PENGARUH JUMLAH SUDU TERHADAP UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER DARI BAHAN PIPA PVC TUGAS AKHIR Untuk memenuhi sebagian persyaratan Memperoleh gelar sarjana teknik Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Diajukan oleh : DARWIN RAVEL LAEMPASA NIM : 095214055 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2013 i
THE INFLUENCE OF NUMBER OF BLADES ON PERFOMANCE OF WINDTURBINE PROPELLER FROM PIPE PVC MATERIAL BLADE FROM PVC PIPE FINAL PROJECT As partial fulfillment of the requirement to obtain the SarjanaTeknik degree in Mechanical Engineering Study Program by DARWIN RAVEL LAEMPASA Student Number: 095214055 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPARTMENT OF MECHANICAL EGGINERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2013 ii
iii
iv
v
vi vi
INTISARI Energi alternatif yang ramah lingkungan sekaligus mudah dalam pemanfaatannya sehingga dapat menggantikan energi fosil yang semakin berkurang. Salah satu energi yang dapat dikembangkan adalah energi angin yang sangat melimpah. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui dan membandingkan unjuk kerja kincir angin poros horisontal berbahan PVC. Model kincir angin dibuat dalam tiga variasi sudu, yakni 6, 3,dan 2 sudu. Semua model kincir angin yang diuji memiliki diameter rotor 80 cm. Data yang diambil dalam pengujian kincir angin adalah kecepatan angin, kecepatan putar kincir dan gaya pengimbang. Daya kincir (P out ), koefisien daya (C P ), dan tip speed ratio (tsr), untuk masing-masing variasi sudu kincir., selajutnya dihitung dan dibandingkan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa untuk kincir angin dengan 6 sudu menghasilkan daya kincir sebesar 87,37 watt pada kecepatan angin 8,53 m/s dengan C P 32.03 pada tsr 3.5. Kincir angin dengan 3 sudu menghasilkan daya kincir sebesar 68,24 watt pada keceptan angin 8,50 m/s dengan C p 24,1pada tsr 4,0. Sedangkan kincir angin dengan 2 sudu menghasilkan daya kincir 34,24 watt pada kecepatan angin 8,95 m/s dengan C P 11,0 pada tsr 4.5, Sehingga dapat disimpulkan kincir dengan 6 sudu menghasilkan daya kincir (P out ), koefisien daya (C P ), dan tip speed ratio (tsr) yang lebih besar dari pada kincir angin dengan 3 dan 2 sudu. vii vii
KATA PENGANTAR Puji dan syukur senantiasa kepada Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat yang diberikan dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik. 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 sebesar-besarnya 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. sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir. 4. Wibowo, S.T., M.T., selaku Dosen pembimbing akademik. 5. Raden Benedictus Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si., dan Ir. YB Lukiyanto, M.T., selaku Kepala Laboratorium Manufaktur. 6. Yosep Laempasa dan Welmince selaku orang tua penulis, karena kebaikan dan kerendahan hati memberikan semangat pada penulis. Keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir. 7. Rafika adi, S.T.Mesin, selaku teman dekat penulis. 8. Rekan sekelompok saya, yaitu Fx.Anang Kristanto yang telah membantu dalam perancangan, pembuatan, perbaikkan alat dan pengambilan data. 9. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan teman-teman lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih atas segala bantuanya. viii
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, 22 Juni 2013 xi ix
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i TITLE PAGE... ii HALAMAN PENGESAHAN... iii DAFTAR DEWAN PENGUJI... iv PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR... v LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS... vi INTISARI... vii KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... x ISTILAH PENTING... xii DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR TABEL... xiv DAFTAR GRAFIK... xv BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan penelitian... 2 1.3 Manfaat penelitian... 2 1.4 Perumusan masalah... 2 1.5 Batasan masalah... 2 BAB II DASAR TEORI KINCIR ANGIN... 3 2.1 Dasar Teori... 3 2.1.1 Kincir Angin Poros Horisontal... 3 2.1.2 Kincir Angin Poros Vertikal... 5 2.1.3 Kincir Angin American Wind Mill... 6 2.1.4 Faktor yang mempengaruhi kincir angin... 6 BAB III METODE PENELITIAN... 9 3.1 Diagtam Alir Penelitian... 9 3.2 Obyek Penelitian... 10 3.3 Waktu Dan Tempat Penelitian... 10 3.4 Alat Dan Bahan... 10 3.5 Variabel Penelitian... 16 x
3.6 Parameter yang diukur... 16 3.7 Langkah Percobaan... 17 3.8 Langkah pengolahan data... 18 BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN... 19 4.1 Data Hasil Percobaan... 19 4.2 Pengolahan Data Dan Perhitungan... 20 4.3 Hasil Perhitungan... 23 4.4 Perbandingan antara sudu... 38 BAB V PENUTUP... 39 5.1 Kesimpulan... 39 5.2 Saran... 39 xi
ISTILAH PENTING x Simbol Keterangan v Kecepatan angin (m/s) n Kecepatan putar kincir (rpm) F Gaya pengimbang (N) A Luas penampang (m 2 ) T Torsi (N.m) ω Kecepatan sudut (rad/sec) P in P out tsr C P r d R Daya yang tersedia (watt) Daya yang dihasilkan (watt) Tip speed ratio Koefisien daya Jarak lengan torsi (m) Diameter kincir (m) Jari-jari kincir (m) xii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horisontal... 4 a. Kincir angin American WindMill.... 4 b. Kincir angin Dutch four arm.... 4 c. Kincir angin Rival calzoni.... 4 Gambar 2.2 Grafik HubunganAntara Koefisien Daya (C P ) Dengan Tip speed ratio (tsr) dari beberapa jenis kincir angin 8 Gambar 3.1 Diagram Alir Langkah-langkah Penelitian... 9 Gambar 3.2 Konstruksi Kincir Angin... 10 Gambar 3.3 Konstruksi kincir angin tiga sudu... 11 Gambar 3.4 Piringan Kincir Angin... 11 Gambar 3.5 Poros penopang Kincir... 12 Gambar 3.6 Poros penyambung dihubungkan ke poros kincir... 12 Gambar 3.7 Poros penyambung dihubungkan ke sistem pengereman... 13 Gambar 3.8 Terowongan angina atau Wind Tunel... 14 Gambar 3.9 Blower... 14 Gambar 3.10 Tachometer... 15 Gambar 3.11 Anemometer... 15 Gambar 3.12 Neraca Pegas... 16 Gambar 3.13 Pemasangan neraca pegas... 17 xiii
DAFTAR TABEL Tabel 4.1. Data percobaan kincir dengan 2 sudu... 19 Tabel 4.2. Data percobaan kincir dengan 3 sudu... 19 Tabel 4.3. Data percobaan kincir dengan 6 sudu... 20 Tabel 4.4 - Tabel 4.6. Data hasil perhitungan untuk 6 sudu... 23 Tabel 4.4 - Lajuan Tabel 4.4... 23 Tabel 4.7 Tabel 4.9. Data hasil perhitungan untuk 3 sudu... 30 Tabel 4.10 Tabel 4.12. Data hasil perhitungan untuk 2 sudu... 35 xiv
DAFTAR GRAFIK Grafik 4.1 Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi unuk 6 sedu... 26 Grafik 4.2 Grafik hubungan antara daya kincirdan beban torsi untuk 6 sudu... 27 Grafik 4.3 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio untuk sudu... 27 Grafik 4.4 Grafik hubungan antara putaran poros kuncir dengan torsi untuk 3 Sudu... 30 Grafik 4.5 Grafik hubungan antara daya kincir dengan torsi untuk 3 Sudu... 31 Grafik 4.6 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio untuk 3 Sudu... 32 Grafik 4.7 Grafik hubungan antara putaran poros kincir dengan torsi untuk 2 Sudu... 35 Grafik 4.8 Grafik hubungan antara daya kincir dengan torsi untuk 2 Sudu... 36 Grafik 4.9 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio untuk 2 Sudu... 37 Grafik 4.10 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio untuk perbandingan Sudu... 38 xv
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar belakang Penggunaan energi listrik sangat diperlukan sekali oleh masyarakat. Masyarakat yang maju atau berkembang umumnya memerlukan listrik dalam jumlah besar dengan biaya serendah mungkin, maka dari itu banyak orang melakukan eksperimen dengan mencoba energi alternatif untuk menghasilkan listrik dengan biaya yang murah dan aman bagi lingkungan. Di Indonesia banyak sekali energi alternatif yang dapat dimanfaatkan seperti energi surya, energi air, panas bumi, dan energi angin. Dari sekian banyak sumber energi yang paling mudah dimanfaatkan adalah energi angin karena angin ada dimana-mana sehingga mudah didapatkan dan biaya yang dibutuhkan tidak begitu mahal, untuk menghasilkan listrik dengan tenaga angin dibutuhkan kincir angin yang berguna untuk menangkap angin dan menggerakkan generator yang kemudian menghasilkan energi listrik. Ada banyak jenis kincir angin yang dikembangkan. Jenis-jenis kincir angin diklasifikasikan menjadi dua jenis yaitu kincir angin dengan poros vertikal dan kincir angin dengan poros horisontal, yang masing-masing jenis mempunyai berbagai macam bentuk kincir angin. Disini yang penulis buat adalah kincir angin poros horisontal dengan tiga variasi sudu. Sudu atau propeler yang digunakan dengan ukuran yang sama tetapi variasi sudu berbeda, dan bertujuan untuk mengetahui sudu mana yang lebih baik digunakan. 1.2. Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah : a. Mengetahui koefisien daya ( ) dan tip speed ratio (tsr) yang dihasilkan kincir angin. b. Membandingkan daya yang dihasilkan kincir angin untuk tiga variasi sudut dengan bentuk dan ukuran yang sama. 1
1.3. Manfaat Manfaat dari penelitian ini adalah : a. Mencari sumber informasi mengenai unjuk kerja kincir angin propeler berbahan PVC enam sudu dengan variasi jumlah sudu yang berbeda. b. Memberi manfaat bagi pengembangan teknologi energi terbarukan di indonesia, khususnya energi angin. c. Menjadi sumber refrensi bagi masyarakat di daerah dengan potensi energi angin yang besar. 1.4. Perumusan masalah Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah : a. Indonesia adalah negara yang memiliki potensi energi angin yang cukup besar. b. Diperlukan kincir angin yang mampu mengkonversi energi angin tersebut dengan maksimal sehingga efisiensi yang diperoleh tinggi. 1.5. Batasan masalah Batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah : Sebagai bahan uji dibuat kincir angin bahan sudunya dari pipa PVC dengan diameter 6 inchi, dalam bentuk yang sama 2
BAB II DASAR TEORI KINCIR ANGIN 2.1. Dasar teori Kincir angin adalah sebuah alat yang digerakkan oleh tenaga angin sehingga menghasilkan energi mekanik atau gerak. Kincir angin dulunya banyak ditemukan di Belanda, Denmark, dan negara-negara eropa lainya yang pada waktu itu banyak digunakan untuk irigasi, menumbuk hasil pertanian, dan penggilingan gandum. Istilah yang dipakai untuk menamai kincir pada waktu itu adalah Windmill. (Sumber : http://wikipedia.org/kincir angin, diakses 22 juni 2013). Berdasarkan posisi poros kincir angin dibedakan menjadi dua kelompok utama, yaitu kincir angin poros horizontal dan kincir angin poros vertikal. Dalam penelitian ini akan dikembangkan mengenai kincir angin poros horizontal. 2.1.1. Kincir Angin Poros Horizontal Kincir Angin Poros Horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbin (HAWT) adalah kincir angin yang memiliki poros utama sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai dengan arah angin. Kincir ini terdiri dari sebuah menara dan kincir yang berada pada puncak menara tersebut. Poros kincir dapat berputar 360⁰ terhadap sumbu vertikal untuk menyesuaikan arah angin. (sumber : http://wikipedi.org/kincir_angin, diakses 22 juni 2013). Beberapa jenis kincir angin poros horizontal yang telah banyak dikenal diantaranya ditunjukkan pada Gambar 2.2.1 Kincir Angin Poros Horizontal berikut : a. Kincir angin American WindMill. b. Kincir angin Dutch four arm. c. Kincir angin Rival calzoni. 3
a. Kincir angin American WindMill b. Kincir angin Dutch four arm c. Kincir angin Rival calzoni Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Horizontal (Sumber : www.fineartamerica.com, diakses 22 juni 2013) Kelebihan kincir angin poros horizontal adalah : 1. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi. 2. Banyak digunakan untuk menghasilkan energi listrik dengan skala besar. 3. Material yang digunakan lebih sedikit. 4. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang berada diatas menara. 5. Kecepatan putar lebih besar dari pada kecepatan angin yang diakibatkan gaya angkat atau lift force oleh angin. 4
Adapun kelemahan yang dimiliki oleh kincir angin poros horizontal adalah: 1. Kontruksi yang tinggi dapat menyulitkan dalam pemasangan kincir. 2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikkan dengan arah angin. 3. Biaya pemasangannya mahal. 2.1.2. Kincir Angin Poros Vertikal Kincir angin poros vertikal 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 besar daripada kincir angin poros horisontal. Kelebihan kincir angin poros vertikal adalah : 1. Dapat menerima arah angin dari segala arah. 2. Memiliki torsi yang besar pada putaran rendah. 3. Dapat bekerja pada putaran rendah. 4. Tidak memerlukan mekanisme yaw. 5. Biaya pemasangan lebih murah. Sedangkan kelemahan dari kincir angin poros vertikal adalah sebagai berikut : 1. Karena memiliki torsi awal yang rendah, diperlukan energi untuk mulai berputar. 2. Bekerja pada putaran rendah, sehingga energi angin yang dihasilkan kecil. 3. Dari konstruksinya berat poros dan sudu yang bertumpu pada bantalan merupakan beban tambahan. Dalam tugas akhir yang saya buat ini akan membahan mengenai kincir angin poros horisontal enam sudu dengan jenis American Wind Mill. 5
2.1.3. Kincir Angin American Wind Mill Kincir angin jenis american wind mill merupakan salah satu dari kincir angin poros horisontal yang biasanya bersudu dua,tiga,enam,atau juga bersudu banyak.kincir jenis ini dapat bekerja pada putaran yang tinggi sehingga dapat menghasilkan daya listrik yang besar. 2.1.4. Faktor yang mempengaruhi kincir angin Faktor-faktor yang mempengaruhi kincir angin yaitu: 1. Energi potensial yang terdapat pada angin dapat memutarkan sudusudu yang terdapat pada kincir angin tersebut. 2. Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda akibat gerakan benda tersebut, yang dapat dirumuskan : Energi kinetik = ½ m.v 2... (1) m = massa angin (kg) V = kecepatan dari benda yang bergerak 3. Torsi adalah gaya yang bekerja pada poros dihasilkan oleh gaya dorong pada sudu kincir yang dikurangi dengan gaya hambat (gaya yang berlawanan arah). Gaya dorong ini memiliki jarak terhadap sumbu poros kincir yang berputar, untuk perhitungan torsi dapat dihitung dengan menggunakan rumus : T = F. r... (2) F = gaya (N) r = panjang lengan torsi (m) 4. Daya angin ( ) adalah daya yang dibangkitkan oleh angin pada tiap luasan sudu, yang dapat dirumuskan : = ½.A.V 3....(3) = massa jenis udara (kg) A = luas penampang sudu (m) V = kecepatan aliran angin (m/s) 6
5. Tip speed ratio (tsr) adalah perbandingan kecepatan pada ujungujung sudu yang berputar, tsr dapat dirumuskan :... (4) r = jari jari lingkaran / penampang sudu kincir. n = putaran kincir. 6. Daya yang dihasilkan kincir ( ) adalah daya yang dihasilkan kincir akibat adanya angin yang melintasi sudu kincir. Sehingga daya kincir yang dihasilkan oleh gerakkan melingkar kincir dapat dirumuskan : = T. ω...(5) T = torsi ω = kecepatan sudut 7. Kecepatan sudut kincir adalah kecepatan putar kincir dalam satuan radian per detik. Kecepatan sudut dapat dihitung dengan menggunakan rumus :......(6) 8. Power coefficient ( ) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukkan perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir dengan daya yang dihasilkan oleh angin. Sehingga C P dapat dirumuskan :....(7) C p dari suatu kincir angin juga dapat ditentukan dengan grafik Hubungan antara C p dan tsr dari beberapa jenis kincir. 7
Gambar 2.2 Grafik Hubungan antara C p dan tsr dari beberapa jenis kincir. (Sumber : Wind Energy System by Dr. Gary L. Johnson) 8
BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Diagram alir penelitian. Langkah kerja dalam penelitian ini disajikan dalam diagram alir sebagai berikut : MULAI Perancangan kincir angin poros horizontal. Pembuatan kincir angin poros horizontal berbahan PVC. Variasi sudu dengan bentuk yang sama. Pengambilan data mencari kecepatan angin, nilai putaran poros kincir dan gaya pengimbang pada kincir angin. Pengolahan data mencari daya angin, daya kincir, C P, dan tsr,kemudian membandikan antara daya kincir, C P, dan tsr pada masingmasing variasi sudu kincir angin. Analisis dan pembuatan laporan. Selesai Gambar 3.1 Diagram Alir Langkah-langkah Penelitian 9
3.2. Objek penelitian Objek penelitian ini adalah kincir angin poros horizontal emam sudu berdiameter dua inchi dengan variasi dua sudu dan tiga sudu dengan bentuk yang sama. 3.3. Waktu dan tempat penelitian Proses pembuatan kincir, pengambilan data, dan penelitian dimulai pada semester genap tahun ajaran 2013 di Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 3.4. Alat dan bahan Model kincir angin dengan bahan bahan pipa PVC ukuran 6 inchi. dapat dilihat pada Gambar 3.2 Gambar 3.2 Konstruksi kincir angin. 10
Gambar 3.3 Konstruksi kincir angin tiga sudu 1. Piringan kincir Piringan berfungsi sebagai dudukan sudu. Piringan terbuat dari kayu dengan ukuran diameter 30 cm. Sudu ditempelkan pada piringan kincir kemudian dibaut, seperti yang dilihat pada Gambar 3.4. Gambar 3.4 Piringan kincir 11
2. Poros penopang kincir untuk menopang piringan kincir agar dapat berputar Gambar 3.5 Poros penopang kincir 3. Poros penyangga berfungsi sebagai penyangga mekanisme kincir keseluruhan. 4. Poros pada ujung kincir dan poros pada sistem pengereman dihubungkan dengan menggunakan poros penyambung, kemudian sistem pengereman diberi beban berupa karet untuk mengetahui besarnya torsi dan putaran kincir angin. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 3.6 dan Gambar 3.7. Gambar 3.6. Poros penyambung dihubungkan ke poros ujung kincir 12
Gambar 3.7. Poros penyambung dihubungkan ke sistem pengereman Dalam pengambilan data digunakan beberapa peralatan penunjang, diantaranya : 1. Terowongan Angin Terowongan angin atau wind tunnel adalah sebuah lorong berukuran 1,2 m 1,2 m 2,4 m yang berfungsi sebagai tempat dimana angin bergerak dengan kecepatan tertentu sekaligus merupakan tempat pengujian kincir angin, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.8. Di dalam lorong udara tekanannya dibuat lebih rendah dari tekanan lingkungan sekitar, tujuannya agar udara bergerak dengan kecepatan tertentu. Kecepatan angin dapat diatur dengan cara mengatur jarak antara wind tunnel dan blower sesuai keinginan. 13
Gambar 3.8 Terowongan Angin atau Wind Tunel 2. Blower Blower adalah alat yang digunakan untuk menurunkan tekanan di dalam terowongan angin sehingga angin dapat berhembus dengan kecepatan tertentu. Blower digerakkan oleh motor listrik berdaya 5,5 kw, dapat dilihat pada gambar 3.9. Gambar 3.9. Blower 14
3. Takometer Takometer (tachometer) adalah alat yang digunakan untuk mengukur putaran poros kincir angin sebagai data yang dibutuhkan. Jenis tachometer yang digunakan adalah digital light takometer, prinsip kerjanya berdasarkan pantulan yang diterima sensor dari reflektor, reflektor ini berupa benda warna yang dapat memantulkan cahaya dan dipasang pada poros.takometer ditunjukkan pada Gambar 3.11. Gambar 3.10 Takometer 4. Anemometer Anemometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan angin sesuai dengan data yang dibutuhkan. Anemometer diletakkan didepan terowongan angin, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.11. Gambar 3.11 Anemometer 15
5. Neraca Pegas Neraca pegas digunakan untuk mengukur gaya pengimbang torsi kincir angin saat kincir berputar. Neraca pegas dihubungkan pada kopling dengan jarak yang telah ditentukan. Neraca pegas ditunjukkan pada Gambar 3.12. Gambar 3.12 Neraca Pegas 3.5. Variabel penelitian : Variabel dalam penelitian ini adalah : 1. Variasi sudu dengan tiga macam sudu dengan bentuk yang sama. 2. Variasi pembebanan yaitu dari posisi kincir berputar maksimal sampai posisi kincir diam. 3. Variasi kecepatan angin dilakukan dengan 3 posisi variasi kecepatan angin max, midium dan min. 4. 3.6. Parameter yang diukur : Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah : 1. Kecepatan angin, (m/s) 2. Gaya pengimbang, (N) 3. Putaran kincir, (rpm) 16
3.7. Langkah Percobaan Pengambilan data kecepatan angin, beban, dan kecepatan putar kincir dilakukan secara bersama-sama. Hal pertama yang dilakukan adalah memasang kincir angin pada terowongan angin. Selanjutnya untuk pengambilan data memerlukan proses sebagai berikut : 1. Memasang neraca pegas yang dihubungkan ke sistem pengereman. Seperti pada Gambar 3.13. Gambar 3.13 Pemasangan neraca pegas pada sistem engereman 2. Menempatkkan anemometer dan takometer pada tempatnya. 3. Setelah semua siap blower siap untuk dihidupkan 4. Pengaturan kecepatan angin dilakukan dengan cara menggeser blower dengan troli pada angka kecepatan angin yang diinginkan. 5. Setelah mendapatkan kecepatan angin yang konstan kemudian dimulai mengukur kecepatan putaran, kecepatan angin, dan besarnya torsi. 6. Langkah tersebut diulangi sampai kondisi kincir berhenti, dengan tiga variasi kecepatan angin. 17
3.8. Langkah pengolahan data. Dari data yang telah didapat, maka data tersebut dapat diolah dengan langkah-langkah sebagai berikut : 1. Setelah diketahui kecepatan angin (V) dan luasan kincir (A), maka dapat dicari daya angin (P in ). 2. Dari pembebanan di dapat gaya pengimbang (F) yang dapat digunakan untuk mencari torsi (T). 3. Data putaran poros kincir (n) dan torsi (T) dapat digunakan untuk mencari daya kincir (Pout). 4. Dengan membandingkan kecepatan keliling diujung sudu dan kecepatan angin, maka tip speed ratio dapat dicari. 5. Dari data daya kincir (P out ) dan daya angin (P in ) maka koefisien daya (C p) dapat diketahui. 18
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1. Data hasil percobaan. Data hasil percobaan kincir angin untuk masin-masing variasi sudut dapat dilihat pada Tabel 4.1, 4.2, dan 4.3, dibawah ini. Tabel 4.1. Data percobaan kincir dengan 2 sudu posisi bean v (m/s) n (rpm) F ( Niwton ) Suhu ( C) 0 6,25 707,40 0,00 29,6 1 6,27 609,50 0,87 29,67 2 6,04 563,33 1,13 29,63 3 5,87 538,30 1,28 29,6 4 6,12 512,90 1,50 29,7 5 6,25 478,23 1,67 29,67 6 6,28 475,60 1,77 29,53 7 6,23 453,43 1,81 29,6 8 6,27 461,20 1,86 29,67 9 6,15 420,20 1,96 29,7 Tabel 4.2. Data percobaan kincir dengan 3 sudu beban V n F Suhu m/s rpm Newton ( C) 0 5,85 652,80 0,00 29,60 1 5,93 628,43 0,69 29,63 2 6,03 594,83 1,08 29,80 3 6,12 551,80 1,42 29,80 4 6,15 512,13 1,67 29,77 5 5,92 496,13 1,96 29,70 6 6,05 431,70 2,26 29,80 7 5,98 441,13 2,45 29,90 8 6,02 419,83 2,58 30,03 9 6,10 356,50 2,63 29,83 10 5,88 327,77 3,07 29,70 11 5,88 242,80 3,34 29,70 19
Tabel 4.3. Data percobaan kincir dengan 6 sudu Posisi BBN Putaran (rpm) V (m/s) F (newton) Suhu ( C) 1 6,25 571,70 0,00 29,23 2 5,73 544,60 0,51 29,33 3 5,72 525,27 0,98 29,50 4 5,98 503,53 1,37 29,40 5 5,80 477,67 1,81 29,40 6 5,70 453,50 2,16 29,20 7 5,78 449,97 2,40 29,07 8 5,78 452,10 2,53 28,93 9 5,88 407,80 2,67 29,07 10 5,57 394,87 2,89 29,23 11 5,80 393,00 3,17 29,30 12 5,72 370,30 3,30 29,27 13 5,83 363,07 3,42 29,30 14 5,65 356,37 3,52 29,30 15 5,70 327,17 3,63 29,40 16 5,88 326,47 3,92 29,47 17 5,87 289,83 4,12 29,37 18 5,72 239,43 4,32 29,30 Data dari hasil percobaan kincir tiga sudu dengan jarak pembebanan dari sistem pengereman ke sumbu poros kincir adalah 0,1 m dan luas penampang kincir 0,5 m. Percobaan dilakukan tiap lima kali variasi kecepatan angin dengan variasi sudut potong kincir yang berbeda. Percobaan dilakukan sampai kincir berhenti berputar pada setiap variasi kecepatan angin. 4.2. Pengolahan data dan perhitungan. 1. Besarnya daya angin (P in ) yang diterima kincir dengan luas penampang 0,785 m dengan kecepatan angin 6,27 m/s. Maka daya angin dapat dicari dengan = ½.A.V 3 = 0,584. 0,785 m. (6,27m/s) 3 = 110,62 watt Jadi daya yang. tersedia pada angin adalah 110,62 watt 20
2. Besarnya daya kincir (P out ) dapat dicari dengan persamaan 4 dengan terlebih dahulu mencari kecepatan sudut dan torsi, yang dicari dengan Persamaan 5 dan 6 : Maka kecepatan sudut yang didapatkan adalah 63,79 rad/s T = F. r = 0,87. 0,1 m = 0,09 N.m Sehingga torsi yang didapatkan adalah 0,09 N.m Maka daya yang dihasilkan kincir adalah P out = T. ω = 0,09 N.m. 63,79 rad/s = 5,53 watt Sehingga daya yang dihasilkan oleh kincir adalah 5,53 watt. 3. Besarnya tsr (tip speed ratio) dapat dicari dengan Persamaan 3, jadi tsr = besarnya tsr adalah : Sehingga tsr yang didapatkan 5,09 21
4. Besarnya Koefisien daya (C p ) dapat dicari dengan Persamaan 7, jadi besarnya C p adalah : C p Maka C p yang dihasilkan adalah 0,05 22
4.3. Hasil perhitungan. Dari percobaan yang telah dilakukan dengan memvariasikan sudu kincir dan kecepatan angin.maka data perhitungan diperoleh sebagai berikut 4.3.1. Data perhitungan kincir angin dengan variasi sudu Data perhitungan kincir angin dengan emam sudu dilihat pada Tabel 4.4 sampai dengan Tabel 4.6. Tabel 4.4. Data perhitungan emam sudu dengan kecepatan angin 8.53 m/s. Beban V n F Torsi ω Pout pin Cp tsr m/s rpm Newton N.m watt watt % 0 8,45 813,2 0,00 0,00 85,11 0,00 272,96 0,00 5,04 1 8,10 813,33 0,59 0,12 85,13 10,02 240,42 4,17 5,25 2 8,07 792,13 0,88 0,18 82,91 14,64 237,47 6,17 5,14 3 8,12 775,63 1,28 0,26 81,18 20,71 241,91 8,56 5,00 4 8,12 748,73 1,57 0,31 78,37 24,60 241,91 10,17 4,83 5 7,93 736,70 2,16 0,43 77,11 33,28 225,89 14,73 4,86 6 8,05 709,93 2,32 0,46 74,31 34,50 236,00 14,62 4,62 7 8,10 755,93 2,55 0,51 79,12 40,36 240,42 16,79 4,88 8 8,10 743,83 2,94 0,59 77,85 45,83 240,42 19,06 4,81 9 8,23 720,43 3,14 0,63 75,41 47,34 252,49 18,75 4,58 10 8,05 716,47 3,34 0,67 74,99 50,02 236,00 21,20 4,66 11 7,85 720,70 3,43 0,69 75,43 51,80 218,84 23,67 4,80 12 8,22 701,83 3,63 0,73 73,46 53,33 250,96 21,25 4,47 13 8,23 711,53 3,73 0,75 74,47 55,52 252,49 21,99 4,52 14 8,18 669,47 3,83 0,77 70,07 53,62 247,92 21,63 4,28 15 7,95 701,20 3,92 0,78 73,39 57,60 227,31 25,34 4,62 16 8,10 701,50 4,22 0,84 73,42 61,94 240,42 25,76 4,53 17 8,20 688,20 4,32 0,86 72,03 62,18 249,44 24,93 4,39 18 8,10 680,90 4,41 0,88 71,27 62,92 240,42 26,17 4,40 19 8,12 689,23 4,51 0,90 72,14 65,11 241,91 26,91 4,44 20 7,93 671,23 4,66 0,93 70,26 65,47 225,89 28,99 4,43 21 8,05 678,50 4,71 0,94 71,02 66,88 236,00 28,34 4,41 22 8,38 669,40 4,82 0,96 70,06 67,59 266,55 25,36 4,18 23 7,83 653,90 5,10 1,02 68,44 69,83 217,45 32,11 4,37 24 8,07 652,03 5,30 1,06 68,25 72,31 237,47 30,45 4,23 25 8,10 637,57 5,64 1,13 66,73 75,28 240,42 31,31 4,12 26 8,25 628,80 5,72 1,14 65,81 75,32 254,03 29,65 3,99 27 8,23 626,73 5,82 1,16 65,60 76,36 252,49 30,24 3,98 28 8,23 640,17 5,98 1,20 67,00 80,19 252,49 31,76 4,07 29 8,22 621,23 6,13 1,23 65,02 79,73 250,96 31,77 3,96 30 8,08 616,97 6,18 1,24 64,58 79,82 238,94 33,41 3,99 23
31 8,08 613,60 6,28 1,26 64,22 80,64 238,94 33,75 3,97 32 8,20 620,97 6,43 1,29 64,99 83,53 249,44 33,49 3,96 33 8,38 624,57 6,47 1,29 65,37 84,65 266,55 31,76 3,90 34 8,12 605,80 6,62 1,32 63,41 83,97 241,91 34,71 3,91 35 8,23 599,93 6,72 1,34 62,79 84,39 252,49 33,42 3,81 36 8,00 570,43 6,77 1,35 59,71 80,83 231,63 34,90 3,73 37 8,13 576,70 6,82 1,36 60,36 82,31 243,40 33,82 3,71 38 8,18 557,97 7,06 1,41 58,40 82,50 247,92 33,28 3,57 39 8,33 548,97 7,13 1,43 57,46 81,92 261,81 31,29 3,45 40 8,20 574,97 7,26 1,45 60,18 87,37 249,44 35,03 3,67 41 8,25 529,50 7,31 1,46 55,42 81,01 254,03 31,89 3,36 42 8,28 547,40 7,42 1,48 57,29 85,06 257,12 33,08 3,46 43 8,43 539,47 7,55 1,51 56,46 85,30 271,34 31,44 3,35 44 8,32 510,97 7,70 1,54 53,48 82,37 260,24 31,65 3,22 45 8,53 498,40 7,75 1,55 52,17 80,86 280,29 28,85 3,06 Tabel 4.5. Data perhitungan emam sudu dengan kecepatan angin 6.25 m/s. beban V n F Torsi ω Pout pin Cp tsr m/s rpm Newton N.m watt watt % 0 6,25 571,70 0,00 0,00 59,84 0,00 110,45 0,00 4,79 1 5,73 544,60 0,51 0,10 57,00 5,78 85,26 6,78 4,97 2 5,72 525,27 0,98 0,20 54,98 10,79 84,52 12,76 4,81 3 5,98 503,53 1,37 0,27 52,70 14,48 96,91 14,94 4,40 4 5,80 477,67 1,81 0,36 50,00 18,15 88,27 20,56 4,31 5 5,70 453,50 2,16 0,43 47,47 20,49 83,78 24,45 4,16 6 5,78 449,97 2,40 0,48 47,10 22,64 87,51 25,87 4,07 7 5,78 452,10 2,53 0,51 47,32 23,98 87,51 27,41 4,09 8 5,88 407,80 2,67 0,53 42,68 22,75 92,13 24,69 3,63 9 5,57 394,87 2,89 0,58 41,33 23,92 78,04 30,65 3,71 10 5,80 393,00 3,17 0,63 41,13 26,09 88,27 29,56 3,55 11 5,72 370,30 3,30 0,66 38,76 25,60 84,52 30,29 3,39 12 5,83 363,07 3,42 0,68 38,00 25,97 89,80 28,92 3,26 13 5,65 356,37 3,52 0,70 37,30 26,22 81,60 32,14 3,30 14 5,70 327,17 3,63 0,73 34,24 24,86 83,78 29,67 3,00 15 5,88 326,47 3,92 0,78 34,17 26,82 92,13 29,11 2,90 16 5,87 289,83 4,12 0,82 30,34 25,00 91,35 27,37 2,59 17 5,72 239,43 4,32 0,86 25,06 21,63 84,52 25,60 2,19 18 5,65 223,70 4,51 0,90 23,41 21,13 81,60 25,90 2,07 24
Tabel 4.6. Data perhitungan emam sudu dengan kecepatan angin 4.08 m/s beban V n F Torsi ω Pout pin Cp tsr m/s rpm Newton N.m watt watt % 0 3,90 383,40 0,00 0,00 40,13 0,00 26,84 0,00 5,14 1 3,93 351,93 0,99 0,10 36,84 3,66 27,53 13,30 4,68 2 4,00 327,50 1,50 0,15 34,28 5,14 28,95 17,77 4,28 3 4,08 304,47 2,34 0,23 31,87 7,46 30,80 24,22 3,90 4 4,08 300,07 2,44 0,24 31,41 7,65 30,80 24,84 3,85 5 4,05 293,23 2,56 0,26 30,69 7,85 30,05 26,11 3,79 6 3,85 279,20 2,81 0,28 29,22 8,21 25,82 31,80 3,80 7 4,03 265,20 2,86 0,29 27,76 7,93 29,68 26,73 3,44 8 4,05 251,57 2,96 0,30 26,33 7,80 30,05 25,96 3,25 9 4,07 248,97 3,15 0,32 26,06 8,21 30,43 27,00 3,20 10 4,00 221,13 4,14 0,41 23,15 9,57 28,95 33,07 2,89 11 3,88 216,57 3,65 0,36 22,67 8,27 26,49 31,22 2,92 12 3,95 182,33 3,96 0,40 19,08 7,55 27,88 27,08 2,42 13 3,95 166,40 3,94 0,39 17,42 6,87 27,88 24,63 2,20 25
putaran poros kincir (rpm) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 4.4.1. Grafik untuk variasi 6 sudu 1. Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi. Grafik 4.1. menunjukkan kecepatan maksimal 813 rpm dengan torsi 0 N.m pada posisi putaran poros kincir maksimal tanpa pembebanan. Pada posisi putaran poros kincir medim dan minimum mulai ada perubahan nilai putaran poros kincir dan torsi tapi begitu jauh dengan posisi putaran poros kincir maksimal. Ini terjadi karena pada posisi medium dan minimum kecepatan angin menurun dan beban pengereman semakin besar hal ini yang menyebabkan putaran menjadi rendah tetapi torsi yang dihasilkan cukup tinggi. 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 v= 4.08 m/s v=6.25 m/s v= 8.53 m/s 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 Beban Torsi (N.m) Grafik 4.1 Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi 1. Grafik hubungan antara daya kincir (P out ) dan beban torsi. Grafik 4.2. menunjukkan pada posisi maksimum 8,53 m/s, daya kincir maksimal 87,4 watt dan torsi maksimal 1,55 N.m. Pada posisi medium hasil beda jauh dengan posisi maxsimum, karena kecepatan angin sekitar 5.98 m/s. terjadi penurunan kecepatan angin, pada posisi kecepatan minimum hasil yang di peroleh tidak jauh berbeda dengan posisi medium karena kecepatan angin 4.08 m/s yang mengebapkan penurunan beban torsi dan daya kincir. 26
koefisien daya (Cp 100%) daya kincir (Pout) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 100.00 90.00 80.00 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 4.08 m/s v=6.25 m/s v=8.53 m/s 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 Beban torsi (N.m) Grafik 4.2. Grafik hubungan antara daya kincir dan beban torsi 1. Grafik hubungan antara koefisien daya (C P ) dengan tip speed ratio (tsr). Grafik 4.3. menunjukkan perbandingan antara C P dan tsr menunjukkan nilai maksimal C P 35.0 pada tsr 5,25. Setelah pada cp maxsimum kemudian Cp akan mengalami penurunan karena daya angin lebih besar dari daya kincir. disertai dengan kenaikan tsr. Karna jika daya angin semakin tinggi maka putaran yang di peroleh semakin tinggi sehingga mengebapkan tsr semakin tinggi. 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 Tip speed ratio (Tsr) Grafik 4.3.Grafik hubungan antara C P dan tsr 27
4.3.2. Data perhitungan kincir angin dengan variasi sudu Data perhitungan kincir angin dengan tiga sudu dilihat pada Tabel 4.7. sampai dengan Tabel 4.9. Tabel 4.7. Data perhitungan tiga sudu dengan kecepatan angin 8,50 m/s. beban V n F Torsi ω Pout pin tsr m/s rpm Newton N.m watt watt % 0 8,45 1138,00 0,00 0,00 59,56 0,00 272,96 0,00 7,05 1 8,30 1021,00 1,98 0,20 106,86 21,18 258,68 8,19 6,44 2 8,32 971,90 3,51 0,35 101,73 35,73 260,24 13,73 6,12 3 8,17 893,97 4,37 0,44 93,57 40,85 246,41 16,58 5,73 4 8,20 841,23 5,09 0,51 88,05 44,83 249,44 17,97 5,37 5 8,13 839,30 5,71 0,57 87,85 50,13 243,40 20,59 5,40 6 8,10 802,60 6,37 0,64 84,01 53,51 240,42 22,26 5,19 7 8,22 771,23 7,36 0,74 80,72 59,39 250,96 23,67 4,91 8 8,08 757,43 7,86 0,79 79,28 62,32 238,94 26,08 4,90 9 8,25 742,30 8,20 0,82 77,69 63,72 254,03 25,08 4,71 10 8,12 742,00 8,79 0,88 77,66 68,24 241,91 28,21 4,78 11 8,25 774,83 8,06 0,81 81,10 65,37 254,03 25,73 4,92 12 8,53 754,40 8,79 0,88 78,96 69,38 281,11 24,68 4,63 13 8,12 694,30 8,91 0,89 72,67 64,73 241,91 26,76 4,48 14 8,20 725,80 3,87 0,77 75,97 58,87 249,44 23,60 4,63 15 8,12 709,10 4,22 0,84 74,22 62,71 241,91 25,92 4,57 16 8,20 685,07 4,53 0,91 71,70 64,90 249,44 26,02 4,37 17 8,20 659,47 4,85 0,97 69,02 66,99 249,44 26,86 4,21 18 8,15 641,47 4,92 0,98 67,14 66,04 244,90 26,97 4,12 19 8,23 694,53 4,41 0,88 72,69 64,18 252,49 25,42 4,41 20 8,13 670,07 4,51 0,90 70,13 63,21 243,40 25,97 4,31 21 8,20 626,03 4,89 0,98 65,52 64,11 249,44 25,70 4,00 22 8,08 621,40 5,15 1,03 65,04 66,99 238,94 28,04 4,02 23 8,05 593,00 5,35 1,07 62,07 66,37 236,00 28,12 3,86 24 8,18 584,57 5,41 1,08 61,18 66,18 247,92 26,70 3,74 25 8,25 623,00 4,97 0,99 65,21 64,82 254,03 25,52 3,95 26 8,27 631,43 4,96 0,99 66,09 65,57 255,57 25,66 4,00 27 8,13 575,97 5,35 1,07 60,28 64,46 243,40 26,48 3,71 28
28 8,17 543,47 5,40 1,08 56,88 61,38 246,41 24,91 3,48 29 8,32 525,47 5,43 1,09 55,00 59,71 260,24 22,94 3,31 30 8,25 528,67 5,34 1,07 55,33 59,06 254,03 23,25 3,35 31 8,30 526,90 5,51 1,10 55,15 60,77 258,68 23,49 3,32 32 8,18 548,50 5,66 1,13 57,41 64,95 247,92 26,20 3,51 33 8,30 563,20 5,72 1,14 58,95 67,47 258,68 26,08 3,55 34 8,27 551,87 5,66 1,13 57,76 65,35 255,57 25,57 3,49 35 8,23 542,93 5,53 1,11 56,83 62,81 252,49 24,88 3,45 36 8,47 546,60 5,72 1,14 57,21 65,48 274,57 23,85 3,38 37 8,27 519,57 5,71 1,14 54,38 62,06 255,57 24,28 3,29 38 8,50 497,33 5,82 1,16 52,05 60,60 277,83 21,81 3,06 Tabel 4.8. Data perhitungan tiga sudu dengan kecepatan angin 6.15 m/s. beban V n F Torsi ω Pout pin tsr m/s rpm Newton N.m watt watt % 0 5,85 652,80 0,00 0,00 68,33 90,57 0,00 5,84 1 5,93 628,43 0,69 0,14 65,78 9,03 94,50 9,56 5,54 2 6,03 594,83 1,08 0,22 62,26 13,44 99,36 13,52 5,16 3 6,12 551,80 1,42 0,28 57,76 16,43 103,53 15,87 4,72 4 6,15 512,13 1,67 0,33 53,60 17,88 105,23 16,99 4,36 5 5,92 496,13 1,96 0,39 51,93 20,38 93,70 21,75 4,39 6 6,05 431,70 2,26 0,45 45,18 20,39 100,18 20,35 3,73 7 5,98 441,13 2,45 0,49 46,17 22,65 96,91 23,37 3,86 8 6,02 419,83 2,58 0,52 43,94 22,70 98,53 23,04 3,65 9 6,10 356,50 2,63 0,53 37,31 19,64 102,69 19,13 3,06 10 5,88 327,77 3,07 0,61 34,31 21,09 92,13 22,89 2,92 11 5,88 242,80 3,34 0,67 25,41 16,95 91,74 18,48 2,16 29
putarn poros kincir (rpm) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Tabel 4.9. Data perhitungan tiga sudu dengan kecepatan angin 4.35 m/s. beban V n F Torsi ω Pout pin tsr m/s rpm Newton N.m watt watt % 0 4,25 442,40 0,00 0,00 46,30 0,00 34,73 0,00 5,45 1 4,13 389,47 1,02 0,10 40,76 4,16 31,95 13,02 4,93 2 4,25 356,30 1,67 0,17 37,29 6,24 34,73 17,98 4,39 3 4,12 342,07 1,81 0,18 35,80 6,46 31,56 20,48 4,35 4 4,18 332,13 1,90 0,19 34,76 6,62 33,12 19,98 4,15 5 4,20 320,97 2,16 0,22 33,59 7,27 33,52 21,70 4,00 6 4,22 306,30 2,21 0,22 32,06 7,08 33,92 20,86 3,80 7 4,35 258,53 2,54 0,25 27,06 6,88 37,24 18,46 3,11 8 4,20 222,15 2,64 0,26 23,25 6,14 33,52 18,31 2,77 4.4.2 Grafik untuk variasi Tiga sudu 1. Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi Grafik 4.4. menunjukkan putaran maksimal 1138 rpm dengan torsi 0 N.M pada posisi kecepatan angin maksimum tanpa pembebanan.pada posisi kecepatan angin medium dan minimum terjadi penurunan putaran yang disebabkan oleh pembebanan pada kincir dan kecepatan angin yang berubah-rubah. Perbedaan nilai-nya yang terjadi begitu jauh. 1400.00 1200.00 1000.00 800.00 600.00 400.00 200.00 0.00 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 Beban torsi (N.m) Grafik 4.4. Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi 30
Daya kincir (Pout) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 2. Grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan beban torsi. Grafik 4.5 menunjukkan daya kincir 68,24 watt pada torsi 1,16 N.m pada posisi kecepatan angin maksimum yaitu 8,50 m/s. Pada kecepatan angin medium dan minimum terjadi penurunan torsi yang disebabkan oleh turunnya kecepatan angin, yang mengakibatkan turunnya daya kincir. Dengan kata lain jika torsi tinggi maka daya kincir akan tinggi begitu pula sebaliknya, jika torsi rendah maka daya kincir juga akan turun. 80.00 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 v=6.15 m/s 10.00 v=4.35 m/s 0.00 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 Beban torsi (N.m) Grafik 4.5. Grafik hubungan antara daya kincir (P out ) dan beban torsi 31
koefisien daya (Cp 100%) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 3. Grafik hubungan koefisien daya (C P ) dan tip speed ratio (tsr) Grafik 4.6 menunjukkan C P maksimal 28,1 pada tsr 7,05. Besarnya C P dan tsr dipengaruhi oleh unjuk kerja kincir angin. Jika C P yang diperoleh tinggi maka tsr yang diperoleh rendah, begitupun sebaliknya jika unjuk kerja kincir angin rendah maka C P yang diperoleh rendah maka tsr yang diperoleh tinggi. 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 Tip speed ratio (Tsr) Grafik 4.6.Grafik hubungan antara C P dan tsr 32
4.3.3. Data perhitungan kincir angin dengan variasi sudu Data perhitungan kincir angin dengan dua sudu dilihat pada Tabel 4.10. sampai dengan Tabel 4.12. Tabel 4.10. Data perhitungan dua sudu dengan kecepatan angin 8.95 m/s. beban V n F Torsi ω Pout pin tsr m/s rpm Newton N.m watt watt % 0 8,95 1253,00 0,00 0,00 65,57 0,00 324,33 0,00 7,33 1 8,75 1170,67 2,16 0,22 61,26 13,26 303,07 4,38 7,00 2 8,00 1150,67 2,11 0,21 60,22 12,70 231,63 5,48 7,53 3 7,83 1070,33 3,13 0,31 56,01 17,51 217,45 8,05 7,15 4 7,88 1005,63 4,07 0,41 52,63 21,43 221,64 9,67 6,68 5 7,85 957,27 5,23 0,52 50,10 26,21 218,84 11,98 6,38 6 8,15 963,27 5,77 0,45 50,41 22,68 244,90 9,26 6,19 7 8,23 941,23 6,27 0,63 49,26 30,89 252,49 12,24 5,98 8 8,55 910,43 6,80 0,68 47,65 32,38 282,76 11,45 5,57 9 8,43 865,43 7,34 0,73 45,29 33,23 271,34 12,25 5,37 10 8,40 809,67 7,88 0,79 42,37 33,41 268,14 12,46 5,04 11 8,18 731,17 8,39 0,84 38,26 32,12 247,92 12,96 4,68 12 8,23 585,83 8,24 0,82 30,66 25,26 252,49 10,01 3,72 13 7,97 628,80 8,51 0,85 32,91 28,01 228,75 12,25 4,13 14 8,27 719,00 7,82 0,78 37,63 29,41 255,57 11,51 4,55 15 8,23 651,47 8,14 0,81 34,09 27,76 252,49 10,99 4,14 16 8,13 624,10 8,78 0,88 32,66 28,68 243,40 11,78 4,02 17 8,20 650,83 7,75 0,77 34,06 26,40 249,44 10,58 4,15 18 8,18 615,33 7,86 0,79 32,20 25,31 247,92 10,21 3,94 19 8,37 603,50 8,04 0,80 31,58 25,39 264,96 9,58 3,77 20 8,08 605,00 8,63 0,86 31,66 27,33 238,94 11,44 3,92 33
Tabel 4.11. Data perhitungan dua sudu dengan kecepatan angin 6.28 m/s. beban V n F Torsi ω Pout pin tsr m/s rpm Newton N.m watt watt % 0 6,35 707,40 0,00 0,00 37,02 0,00 115,84 0,00 5,83 1 6,27 609,50 0,87 0,09 31,90 2,76 110,62 2,50 5,09 2 6,27 563,33 1,13 0,11 29,48 3,33 111,34 2,99 4,70 3 5,87 538,30 1,28 0,13 28,17 3,59 91,35 3,93 4,80 4 6,12 512,90 1,50 0,15 26,84 4,04 103,53 3,90 4,39 5 6,25 478,23 1,67 0,17 25,03 4,17 110,45 3,78 4,00 6 6,28 475,60 1,77 0,18 24,89 4,40 112,23 3,92 3,96 7 6,23 453,43 1,81 0,18 23,73 4,31 109,57 3,93 3,81 8 6,27 461,20 1,86 0,19 24,14 4,50 111,34 4,04 3,85 9 6,15 420,20 1,96 0,20 21,99 4,31 105,23 4,10 3,58 Tabel 4.12. Data perhitungan dua sudu dengan kecepatan angin 4.55 m/s. beban V n F Torsi ω Pout pin tsr m/s rpm Newton N.m watt watt % 0 4,55 474,60 0,00 0,00 24,84 0,00 42,61 0,00 5,46 1 4,03 379,83 0,93 0,09 19,88 1,85 29,68 6,24 4,93 2 3,80 260,53 1,81 0,18 13,63 2,46 24,82 9,91 3,59 3 4,02 378,93 1,08 0,11 19,83 2,14 29,32 7,30 4,94 4 3,90 327,33 1,29 0,13 17,13 2,22 26,84 8,27 4,39 5 4,10 335,63 1,45 0,15 17,56 2,55 31,18 8,18 4,28 6 4,10 343,57 1,53 0,15 17,98 2,75 31,18 8,82 4,39 7 4,52 261,83 1,62 0,16 13,70 2,22 41,68 5,32 3,03 34
putaran poros kincir (rpm) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 4.4.3 Grafik untuk variasi dua sudut kincir. 1. Grafik hubungan antara putaran poros kincir dan beban torsi Grafik 4.7. menunjukkan putaran maksimal 1253 rpm dengan torsi 0 N.m pada posisi kecepatan angin maksimum tanpa pembebanan. Pada posisi kecepatan angin medium dan minimum terjadi penurunan putaran disebabkan karena beban pengereman yang semakin besar pada kecepatan angin yang semakin rendah. Semakin rendah kecepatan angin maka akan menurunkan putaran kincir sehingga torsi yang dihasilkan semakin besar. 1400.00 1200.00 1000.00 800.00 600.00 v=8,95 m/s 400.00 v=6,28 m/s 200.00 v=4,55 m/s 0.00 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 beban torsi (N.m) Grafik 4.7. Grafik hubungan antara Putaran poros kincir dan beban torsi 35
Daya kincir ( Pout) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 1. Grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan torsi Grafik 4.8. menunjukkan daya kincir maksimal 34,24 watt dengan torsi 0,88 pada posisi kecepatan angin maksimum yaitu 8,95 m/s. Pada posisi kecepatan angin medium da minimm,terjadi penurunan torsi yang mengakibatkan turunnya daya kincir, penurunannya jauh berbeda dengan posisi kecepatan angin maksimal. 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 v=6,28 m/s v=4,5 m/s 0.00 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 Beban torsi (N.m) Grafik 4.8. Grafik hubungan antara daya kincir (P out ) dan torsi 36
Koefisien daya (Cp 100%) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 2. Grafik hubungan koefisien daya (C P ) dan tip speed ratio (tsr) Grafik 4.6 menunjukkan C P maksimal 12,7 pada tsr 7,53. Besarnya C P dan tsr sama-sama dipengaruhi oleh unjuk kerja kincir angin. Jika C P yang diperoleh tinggi maka tsr yang diperoleh rendah, begitupun sebaliknya jika C P yang dihasilkan rendah maka tsr yang diperoleh tinggi. 14 12 10 8 6 4 2 0 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 Tip speed ratio (Tsr) Grafik 4.9. Grafik hubungan antara C P dan tsr 37
koefisiendaya ( Cp 100%) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 4.4 Perbandingan sudu Dari pengujian kincir angin dari bahan PVC ukuran 6 inchi dengan tiga variasi sudu yaitu: 6 sudu, 3 sudu dan 2 sudu dalam bentuk yang sama. maka dapat diambil perbandingan sudu sebagai berikut : Kincir angin dengan 6 sudu menghasilkan daya kincir 87,37 watt pada kecepatan angin 8,53 m/s dan koefisien daya (C P ) 32,03 pada (tsr) 3,5. Kincir dengan 3 sudu menghasilkan daya kincir 68,24 watt pada kecepatan angin 8,50 m/s dan koefisien daya (C P ) 24,1 pada (tsr) 4,0. Kincir dengan 2 sudu menghasilkan daya kincir 34,24 watt pada kecepatan angin 8,95 m/s dan koefisien daya (C P ) 11,0 pada (tsr) 4,5. Maka dapat diambil kesimpulan bahwa kincir angin dengan 6 sudu baik. 40.00 35.00 30.00 25.00 6 udu 20.00 3 sudu 15.00 10.00 5.00 2 sudu 0.00 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 Tip speed ratio (tsr) Grafik 4.10. Grafik hubungan antara C P dan tsr untuk perbandingan sudu 38
BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan Dari pengujian kincir angin dari bahan PVC ukuran 6 inchi dengan tiga variasi sudu telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Telah berhasil dibuat kincir angin dari bahan PVC ukuran 6 inchi dengan tiga variasi sudu (6,3,2) dalam bentuk yang sama. 2. Kincir angin dengan 6 sudu menghasilkan daya kincir 87,37 watt pada kecepatan angin 8,53 m/s dan koefisien daya (C P ) 32,03 pada (tsr) 3,5. Kincir dengan 3 sudu menghasilkan daya kincir 68,24 watt pada kecepatan angin 8,50 m/s dan koefisien daya (C P ) 24,1 pada (tsr) 4,0. Kincir dengan 2 sudu menghasilkan daya kincir 34,24 watt pada kecepatan angin 8,95 m/s dan koefisien daya (C P ) 11,0 pada (tsr) 4,5. 5.2. Saran Setelah dilakukan penelitian ternyata terdapat kelebihan dan kekurangan yang perlu diperhatikan, untuk itu perlu adanya saran untuk pengembangan lebih lanjut tentang kincir angin antara lain : Untuk lebih meningkatkan unjuk kerja kincir angin perlu dilakukan percobaan lebih lanjut tentang variasi sudu dengan mencoba memvariasikan sudu antara 2 sampai dengan 6, hingga menemukan sudu yang dapat menghasilkan daya kincir (P out ), koefisien daya (C p ) dan tsr yang lebih baik. 39
DAFTAR PUSTAKA Andika, N.M, Triharyanto, T.Y., Prasetya, O.R. Horisontal Bersudu Banyak. Yogyakarta. 2008. Kincir Angin Sumbu Daryanto. Y. 2007. Kajian Potensi Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu. BALAI PPTAGG-UPT-LAGG. Diakses : Tanggal 5 Agustus 2013. Johnson, G.L. 2006. Wind Energy System. Manhattan. Diakses : Tanggal 12 Agustus 2013. Johnson, G.L. 1997. The Search for A New Energy Source. Manhattan. Diakses : Tanggal 12 Agustus 2013. Mulyani, 2008. Kajian Potensi Angin Indonesia. Central Library Institute Technology Bandung. Diakses : Tanggal 28 Agustus 2013. Sastrowijoyo, F. 2008. Permasalahan Yang Sering Terjadi Pada Sistem Wind Turbine di Indonesia. Alamat web: http://konversi.wordpress.com. Diakses : Tanggal 28 Agustus 2013. Sutrisna, F. K. 2011. Prinsip kerja Pembangkit Listrik Tenaga Angin. Alamat web : http://indone5ia.wordpress.com. Diakses : Tanggal 28 Agustus 2013. 40