newton, F (N) 1 8,61 819 0,00 2 8,71 734 0,39 3 8,62 716 0,59 4 8,65 706 0,78 5 8,73 682 0,98 6 8,85 652 1,18 7 8,59 607 1,37 8 8,62 566 1,57 9 8,79 547 1,77 10 8,69 459 1,96 11 8,85 356 2,16 4.1.3 Hasil dari pengujian kincir dengan variasi lapisan permukaan plat aluminium bagian depan dan belakang sudu. Data yang ditunjukan pada Tabel 4.3 merupakan data dari hasil pengambilan data pengujial kincir angin propeler dengan variasi sudu kincir lapisan permukaan plat aluminium bagian depan dan belakang sudu serta sudut patahan 10 o. Dapat dilihat bahwa tabel di bawah ini memiliki 13 data. Jumlah data di atas dihasilkan dari pengujian data kincir angin sesuai dengan jumlah beban yang diberikan kincir angin hingga kincir angin berhenti berputar. Beban maksimal yang mampu dihasilkan kincir angin ini adalah 2,75 N, dengan putaran kincir adalah 485 rpm, dan kecepatan angin adalah 8,5 m/s.
33 Tabel 4.3 Data percobaan kincir angin variasi sudu kincir lapisan permukaan aluminium bagian depan dan belakang sudu dengan sudut patahan 10 O. No. Kecepatan Angin, v (m/s) Putaran kincir, n (rpm) Beban dalam newton, F (N) 1 9,17 982 0,00 2 9,03 931 0,39 3 9,19 902 0,69 4 8,82 805 0,98 5 8,60 745 1,18 6 8,68 724 1,37 7 8,83 709 1,57 8 8,67 653 1,77 9 8,83 608 1,96 10 8,85 591 2,16 11 8,78 560 2,35 12 8,81 512 2,55 13 8,84 485 2,75 4.1.4 Hasil dari pengujian kincir dengan variasi sudu kincir lapisan permukaan aluminium bagian belakang dan anyaman bambu bagian depan. Data yang ditunjukan pada Tabel 4.4 merupakan data dari hasil pengambilan data pengujial kincir angin propeler dengan variasi sudu kincir lapisan aluminium bagian belakang dan anyaman bambu bagian depan sudu serta sudut patahan 10 O. Dapat dilihat bahwa tabel di bawah ini memiliki 11 data. Jumlah data di atas dihasilkan dari pengujian data kincir angin sesuai dengan jumlah beban yang diberikan kincir angin hingga kincir angin berhenti berputar. Beban maksimal yang mampu dihasilkan kincir angin ini adalah 2,06 N, dengan putaran kincir adalah 354 rpm, dan kecepatan angin adalah 8,5 m/s.
34 Tabel 4.4 Data percobaan kincir angin variasi sudu kincir lapisan permukaan aluminium bagian belakang dan anyaman bambu bagian depan sudu dengan sudut patahan 10 O. No. Kecepatan Angin, v (m/s) Putaran kincir, n (rpm) Beban dalam newton, F (N) 1 8,48 744 0,00 2 8,46 711 0,29 3 8,53 675 0,49 4 8,52 632 0,69 5 8,42 602 0,88 6 8,61 582 1,18 7 8,63 545 1,37 8 8,31 495 1,57 9 8,36 441 1,77 10 8,41 422 1,96 11 8,54 354 2,06 4.2 Perhitungan Data yang digunakan dalam contoh perhitungan di bawah menggunakan data pecobaan kincir lapisan permukaan aluminium bagian belakan dan anyaman bambu bagian depan sudu, pada siklus percobaan langkah ke 10 dapat dilihat pada Tabel 4.9. Data pendukung perhitungan diantaranya: diameter kincir, panjang lengan torsi, swept area, suhu udara, densitas udara, dan kecepatan angin. Data tersebut dapat dilihat pada Tabel 4.5.
35 Tabel 4.5 Data pendukung perhitungan Diameter kincir Panjang lengan torsi 80 cm 20 cm Swept area 0,503 m 2 Suhu udara 28 o C Densitas udara 1,18 kg/m 3 Kecepatan angin 8,41 m/s 4.2.1 Perhitungan Daya Angin Langkah-langkah perhitungan dapat dilihat pada contoh sampel yang diambil dari tabel-tabel yang tersedia. 4.2.2 Daya Kincir Daya yang dihasilkan angin pada kincir angin dengan A= 0,503 m 2 dan kecepatan angin 8,41 m/s (dari Tabel 4.5), perhitungan daya dapat dicari dengan menggunakan Persamaan (4). Oleh karena itu daya kincir dapat dihasilkan sebagai berikut: P in =. A.v 3 =. 1,18 kg/m 3. 0,503 m 2. (8,41 m/s) 3 = 176,4 watt 4.2.3 Tip Speed Ratio Daya yang dihasilkan oleh kincir angin dapat dicari dengan menggunakan Persamaan (6), untuk mendapatkan daya kincir harus diketahui kecepatan sudut
36 dan torsi. Dari data numerik yang ada, maka dapat ditentukan berdasarkan Persamaan (7). Berdasarkan data dalam Tabel 4.9 baris ke-10, kecepatan sudut kincir secara berturut-turut: ω = = 44,23 rad/s Berdasarkan Tabel 4.9, torsi yang diberikan menggunakan Persamaan (5) adalah: T = F. r = 1,96 N. 0,2 m = 0,39 Nm Daya kincir yang dihasilkan dapat dihitung berdasarkan Persamaan (6): P out = T. ω = 0,39 Nm. 44,23 rad/s = 17,35 watt Untuk mencari tip speed ratio digunakan Persamaan (10): tsr = = = = 2,10
37 4.2.4 Koefisien Daya Kincir Koefisien daya kincir dapat dicari dengan menggunakan Persamaan (11): C p = = = 9,84 % 4.3 Hasil Perhitungan 4.3.1 Hasil dari perhitungan data kincir angin variasi tanpa lapisan. Data yang ditunjukan pada Tabel 4.6 adalah data hasil perhitungan kincir angin variasi sudu kincir tanpa lapisan dengan sudut patahan sudu 10 o. Tabel 4.6 Data perhitungan kincir angin variasi sudu kincir tanpa lapisan. Daya Daya Beban Kecepatan Tip speed Koef. angin, kincir, No. Torsi, T Sudut, ω ratio Daya, C P (N.m) (rad/s) in P p out (tsr) (%) (watt) (watt) 1 0,00 83,81 183,85 0,00 3,93 0,00 2 0,06 80,04 191,28 4,71 3,71 2,46 3 0,10 72,54 196,19 7,12 3,33 3,63 4 0,18 69,25 199,81 12,23 3,16 6,12 5 0,22 64,72 183,42 13,97 3,04 7,62 6 0,27 61,54 191,05 16,90 2,85 8,85 7 0,29 60,11 184,06 17,69 2,82 9,61 8 0,33 59,48 195,74 19,84 2,73 10,14 9 0,39 52,12 184,49 20,45 2,44 11,08 10 0,41 45,73 179,57 18,84 2,16 10,49 11 0,45 38,78 192,16 17,50 1,79 9,11
38 Data yang ditunjukan pada Tabel 4.6 diatas dihasilkan koefisien daya (C p ) tertinggi adalah: 11,08%, pada tip speed ratio (tsr) adalah: 2,44 dan daya kincir (P out ) adalah: 20,45 watt, serta daya angin (P in ) adalah: 184,49 watt. 4.3.2 Hasil dari perhitungan kincir dengan variasi permukaan sudu kincir lapisan plat aluminium bagian depan sudu. Data yang ditunjukan pada Tabel 4.7 adalah data hasil perhitungan kincir angin variasi permukaan sudu kincir lapisan plat aluminium bagian depan dengan sudut patahan 10 o. Tabel 4.7 Data perhitungan kincir angin variasi lapisan permukaan aluminium bagian depan. No. Beban Torsi, T (N.m) Kecepatan Sudut, ω (rad/s) Daya angin, P in (watt) Daya kincir, P out (watt) Tip speed ratio (tsr) Koef. Daya, C p (%) 1 0,00 85,77 189,07 0,00 3,99 0,00 2 0,08 76,90 195,74 6,04 3,53 3,08 3 0,12 74,94 190,17 8,82 3,48 4,64 4 0,16 73,93 191,94 11,60 3,42 6,05 5 0,20 71,42 197,09 14,01 3,27 7,11 6 0,24 68,31 205,33 16,08 3,09 7,83 7 0,27 63,56 187,97 17,46 2,96 9,29 8 0,31 59,24 190,17 18,60 2,75 9,78 9 0,35 57,25 201,64 20,22 2,60 10,03 10 0,39 48,10 194,39 18,87 2,21 9,71 11 0,43 37,28 205,56 16,09 1,68 7,83
39 Data yang ditunjukan pada Tabel 4.7 diatas dihasilkan koefisien daya (C p ) tertinggi adalah: 10,03%, dengan tip speed ratio (tsr) adalah: 2,60 dan daya kincir (P out ) adalah: 20,22 watt, serta daya angin (P in ) adalah: 201,64 watt. 4.3.3 Hasil dari perhitungan kincir dengan variasi sudu kincir lapisan permukaan plat aluminium bagian depan dan belakang sudu. Data yang ditunjukan pada Tabel 4.8 adalah data perhitungan kincir angin variasi lapisan aluminium bagian depan dan belakang sudu dengan sudut patahan 10 O. Tabel 4.8 Data perhitungan kincir angin variasi sudu kincir lapisan aluminium bagian depan dan belakang sudu. No. Beban Torsi, T (N.m) Kecepatan Sudut, ω (rad/s) Daya angin, P in (watt) Daya kincir, P out (watt) Tip speed ratio (tsr) Koef. Daya, C p (%) 1 0,00 102,87 228,43 0,00 4,49 0,00 2 0,08 97,49 218,12 7,65 4,32 3,51 3 0,14 94,42 230,43 12,97 4,11 5,63 4 0,20 84,26 203,25 16,53 3,82 8,13 5 0,24 78,02 188,41 18,37 3,63 9,75 6 0,27 75,78 193,94 20,82 3,49 10,73 7 0,31 74,25 204,17 23,31 3,36 11,42 8 0,35 68,38 193,27 24,15 3,15 12,50 9 0,39 63,63 204,17 24,97 2,88 12,23 10 0,43 61,89 205,56 26,71 2,80 13,00 11 0,47 58,68 200,95 27,63 2,67 13,75 12 0,51 53,62 202,79 27,35 2,43 13,49 13 0,55 50,82 204,64 27,92 2,30 13,64
40 Data yang ditunjukan pada Tabel 4.8 diatas dihasilkan koefisien daya (C p ) tertinggi adalah: 11,75%, dengan tip speed ratio (tsr) adalah: 2,67 dan daya kincir (P out ) adalah: 27,63 watt, serta daya angin (P in ) adalah: 200,95 watt. 4.3.4 Hasil dari perhitungan kincir dengan variasi lapisan aluminium bagian belakang dan anyaman bambu bagian depan. Data yang ditunjukan pada Tabel 4.9 adalah data perhitungan kincir angin variasi lapisan aluminium bagian belakang dan anyaman bambu bagian depan sudu dengan sudut patahan 10 O. Tabel 4.9 Data perhitungan kincir angin vaiasi lapisan aluminium bagian belakang dan anyaman bambu bagian depan sudu. Daya Daya Beban Kecepatan Tip speed Koef. Daya, angin, kincir, No. Torsi, T Sudut, ω ratio C P (N.m) (rad/s) in P p out (tsr) (%) (watt) (watt) 1 0,00 77,91 180,63 0,00 3,68 0,00 2 0,06 74,46 179,36 4,38 3,52 2,44 3 0,10 70,72 183,85 6,94 3,32 3,77 4 0,14 66,15 183,20 9,08 3,11 4,96 5 0,18 63,08 177,03 11,14 3,00 6,29 6 0,24 60,98 189,29 14,36 2,83 7,58 7 0,27 57,11 190,83 15,69 2,65 8,22 8 0,31 51,84 169,98 16,27 2,50 9,57 9 0,35 46,22 173,28 16,32 2,21 9,42 10 0,39 44,23 176,40 17,35 2,10 9,84 11 0,41 37,07 184,71 15,27 1,74 8,27
Koefisien daya, C p (%) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 41 Data yang ditunjukan pada Tabel 4.8 diatas dihasilkan koefisien daya (C p ) tertinggi adalah: 9,84%, dengan tip speed ratio (tsr) adalah: 2,10 dan daya kincir (P out ) adalah: 17,35 watt, serta daya angin (P in ) adalah: 176,40 watt. 4.4 Grafik Hasil Perhitungan Dari hasil perhitungan kincir yang diperoleh, kemudian diolah kembali ke dalam bentuk grafik untuk mengetahui hubungan antara torsi (N.m) dengan kecepatan putar kincir (rpm), daya yang dihasilkan kincir (P out ) dengan kecepatan putar kincir (rpm) dan koefisien daya kincir (C p ) dengan tip speed ratio (tsr). Grafik yang disajikan untuk setiap variasi percobaan dapat dilihat pada grafik berikut ini: 4.4.1 Grafik kincir angin untuk variasi sudu kincir tanpa lapisan Grafik yang ditunjukan pada Gambar 4.1 merupakan grafik hubungan C p dan tsr untuk variasi sudu kincir tanpa lapisan. 12 10 8 6 4 2 0 C p = -3,646 tsr 2 + 15,977 tsr - 7,1236 0 1 2 3 4 5 Tip speed ratio (tsr) Gambar 4.1 Grafik hubungan C p dan tsr untuk variasi sudu kincir tanpa lapisan.
Putaran kincir (rpm) Daya kincir angin, P out (watt) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 42 Grafik yang ditunjukan pada Gambar 4.2 merupakan grafik hubungan P out dan torsi untuk variasi sudu kincir tanpa lapisan. 25 20 15 10 5 0 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 Torsi, T (N.m) Gambar 4.2 Grafik hubungan daya kincir (P out ) dan torsi (T) untuk variasi sudu kincir tanpa lapisan. Grafik yang ditunjukan pada Gambar 4.3 merupakan grafik hubungan rpm dan torsi untuk variasi sudu kincir tanpa lapisan. 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 Torsi, T (N.m) Gambar 4.3 Grafik hubungan rpm dan torsi (T) untuk variasi tanpa lapisan.
43 Gambar 4.1 menunjukan bahwa semakin besar tip speed ratio maka semakin besar koefisien daya yang dihasilkan, sampai kondisi maksimal kemudian koefisien daya menurun. Pada grafik diatas dengan melakukan pendekatan diperoleh persamaan C p = -3,646tsr 2 + 15,977tsr - 7,1236 kemudian persamaan tersebut dideferensialkan sehingga didapat = 2. 3,646 tsr + 15,977. Dengan mengatur = 0 didapat nilai koefisien daya (C p ) maksimal adalah: 10,38 %, pada tip speed ratio (tsr) optimal: 2,19. Gambar 4.2 menunjukan bahwa daya kincir (P out ) berbanding lurus dengan torsi (T), dimana jika torsi semakin besar maka daya yang dihasilkan juga akan semakin besar juga, sebaliknya jika torsi semakin kecil maka daya yang dihasilkan juga semakin kecil. Pada grafik diatas menunjukan bahwa nilai daya kincir (P out ) tertinggi adalah: 19,08 watt, pada torsi (T): 0,41 N.m. Gambar 4.3 menunjukan bahwa semakin besar putaran poros kincir maka semakin kecil torsi yang dihasilkan atau sebaliknya semakin kecil putaran poros kincir maka semakin besar torsi yang dihasilkan. Pada grafik diatas menunjukan bahwa nilai putaran kincir (rpm) tertinggi sebesar: 780 rpm, serta torsi (T) tertinggi sebesar: 0,45 N.m. 4.4.2 Grafik kincir angin untuk variasi lapis aluminium bagian depan sudu Grafik yang ditunjukan pada Gambar 4.4 merupakan grafik hubungan koefisien daya (C p ) dan tip speed ratio (tsr) untuk variasi sudu kincir lapisan aluminium bagian depan sudu.
Putaran kincir (rpm) Koefisien daya, C p (%) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 44 12 10 8 6 4 2 0 C p = -4,2388tsr 2 + 20,314tsr - 14,288 0 1 2 3 4 5 Tip speed ratio (tsr) Gambar 4.4 Grafik hubungan koefisien daya dan tsr untuk variasi lapis aluminium bagian depan sudu. Grafik yang ditunjukan pada Gambar 4.5 merupakan grafik hubungan putaran kincir (rpm) dan torsi (T) untuk variasi sudu kincir lapisan aluminium bagian depan sudu. 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 Torsi, T (N.m) Gambar 4.5 Grafik hubungan rpm dan torsi untuk variasi lapis aluminium bagian depan sudu. Grafik yang ditunjukan pada Gambar 4.6 merupakan grafik hubungan daya kincir (P out ) dan torsi (T) untuk variasi sudu kincir lapisan aluminium bagian depan sudu.
Daya kincir, P out (watt) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 45 25 20 15 10 5 0 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 Torsi, T (N.m) Gambar 4.6 Grafik hubungan torsi dan daya output (P out ) untuk variasi lapis aluminium bagian depan sudu. Gambar 4.4 menunjukan bahwa semakin besar tip speed ratio maka semakin besar koefisien daya yang dihasilkan, sampai kondisi maksimal kemudian koefisien daya menurun. Pada grafik diatas dengan melakukan pendekatan diperoleh persamaan C p = -4,2388tsr 2 + 20,314tsr - 14,288 kemudian persamaan tersebut dideferensialkan sehingga didapat = 2. 4,2388tsr + 20,314. Dengan mengatur = 0 didapat nilai koefisien daya (C p ) maksimal adalah: 10,05 %, pada tip speed ratio (tsr) optimal: 2,40. Gambar 4.5 menunjukan bahwa semakin besar putaran poros kincir maka semakin kecil torsi yang dihasilkan atau sebaliknya semakin kecil putaran poros kincir maka semakin besar torsi yang dihasilkan. Pada grafik diatas menunjukan bahwa nilai putaran kincir (rpm) tertinggi sebesar: 790 rpm, serta torsi (T) tertinggi sebesar: 0,43 N.m. Gambar 4.6 menunjukan bahwa daya (P out ) berbanding lurus dengan torsi (T), dimana jika torsi semakin besar maka daya yang dihasilkan juga akan
Koefisien daya, C p (%) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 46 semakin besar juga, sebaliknya jika torsi semakin kecil maka daya yang dihasilkan juga semakin kecil. Pada grafik diatas menunjukan bahwa nilai daya kincir (P out ) tertinggi adalah: 18,47 watt, pada torsi (T): 0,36 N.m. 4.4.3 Grafik kincir angin untuk variasi sudu kincir lapisan aluminium bagian depan dan bagian belakang sudu. Grafik yang ditunjukan pada Gambar 4.7 merupakan grafik hubungan koefisien daya (C p ) dan tip speed ratio (tsr) untuk variasi sudu kincir lapisan aluminium bagian depan dan belakang sudu. 16 14 12 10 8 6 4 2 0 C p = -3,4706tsr 2 + 17,854tsr - 9,4402 0 1 2 3 4 5 Tip speed ratio (tsr) Gambar 4.7 Grafik hubungan koefisien daya dan tsr untuk variasi sudu kincir lapisan aluminium bagian depan dan bagian belakang sudu. Grafik yang ditunjukan pada Gambar 4.8 merupakan grafik hubungan putaran kincir (rpm) dan torsi (T) untuk variasi sudu kincir lapisan aluminium bagian depan dan belakang sudu.
Daya kincir, P out (watt) Putaran kincir (rpm) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 47 1200 1000 800 600 400 200 0 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 Torsi, T (N.m) Gambar 4.8 Grafik hubungan rpm dan torsi untuk variasi lapis aluminium bagian depan dan bagian belakang sudu. Grafik yang ditunjukan pada Gambar 4.8 merupakan grafik hubungan daya kincir (P out ) dan torsi (T) untuk variasi sudu kincir lapisan aluminium bagian depan dan belakang sudu. 30 25 20 15 10 5 0 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 Torsi, T (N.m) Gambar 4.9 Grafik hubungan torsi dan daya kincir (P out ) untuk variasi lapis aluminium bagian depan dan bagian belakang sudu. Gambar 4.7 menunjukan bahwa semakin besar tip speed ratio maka semakin besar koefisien daya yang dihasilkan, sampai kondisi maksimal
48 kemudian koefisien daya menurun. Pada grafik diatas dengan melakukan pendekatan diperoleh persamaan C p = -3,4706tsr 2 + 17,854tsr - 9,4402 kemudian persamaan tersebut dideferensialkan sehingga didapat = 2. 3,4706tsr + 17,854. Dengan mengatur = 0 didapat nilai koefisien daya (C p ) maksimal adalah: 13,52 %, pada tip speed ratio (tsr) optimal: 2,57. Gambar 4.8 menunjukan bahwa semakin besar putaran poros kincir maka semakin kecil torsi yang dihasilkan atau sebaliknya semakin kecil putaran poros kincir maka semakin besar torsi yang dihasilkan. Pada grafik diatas menunjukan bahwa nilai putaran kincir (rpm) tertinggi sebesar: 998 rpm, serta torsi (T) tertinggi sebesar: 0,55 N.m. Gambar 4.9 menunjukan bahwa daya (P out ) berbanding lurus dengan torsi (T), dimana jika torsi semakin besar maka daya yang dihasilkan juga akan semakin besar juga, sebaliknya jika torsi semakin kecil maka daya yang dihasilkan juga semakin kecil. Pada grafik diatas menunjukan bahwa nilai daya kincir (P out ) tertinggi adalah: 27,76 watt, pada torsi (T): 0,55 N.m. 4.4.4 Grafik kincir angin untuk variasi lapis aluminium bagian belakang dan anyaman bambu bagian depan sudu Grafik yang ditunjukan pada Gambar 4.10 merupakan grafik hubungan koefisien daya (C p ) dan tip speed ratio (tsr) untuk variasi sudu kincir lapisan aluminium bagian belakang dan anyaman bambu bagian depan sudu.
Putaran kincir (rpm) Koefisien daya, C p (%) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 49 12 10 8 6 4 2 0 C p = -4,0536tsr 2 + 17,477tsr - 9,443 0 1 2 3 4 5 Tip speed ratio (tsr) Gambar 4.10 Grafik hubungan koefisien daya dan tsr untuk variasi lapisan aluminium bagian belakang dan anyaman bambu bagian depan sudu. Grafik yang ditunjukan pada Gambar 4.11 merupakan grafik hubungan putaran kincir (rpm) dan torsi (T) untuk variasi sudu kincir lapisan aluminium bagian belakang dan anyaman bambu bagian depan sudu. 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 Torsi, T (N.m) Gambar 4.11 Grafik hubungan rpm dan torsi untuk variasi lapisan aluminium bagian belakang dan anyaman bambu bagian depan sudu. Grafik yang ditunjukan pada Gambar 4.12 merupakan grafik hubungan daya kincir (P out ) dan torsi (T) untuk variasi sudu kincir lapisan aluminium bagian
Daya kincir, P out (watt) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 50 belakang dan anyaman bambu bagian depan sudu. 25 20 15 10 5 0 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 Torsi, T (N.m) Gambar 4.12 Grafik hubungan torsi dan daya output (P out ) untuk variasi lapis aluminium bagian belakang dan anyaman bambu bagian depan sudu. Gambar 4.10 menunjukan bahwa semakin besar tip speed ratio maka semakin besar koefisien daya yang dihasilkan, sampai kondisi maksimal kemudian koefisien daya menurun. Pada grafik diatas dengan melakukan pendekatan diperoleh persamaan C p = -4,0536tsr 2 + 17,477tsr - 9,443 kemudian persamaan tersebut dideferensialkan sehingga didapat = 2. 4,0536tsr + 17,477. Dengan mengatur = 0 didapat nilai koefisien daya (C p ) maksimal adalah: 9,39 %, pada tip speed ratio (tsr) optimal: 2,16. Gambar 4.11 menunjukan bahwa semakin besar putaran poros kincir maka semakin kecil torsi yang dihasilkan atau sebaliknya semakin kecil putaran poros kincir maka semakin besar torsi yang dihasilkan. Pada grafik diatas menunjukan bahwa nilai putaran kincir (rpm) tertinggi sebesar: 744 rpm, serta torsi (T) tertinggi sebesar: 0,41 N.m.
Koefisien daya (Cp) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 51 Gambar 4.12 menunjukan bahwa daya kincir (P out ) berbanding lurus dengan torsi (T), dimana jika torsi semakin besar maka daya yang dihasilkan juga akan semakin besar juga, sebaliknya jika torsi semakin kecil maka daya yang dihasilkan juga semakin kecil. Pada grafik diatas menunjukan bahwa nilai daya kincir (P out ) tertinggi adalah: 16,49 watt, pada torsi (T): 0,38 N.m. 4.4.5 Grafik perbandingan kincir angin untuk semua variasi Grafik yang ditunjukan pada Gambar 4.13 merupakan grafik hubungan koefisien daya (C p ) dan tip speed ratio (tsr) untuk semua variasi sudu kincir. 16 14 12 10 8 6 Variasi sudu tanpa lapisan Variasi lapisan plat aluminium bagian depan Variasi lapisan plat aluminium depan dan belakang sudu 4 2 0 0 1 2 3 4 5 Tip speed ratio (tsr) Variasi lapisan plat aluminium bagian belakang dan anyaman bambu bagian depan sudu Gambar 4.13 Grafik hubungan koefisien daya (C p ) dan tip speed ratio (tsr) untuk semua variasi sudu kincir angin. Gambar 4.13 memperlihatkan bahwa koefisien daya (C p ) maksimal tertinggi ditunjukan pada variasi ketiga (warna merah) yaitu: variasi sudu kincir lapisan permukaan aluminium bagian depan dan belakang sudu, dengan koefisien daya (C p ) adalah 13,52 %, pada tip speed ratio (tsr): 2,57. Sedangkan koefisien
52 daya (C p ) maksimal terendah ditunjukan pada variasi kelima (warna biru) yaitu: variasi sudu kincir lapisan permukaan aluminium bagian belakang dan anyaman bambu bagian depan sudu, dengan koefisien daya (C p ) adalah 9,39 %, serta tip speed ratio (tsr): 2,16. Variasi lapisan sudu lapisan permukaan aluminium bagian depan dan belakang sudu adalah variasi lapisan yang terbaik jika dibandingkan dengan variasi lapisan yang lain.
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Dari penelitian kincir angin model propeler tiga sudu datar dari bahan triplek dengan sudut patahan 10 o serta variasi lapisan permukaan aluminium dan anyaman bambu, maka dapat disimpulkan sebagai berikut: a. Telah berhasil dibuat kincir angin propeler menggunakan empat variasi lapisan permukaan sudu, yaitu: tanpa lapisan, dengan lapisan plat aluminium di bagian depan sudu, dengan lapisan plat aluminium di bagian depan dan belakang sudu, dan dengan lapisan plat aluminium di bagian belakang dan anyaman bambu dibagian depan sudu. Kincir angin yang dibuat memiliki sudut patahan, bentuk, dan ukuran yang sama. b. Model kincir angin dengan sudu kincir tanpa lapisan menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 10,38 %, pada tip speed ratio optimal 2,19. Model kincir angin dengan lapisan permukaan plat aluminium bagian depan sudu menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 10,05 %, pada tip speed ratio optimal 2,40. Model kincir angin dengan lapisan permukaan plat aluminium bagian depan dan belakang menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 13,52%, pada tip speed ratio optimal 2,57. Model kincir angin dengan lapisan permukaan plat aluminium bagian belakang dan anyaman bambu bagian depan sudu menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 9,39 %, pada tip speed ratio optimal sebesar 2,16. 53
54 c. Dari keempat model kincir angin yang diteliti, tampak bahwa model kincir angin dengan lapisan permukaan plat aluminium bagian depan dan belakang sudu merupakan variasi terbaik dari model kincir lainnya yang dapat menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 13,52 %, pada tip speed ratio sebesar 2,57. 5.2 Saran Setelah melakukan penelitian maka didapatkan kelebihan dan kekurangan yang perlu diperhatikan untuk bahan refrensi penelitian selanjutnya dibidang kincir angin diantaranya: a. Untuk medapatkan daya maksimal kehalusan sudu kincir angin perlu diperhatikan karena semakin halus permukan sudu kincir maka hambatannya akan semakin kecil. b. Perlu dilakukan pengambilan data lebih banyak untuk mendapatkan data yang lebih akurat.
55 DAFTAR PUSTAKA Daryanto Y., 2007, Kajian Potensi Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu., Balai PPT AGG, Yogyakarta. Jhonson, G.L., 2006, Wind Energy System., Manahattan. Kadir, A., 1995, Energi : Sumber Daya, Inovasi, Tenaga Listrik dan Potensial Ekonomi., Penerbit Universitas Indonesia, Jakarta.
56 LAMPIRAN a. Variasi kincir angin Variasi pertama Variasi kedua Variasi ketiga Variasi keempat
57 b. Proses pembuatan kincir dan pengujian
58