UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER DUA SUDU … · INTISARI Sekarang ini, penggunaan energi terutama energi listrik diperlukan sekali oleh masyarakat yang sudah maju maupun yang sedang

i

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER DUA SUDU BERBAHAN KOMPOSIT

BERDIAMETER 1 M, LEBAR MAKSIMUM 12 CM PADA JARAK 18,5 CM DARI

PUSAT POROS, DENGAN VARIASI PANJANG SIRIP 10 CM DAN 13 CM

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu persyaratan

mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Oleh:

ANDY PRABOWO

NIM : 125214101

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2017

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE PERFORMANCE OF PROPELLER WINDMILL 2 BLADES WITH

COMPOSITE MATERIAL 1 M DIAMETER, MAXIMUM WIDTH 12 CM AT

LENGTH 18,5 CM FROM CENTRAL SHAFT WITH LONG VARIATION FLIP 10

CM AND 13 CM

FINAL PROJECT

Presented as partitial fulfilment of the requirement

to obtain Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

By:

ANDY PRABOWO

Student Number : 125214101

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2017






vii

INTISARI

Sekarang ini, penggunaan energi terutama energi listrik diperlukan sekali

oleh masyarakat yang sudah maju maupun yang sedang berkembang dalam

jumlah yang besar, namun diusahakan dengan biaya serendah mungkin. Banyak

sekali energi alternatif dari alam terutama di Indonesia yang dapat dimanfaatkan

untuk menghasilkan listrik. Salah satu contoh alternatif energi yang dapat dipilih

adalah angin, karena angin terdapat dimana-mana sehingga mudah didapat serta

tidak membutuhkan biaya besar. Energi listrik tidak dihasilkan langsung oleh

alam maka untuk memanfaatkan angin ini diperlukan sebuah alat yang yang

bekerja dan menghasilkan energi listrik. Kincir angin adalah salah satu alat yang

mampu merubah energi angin menjadi energi mekanik. Penelitian ini bertujuan

untuk mengetahui unjuk kerja dari variasi masing-masing kecepatan angin dan

variasi panjang sirip seperti unjuk kerja rpm,torsi,daya kincir mekanis,daya

listrik,serta mengetahui nilai tip speed ratio (tsr) dan Koefisien daya (Cp) dari

kincir angin tersebut.

Model kincir angin yang diteliti adalah kincir angin propeler dua sudu

berbahan komposit berdiameter 1 m dengan lebar maksimum 12 cm pada jarak

18,5 cm dari pusat poros dengan variasi panjang sirip 10 cm dan 13 cm. Desain

sudu yang digunakan adalah desain bilah dari potongan pipa pvc 8 inchi.

Mekanisme pembebanan (dump load), pada sistem kincir angin yaitu

menggunakan beban lampu pijar sebanyak 13 buah, dengan pemasangan

generator DC magnet permanen pada poros kincir angin. Untuk mendapat variasi

kecepatan angin rata – rata 10 m/s, 8 m/s, dan 6 m/s maka kincir angin diletakan

di depan blower 15 HP 1450 rpm. Penelitian ini dilaksanakan di laboratorium

Konversi Energi Universitas Sanata Dharma.

Hasil penelitian menunjukan bahwa,kincir angin propeler dua sudu

memberikan putaran poros kincir terbesar yaitu 852 rpm pada variasi panjang sirip

10 cm dengan kecepatan angin rata – rata 10,3 m/s, beban torsi terbesar yang

dihasilkan yaitu 0,98 N.m pada variasi panjang sirip 10 cm dengan kecepatan

angin 10,3 m/s dan 8,3m/s, daya kincir mekanis terbesar yang dihasilkan yaitu

57,34 watt pada variasi panjang sirip 10 cm dengan kecepatan angin 10,3 m/s,

daya listrik terbesar yang dihasilkan yaitu 42,11 watt pada variasi panjang sirip 10

cm dengan kecepatan angin 10,3 m/s, koefisien daya maksimal yang dihasilkan

yaitu 36,09 % dengan nilai tip speed ratio sebesar 4,29 pada variasi panjang sirip

10 cm pada kecepatan angin 6,3 m/s.

Kata kunci : Kincir angin sumbu horisontal, propeler, koefisien daya, tip speed

ratio.


viii

ABSTRAK

Today, the use of energy especially electrical energy is very required by

the advance or the develop society in large amount, but it’s obtained in the lowest

cost. There is so many alternatives energy from the nature especially in Indonesia

that can be use to generate electricity. One example of alternatives energy that

eligible is wind, because the wind is everywhere it easy to find and it does needs a

great cost.Then, because an electrical energy could not produced directly by the

nature therefore to utilize the wind it needs a tool that work and produce an

electrical energy. Windmill is one of the tools that can change wind energy

become mechanical energy.This research is aim to know the works of each wind

speed and variation of the length flipper such as rpm, torque, powers of

mechanical windmill, electrical power, the tip speed ratio and coefficient power

(Cp) of the windmill.

The model of windmill that explored is windmill propeller two turbine

composite materials that has diameter 1 m, with the maximum width 12 cm at

length 18,5 cm from the center axis, and the variation of the length fins 10 cm and

13 cm. then, the design turbine that used is design of the pieces pipe pvc 8 inch.

The (dump load), in the windmill is used burden fluorescent 13 pieces, with the

installation of generator DC a permanent magnet in the axis windmill. To obtain

the variation speed average of the wind 10 m/s, 8 m/s, and 6 m/s, the windmill is

place in front of blower 15 HP 1450 rpm. This research conducted in the

Laboratory Conversion Energy of Sanata Dharma University.

The result of the research show that windmill propeller two turbine gives the

rotation axis maximal 852 rpm in the length fins variation 10 cm with the wind

speed 10,3 m/s, maximal burden torque is 0,98 N.m in the length fins variation 10

cm with the wind speed 10,3 m/s and 8,3 m/s, maximal windmill mechanical

energy is 57,34 watt in the length fins 10 cm with the wind speed 10,3 m/s,

maximal electrical energy that produce 10,3 m/s, maximal coefficients power that

produce 36,09 % with tip speed ratio 4,29 in the length fins 10 cm in the wind

speed 6,3 m/s.

Keywords: windmill axis horizontal, propeller, the coefficients power, tip speed

ratio.


ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan atas rahmat dan karunia yang berlimpah dari

Allah SWT sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi dengan

judul “UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER DUA SUDU BERBAHAN

KOMPOSIT BERDIAMETER 1 M, LEBAR MAKSIMUM 12 CM PADA

JARAK 18,5 CM DARI PUSAT POROS, DENGAN VARIASI PANJANG

SIRIP 10 CM DAN 13 CM”.

Laporan tugas akhir ini merupakan salah satu persyaratan bagi para

mahasiswa/mahasiswi untuk dapat menyelesaikan jenjang pendidikan S1 pada

Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta.

Dalam penyusunan skripsi ini penulis banyak menerima bantuan, semangat

dan doa dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan kerendahan hati, penulis

ingin menyampaikan rasa syukur dan terima kasih yang sebesar – besarnya

kepada :

1. Sudi Mungkasi S.Si., M.Math.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin.

3. Doddy Purwadianto, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir

4. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin yang telah mendidik dan

memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.

5. Seluruh staf Fakultas Sains dan Teknologi atas kerja sama dan dukungan

kepada penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir.

6. Martono dan Suyati sebagai orang tua dari penulis, serta Abim Firmansyah

sebagai saudara dari penulis yang selalu berdoa, mendukung secara material

dan lain – lain kepada penulis.

7. Teman-teman seperjuangan Pius Brian Satria Kurniawan dan Anselmus

Suryawan atas dukungan dalam pembuatan kincir angin ini.


x


xi

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan

Ρ Massa jenis (kg/m3)

r Jari-jari kincir (m)

A Luas penampang (m2)

Kecepatan angin (m/s)

Kecepatan sudut (rad/s)

n Kecepatan putar rotor (rpm)

F Gaya pengimbang (N)

T Torsi (Nm)

Pin Daya angin (watt)

Po Daya listrik (watt)

Pout Daya kincir (watt)

tsr tip speed ratio

Cp Koefisien daya (%)

massa udara (kg)

Ek Energi kinetik (Joule)

Volume (m3)

V Tegangan (Volt)

I Arus (Ampere)

Panjang (m)

Waktu (s)


xii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ............................................................................................. i

TITTLE PAGE ....................................................................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................. iii

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................... iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ILMIAH ................................................ v

LEMBAR PERNYATAAN PUBLLIKASI KARYA ILMIAH .......................... vi

INTISARI .............................................................................................................. vii

ABSTRACT ........................................................................................................... viii

KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix

DAFTAR SIMBOL .............................................................................................. xi

DAFTAR ISI ......................................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xvi

DAFTAR TABEL ............................................................................................... xvii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah .................................................................................. 1

1.2 Rumusan Masalah ........................................................................................... 2

1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................................ 2

1.4 Batasan Masalah.............................................................................................. 3

1.5 Manfaat Penelitian .......................................................................................... 3

BAB II DASAR TEORI

2.1 Angin .............................................................................................................. 4

2.1.1 Energi Angin ......................................................................................... 4

2.1.2 Jenis Angin ............................................................................................ 5


xiii

2.2 Kincir Angin ................................................................................................... 8

2.2.1 Kincir Angin Poros Horizontal ............................................................. 8

2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal ................................................................. 10

2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap Tsr ..................................................... 12

2.4 Rumus perhitungan ......................................................................................... 13

2.4.1 Energi Kinetik ....................................................................................... 13

2.4.2 Daya Angin ........................................................................................... 13

2.4.3 Tip Speed Ratio(tsr) .............................................................................. 14

2.4.4 Torsi ..................................................................................................... 14

2.4.5 Daya Kincir ........................................................................................... 15

2.4.6 Daya Listrik ........................................................................................... 16

2.4.7 Koefisien Daya (cp) ............................................................................. 16

2.5 Komposit ......................................................................................................... 17

2.5.1 Fasa Penyusun Komposit ...................................................................... 18

2.5.2 Klasifikasi Bahan Komposit Serat ........................................................ 24

2.5.3 Tipe Komposit Serat .............................................................................. 25

2.5.4 Faktor Yang Mempengaruhi Performa Komposit................................. 27

2.5.5 Serat .................................................................................................... 30

2.5.5.1 Serat Alami ................................................................................... 30

2.5.5.2 Serat Bautan ................................................................................. 33

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Penelitian .......................................................................................... 36

3.2 Alat dan Bahan ................................................................................................ 37

3.3 Desain Kincir .................................................................................................. 43

3.4 Pembuatan Sudu / Blade Kincir Angin ........................................................... 45

3.4.1 Alat dan Bahan ...................................................................................... 45


xiv

3.4.2 Proses Pembuatan Sudu / Blade ............................................................ 45

3.5 Langkah Penelitian .......................................................................................... 50

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Pengujian ....................................................................................... 52

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan .................................................................. 55

4.2.1 Perhitungan Daya Angin ....................................................................... 55

4.2.2 Perhitungan Torsi .................................................................................. 55

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir Mekanis ........................................................ 56

4.2.4 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr) ......................................................... 56

4.2.5 Perhitungan Daya Listrik ...................................................................... 57

4.2.6 Perhitungan Koefisiean Daya (Cp) ....................................................... 57

4.3 Data Hasil Perhitungan ................................................................................... 57

4.4 Grafik Hasil Perhitungan................................................................................. 61

4.5. Pembahasan data ............................................................................................ 71

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ..................................................................................................... 74

5.2 Saran ................................................................................................................ 75

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 76


xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Angin Laut ....................................................................................... 6

Gambar 2.2 Angin Darat ..................................................................................... 6

Gambar 2.3 Angin Lembah ................................................................................ 7

Gambar 2.4 Angin Gunung ................................................................................ 8

Gambar 2.5 Kincir Angin Poros Horisontal ......................................................... 9

Gambar 2.6 Kincir Angin Poros Vertikal ........................................................... 11

Gambar 2.7 Grafik Hubungan Antara Koefisien daya (Cp) dan Tsr .................. 12

Gambar 2.8 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Bentuk Matriksnya ................. 19

Gambar 2.9 Contoh Particulate Composites ...................................................... 21

Gambar 2.10 Contoh Fiber Composite................................................................. 22

Gambar 2.11 Contoh Structural Composites Laminate ....................................... 24

Gambar 2.12 Klasifikasi Bahan Komposit ........................................................... 25

Gambar 2.13 Tipe discontinous fibre ................................................................... 26

Gambar 2.14 Tipe Komposit Serat ....................................................................... 27

Gambar 2.15 Tata letak dan arah serat pada komposit. ........................................ 28

Gambar 2.16 Jenis –jenis serat alami .................................................................. 31

Gambar 2.17 Serat wol dari bulu domba ..................................................... 31

Gambar 2.18 Serat Pisang ............................................................................. 32

Gambar 2.19 Serat Asbes .............................................................................. 32

Gambar 2.20 Jenis Serat Buatan ................................................................... 33

Gambar 2.20 Serat Kaca ............................................................................. 34

Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin .................................. 36

Gambar 3.2 Sudu Kincir ................................................................................... 38

Gambar 3.3 Dudukan Sudu ....................................................................................... 39

Gambar 3.4 Fun Blower .......................................................................................... 39

Gambar 3.5 Tachometer ..................................................................................... 40

Gambar 3.6 Timbangan Digital .......................................................................... 40

Gambar 3.7 Anemometer ............................................................................. 41

Gambar 3.8 Voltmeter ..................................................................................... 41


xvi

Gambar 3.9 Ampermeter ..................................................................................... 42 25

Gambar 3.10 Skema Pembebanan Lampu ............................................................ 43 41 41

Gambar 3.11(a) Desain kincir dengan variasi panjang sirip 10 cm .................... 43

Gambar 3.11(b) Desain kincir dengan variasi panjang sirip 13 cm .................... 44

Gambar 3.11(c) Desain sirip kincir angin .............................................................. 44

Gambar 3.11(d) Pemasangan kincir pada dudukan sudu ..................................... 44

Gambar 3.12 Proses Pemotongan Pipa ................................................................. 46

Gambar 3.13 Proses Menggambar Cetakan pada Pipa ........................................ 47 41

Gambar 3.14 Proses Pelapisan Sudu dengan Aluminium Foil ............................. 48

Gambar 4.3 Grafik Hubungan antara Daya Kincir Mekanis ( dan Beban

Torsi (F) Kincir Angin Propeler Dua Sudu, Bahan Komposit,

Diameter 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm pada Jarak 18,5

cm dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm.............. 61

Gambar 4.4 Grafik Hubungan antara Daya Kincir Mekanis ( dan Beban




Gambar 4.5 Grafik Hubungan antara Daya Listrik ( ) dan Beban Torsi

(F) Kincir Angin Propeler Dua Sudu, Bahan Komposit, Diameter

1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm pada Jarak 18,5 cm dari

Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm ........................... 63

Gambar 4.6 Grafik Hubungan antara Daya Listrik ( ) dan Beban Torsi

(F) Kincir Angin Propeler Dua Sudu, Bahan Komposit, Diameter

1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm pada Jarak 18,5 cm dari

Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm ........................... 64

Gambar 4.1 Grafik Hubungan antara Putaran Poros Kincir (n) dan Beban




Gambar 4.2 Grafik Hubungan antara Putaran Poros Kincir (n) dan Beban




Gambar 4.7 Grafik Hubungan antara Koefisien Daya ( ) dan Tip Speed

Ratio (tsr) Kincir Angin Propeler Dua Sudu, Bahan Komposit,




xvii

Gambar 4.8 Grafik Hubungan antara Koefisien Daya ( ) dan Tip Speed

Ratio (tsr) Kincir Angin Propeler Dua Sudu, Bahan Komposit,




xviii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tingkat Kecepatan Angin...................................................................... 5

Tabel 2.2 Contoh Jenis dan Karakteristik Material Komposit ............................ 20

Tabel 2.3 Typical Properties of Reinforcing Fiber ............................................. 23

Tabel 2.4 Kekuatan Serat. ................................................................................... 30

Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu ........................................................ 45

Tabel 4.1 Data Dua Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm dan Kecepatan

Angin 10,3 m/s .................................................................................... 52


Angin 8,3 m/s ...................................................................................... 52


Angin 6,3 m/s ...................................................................................... 53


Angin 10,3 m/s .................................................................................... 53


Angin 8,3 m/s ...................................................................................... 53


Angin 6,3 m/s ...................................................................................... 53

Tabel 4.7 Data Perhitungan Dua Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm

dan Kecepatan Angin 10,3 m/s ........................................................... 58


dan Kecepatan Angin 8,3 m/s ............................................................. 58




dan Kecepatan Angin 10,3 m/s ........................................................... 59



Tabel 4.12 Data Perhitungan Dua Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 10cm



1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sekarang ini, penggunaan energi terutama energi listrik diperlukan sekali oleh

masyarakat yang sudah maju maupun yang sedang berkembang dalam jumlah yang

besar, namun diusahakan dengan biaya serendah mungkin. Banyak sekali energi

alternatif dari alam terutama di Indonesia yang dapat dimanfaatkan untuk

menghasilkan listrik. Salah satu contoh alternatif energi yang dapat dipilih adalah

angin, karena angin terdapat dimana-mana sehingga mudah didapat serta tidak

membutuhkan biaya besar. Karena energi listrik tidak dihasilkan langsung oleh alam

maka untuk memanfaatkan angin ini diperlukan sebuah alat yang yang bekerja dan

menghasilkan energi listrik. Kincir angin adalah salah satu alat yang mampu merubah

energi angin menjadi energi mekanik. Kincir angin memiliki prinsip kerja yakni

mengubah energi angin menjadi energi mekanik pada kincir. Lalu putaran kincir

digunakan untuk memutar generator yang akan menghasilkan listrik.

Sebagai mahasiswa teknik mesin yang mengambil tugas akhir pengembangan

kincir angin sebagai energi terbarukan dan konversi energi khususnya energi angin

penulis ingin mengembangkan design kincir untuk mencari unjuk kerja kincir angin

yang sesuai dengan kondisi angin yang berada di Indonesia.


2

1.2 Rumusan Masalah

Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah :

1. Diperlukan bentuk kincir angin yang mampu mengkonversi energi angin tersebut

dengan maksimal sehingga efisiensi yang diperoleh tinggi.

2. Memaksimalkan potensi energi angin yang ada di Indonesia dengan kincir angin

yang dapat mengubah energi mekanik atau gerak menjadi energi listrik.

3. Menggunakan bahan komposit dalam pembuatan sudu atau blade.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah :

a) Membuat kincir angin tipe dua sudu, berbahan komposit dengan diameter 1

meter lebar maksimum 12 cm pada jarak 18,5 cm dari pusat poros dengan variasi

panjang sirip.

b) Mengetahui nilai perbandingan antara Coefesien performance (Cp) dan Tip speed

ratio (tsr).

c) Mengetahui unjuk kerja kincir seperti; putaran poros, torsi, daya mekanis dan

daya elektris.


3

1.4 Batasan Masalah

Batasan penelitian ini adalah:

a. Model kincir angin tipe dua sudu, berbahan komposit dengan diameter 1

meter lebar maksimum 12 cm pada jarak 18,5 cm dari pusat poros dengan

variasi panjang sirip 10 cm dan 13 cm.

b. Penelitian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata

Dharma.

c. Menggunakan kincir angin tipe horizontal axis wind turbine (HAWT).

d. Menggunakan wind tunnel dalam pengujian.

e. Menggunakan variasi kecepatan angin 10,3 m/s, 8,3 m/s, 6,3 m/s dalam

penelitian.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah :

a. Sebagai salah satu sumber energi terbarukan yang dapat digunakan sebagai ilmu

pengetahuan.

b. Memberikan referensi baru bagi perkembangan energi terbarukan, khususnya

energi angin.

c. Memberikan ilmu baru bagi masyarakat didaerah yang memiliki potensi angin

yang besar agar dapat dikonversikan energi angin tersebut menjadi energi listrik

sehingga biaya produksi masyarakat menjadi berkurang.


4

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Angin

2.1.1 Energi Angin

Angin adalah udara yang bergerak, angin terjadi karena perbedaan tekanan

dipermukaan bumi. Angin bergerak dari tempat bertekanan udara tinggi ke

bertekanan udara rendah. Angin adalah salah satu bentuk energi yang tersedia di

alam, Pembangkit Listrik Tenaga Angin mengkonversikan energi angin menjadi

energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Cara kerjanya

cukup sederhana, energi angin yang memutar turbin angin, diteruskan untuk memutar

rotor pada generator dibagian belakang turbin angin, sehingga akan menghasilkan

energi listrik. Energi Listrik ini biasanya akan disimpan kedalam baterai sebelum

dapat dimanfaatkan. Energi angin adalah energi yang terkandung pada massa udara

yang bergerak. Energi angin berasal dari energi matahari. Pemanasan bumi oleh sinar

matahari menyebabkan perbedaan massa jenis (ρ) udara. Perbedaan massa jenis ini

menyebabkan perbedaan tekanan pada udara sehingga akan terjadi aliran fluida dan

menghasilkan angin. Kondisi aliran angin dipengaruhi oleh medan atau permukaan

bumi yang dilalui oleh aliran angin dan perbedaan temperatur permukaan bumi.

Syarat dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi

listrik dapat dilihat pada tabel 2.1 di bawah, dimana klasifikasi angin pada kelompok


5

3 adalah batas minimum dan angin pada kelompok 8 adalah batas maksimum dari

energi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik.

Tabel 2.1 Tingkat kecepatan angin.

Sumber : http://www.kincirangin.info/

2.1.2. Jenis-jenis angin

a. Angin Laut

Angin laut adalah angin yang bertiup dari arah laut ke arah darat yang umumnya

terjadi pada siang hari dari pukul 09.00 sampai dengan pukul 16.00.Hal ini terjadi

dikarenakan udara diatas daratan mengalami pemanasan lebih cepat dibandingkan


http://www.kincirangin.info/


6

udara diatas permukaan air, sehingga tekanan udara diatas daratan lebih rendah

dibandingkan di atas permukaan laut atau danau seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Angin Laut

Sumber :www.Artikelsiana.com

b. Angin Darat.

Angin darat adalah angin yang bertiup dari arah darat ke arah laut, yang pada

umumnya terjadi saat malam hari, dari jam 20.00 sampai dengan 06.00.Hal ini

terjadi dikarenakan udara diatas daratan mengalami pendinginan lebih cepat

dibandingkan udara diatas permukaan air, sehingga tekanan udara diatas

permukaan laut atau danau menjadi lebih rendah dibandingkan di atas daratan

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.


7

Gambar 2.2.Angin Darat.

Sumber :www.artikelsiana.com

c. Angin Lembah

Angin Lembah adalah angin yang bertiup dari arah lembah ke puncak

gunung dan biasa terjadi pada siang hari.Hal ini terjadi dikarenakan udara di atas

gunung mengalami pemanasan lebih cepat dibandingkan lembah, sehingga

tekanan udara di atas permukaan gunung menjadi lebih rendah dibandingkan di

atas permukaan lembah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3. Angin Lembah

Sumber: https://arizafahluziyusuf.wordpress.com/


https://arizafahluziyusuf.wordpress.com/

8

d. Angin Gunung.

Angin Gunung adalah angin yang bertiup dari puncak gunung ke lembah

gunung dan terjadi pada malam hari.Hal ini terjadi dikarenakan udara di atas

gunung mengalami pendingin lebih cepat dibandingkan di atas permukaan

lembah, sehingga tekanan udara di atas permukaan lembah menjadi lebih rendah

di atas permukaan gunung seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4. Angin Gunung

Sumber:https://arizafahluziyusuf.wordpress.com/

2.2. Kincir Angin

Kincir angin adalah sebuah alat yang mampu memanfaatkan kekuatan angin

untuk dirubah menjadi kekuatan mekanik.Kincir angin modern adalah mesin yang

digunakan untuk menghasilkan energi listrik, disebut juga dengan turbin


https://id.wikipedia.org/wiki/Listrik

https://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin

9

angin.Secara umum kincir angin digolongkan menjadi dua jenisnya menurut

porosnya yaitu kincir angin poros horisontal dan kincir angin poros vertikal.

2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal

Kincir angin horisontal adalah model umum yang sering kita lihat pada turbin

angin. Desainnya mirip dengan kincir angin, memiliki blade yang mirip propeller

dan berputar pada sumbu vertikal.Turbin angin horisontal memiliki shaft rotor dan

generator pada puncak tower dan harus diarahkan ke arah angin bertiup.

Ditunjukkan pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5. Kincir Angin Poros Horisontal.

Sumber:http://www.satuenergi.com/2015/10/jenis-jenis-turbin-angin-serta.html


https://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin

10

Kekurangan dan kelebihan Kincir Angin Poros Horisontal:

Kelebihan kincir angin poros horisontal:

1. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi.

2. Tidak memerlukan sudut orientasi.

3. Setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan angin meningkat sebesar 20 %.

4. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang berada

di atas menara.

5. Tidak memerlukan karateristik angin karena arah angin langsung menuju

rotor.

6. Banyak digunakan untuk menghasilkan energi listrik dengan skala besar.

Kekurangan kincir angin poros horisontal:

1. Kontruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyangga bilah – bilah

yang berat (Gearbox dan Generator).

2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikkan dengan arah

angin (sirip pengarah atau sensor elektrik).

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


11

arah kecuali arah angin dari atas atau bawah. Kincir jenis ini menghasilkan torsi

yang lebih besar dari pada kincir angin poros horisontal.Beberapa jenis kincir angin

poros vertikal yang telah banyak dikenal diantaranya ditunjukkan pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6. Kincir Angin Poros Vertikal.

Sumber:http://www.slideshare.net/prihase/pembangkit-listrik-tenaga-angin-

40416657

Berikut ini adalah kekurangan dan kelebihan Kincir Angin Poros Vertikal

Kelebihan:

1. Tidak diperlukan mekanisme.

2. Sebuah turbin angin bisa terletak dekat tanah, sehingga lebih mudah untuk

menjaga bagian yang bergerak


12

3. Turbin vertikal memiliki kecepatan startup angin rendah dibandingkan

turbin horizontal.

4. Turbin vertikal dapat dibangun di lokasi di mana struktur yang tinggi

dilarang.

Kelemahan:

1. Kebanyakan turbin vertikal memiliki penurunan efisiensi dibanding turbin

horisontal, terutama karena hambatan tambahan yang mereka miliki sebagai

pisau mereka memutar ke angin.

2. Memiliki rotor terletak dekat dengan tanah di mana kecepatan angin lebih

rendah dan tidak mengambil keuntungan dari kecepatan angin tinggi di atas.

2.3. Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap Tsr

Menurut Albert Betz Ilmuan Jerman bahwa koefisien daya maksimal dari

kincirangin adalah sebesar 59% seperti yang terlihat pada Gambar 2.9.Albert Betz

menamai batasmaksimal tersebut dengan Betz limit. Untuk lebih jelasnya dapat

dilihat pada Gambar2.7.


13

Gambar 2.7.Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya (Cp) dengan Tip speedratio

(Tsr) dari beberapa jenis kincir.

Sumber : Johnson, 2006, hal. 18

2.4. Rumus Perhitungan

Berikut ini adalah rumus–rumus yang digunakan untuk melakukan perhitungan

dan analisis kerja kincir angin yang diteliti.

2.4.1. Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda yang

bergerak.Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik, sehingga dapat

dirumuskan menjadi :

Eк= 1/2 m v 2 (1)


14

dimana :

Eк : energi kinetik.

m : massa udara ( kg )

v : kecepatan angin (m/s)

2.4.2. Daya angin

Daya angin (Pin) adalah daya yang disediakan oleh angin, sehingga dapat

dirumuskan sebagai berikut :

Pin = 1/2 𝝆 A v³ (2)

dimana :

Pin : daya yang disediakan oleh angin (watt).

𝝆 : massa jenis udara (kg/m³).

A : luas penampang sudu (m²).

v : kecepatan angin (m/s).


15

2.4.3. Tip Speed Ratio (tsr)

Tip speed ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir

angin dengan kecepatan angin.Sehingga tsr-nya dapat dirumuskan sebagai berikut:

(3)

dimana :

trs : tip speed ratio.

r : jari – jari kincir (m).

n : putaran poros kincir tiap menit (rpm).

v : kecepatan angin (m/s).

2.4.4. Torsi

Torsi adalah hasil kali dari gaya pemebebanan (F) dengan panjang lengan torsi

(l). Perhitungan torsi dapat dirumuskan sebagai berikut :

T = F l (4)

dimana :

T : Torsi (N.m)

F : gaya pembebanan (N).

l : panjang lengan torsi ke poros (m)


16

2.4.5. Daya Kincir

Daya kincir (Pout ) adalah daya yang dihasilkan kincir akibat adanya angin

yang melintasi sudu kincir. Sehingga daya kincir yang dihasilkan oleh gerakkan

melingkar kincir dapat dirumuskan :

Pout = T ω (5)

dimana :

Pout : Daya yang dihasilkan oleh kincir angin (watt).

T : torsi dinamis (N.m).

ω : kecepatan sudut (rad/s)

ω =

2.4.6. Daya Listrik

Daya listrik adalah besarnya energi yang mengalir atau diserap alat tiap detik,

dirumuskan sebagai berikut:

Po = V I (6)

Dimana :


http://temukanpengertian.blogspot.co.id/2015/09/pengertian-daya-listrik.html

17

Po : Daya Listrik (watt)

V : Tegangan Listrik (V)

I : Arus Listrik (A)

2.4.7. Koefisien Daya (Cp )

Koefisien Daya (Cp) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukkan

perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir (Pout) dengan daya yang

disediakan oleh angin (Pin). Sehingga Cp dapat dirumuskan :

(7)

dimana :

Cp : Koefisien Daya (%)

Pout : daya yang dihasilkan kincir (watt).

Pin : daya yang disediakan oleh angin (watt).

2.5. Komposit

Komposit adalah suatu jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiri dari dua atau

lebih bahan dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama lainnya baik itu

sifat kimia maupun fisikanya dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan tersebut


18

(bahan komposit).Bahan komposit pada umumnya terdiri dari dua unsur, yaitu

reinforcement sebagai pengisi dan bahan pengikat serat yang disebut matrik.

Kelebihan komposit:

1. Massa jenis rendah (ringan).

2. Lebih kuat dan lebih ringan.

3. Perbandingan kekuatan dan berat yang menguntungkan.

4. Lebih kuat (stiff), ulet (tough) dan tidak getas.

5. Koefisien pemuaian yang rendah.

6. Tahan terhadap cuaca.

7. Tahan terhadap korosi.

8. Mudah diproses (dibentuk).

Kekurangan:

1. Tidak tahan terhan beban kejut (shock) dan crash (tabrak) dibandingkan

dengan metal.

2. Kurang elastis.

3. Lebih sulit dibentuk secara plastis.


19

2.5.1 Fasa Penyusun Komposit

Suatu komposit tersusun atas 2 fasa, yaitu :

1. Matriks

Dalam struktur komposit bahwa matriks bisa berasal dari bahan polimer,

logam, maupun keramik. Matriks secara umum berfungsi untuk mengikat serat

menjadi satu struktur komposit. Matriks sendiri memiliki fungsi sebagai berikut :

a. Mengikat serat menjadi satu struktur.

b. Melindungi serat dari kerusakan akibat kondisi lingkungan.

c. Menstransfer dan mendistribusikan beban ke serat.

d. Menyumbangkan beberapa sifat seperti, kekakuan, ketangguhan dan ketahanan

listrik.

Berdasarkan matriksnya, komposit dapat dibedakan menjadi 3 jenis, yaitu :

a.) Polymer Matrix Composites

Komposit Matriks Polimer merupakan jenis komposit yang sering

digunakan. Komposit jenis ini menggunakan suatu polimer berbahan resin

sebagai matriksnya. Kelebihan dari komposit jenis ini adalah mudah dibentuk

mengikuti profil yang digunakan, memiliki ketangguhan yang baik, dan lebih

ringan dibanding jenis komposit yang lainnya.

b.) Metal Matirx Composites


20

Komposit Matriks Logam merupakan jenis komposit yang menggunakan

suatu logam seperti aluminium sebagai matriksnya. Kelebihan dari jenis

komposit ini adalah tahan terhadap temperatur tinggi, memiliki kekuatan tekan

dan geser yang baik, dan tidak menyerap kelembapan.

c.) Ceramic Matrix Composites

Komposit Matriks Keramik merupakan jenis komposit yang menggunakan

bahan keramik sebagai penguatnya. Kelebihan dari jenis ini adalah memiliki

kekuatan dan ketangguhan yang baik, tahan terhadap korosi, dan tahan terhadap

temperatur tinggi.

Gambar 2.8 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Bentuk Matriksnya

Sumber : yudiprasetyo53.wordpress.com, diakses Oktober 2016

2. Reinforcement

Reinforcement memiliki fungsi untuk meningkatkan kekuatan dan kekakuan

matrik. Penguatan ini biasanya dalam bentuk serat (fiber), atau serbuk. Serat yang

sering digunakan dalam pembuatan komposit antara lain serat E – Glass, Boron


21

(unsur non logam berupa serbuk abu dan lainnya), Karbon, Aramid, Keramik dan lain

sebagainya.

Tabel 2.2 Contoh Jenis dan Karakteristik Material Komposit

Apabila menggunakan fiber sebagai penguat, fiber yang digunakan harus

mempunyai diameter yang lebih kecil dari diameter matriksnya namun harus lebih

kuat dari matriksnya dan harus mempunyai kekuatan tarik yang tinggi. Sedangkan

matriks yang digunakan juga harus memiliki modulus elastisitas yang lebih rendah

daripada fiber, mempunyai ikatan yang bagus antara matriks dan fiber dan biasanya

secara umum yang digunakan adalah polimer dan logam.


22

Matriks yang dipadukan dengan fiber itu sendiri berfungsi sebagai :

a. Pemisah antara fiber dan juga mencegah timbulnya perambatan retak dari

suatu fiber ke fiber lain.

b. Penjepit fiber.

c. Melindungi fiber dari kerusakan permukaan.

d. Berfungsi sebagai media dimana tekanan dari luar yang diaplikasikan pada

komposit, ditransmisikan dan didistribusikan ke fiber.

Berdasarkan jenisnya, penguat dibagi menjadi 3 jenis sebagai berikut :

a.) Particulate Composite

Gambar 2.9 Contoh Particulate Composites

Sumber : www.studyblue.com, diakses Oktober 2016

Material komposit pertikel terdiri dari satu atau lebih partikel yang

tersuspensi di dalam matriks dari matriks lainnya. Partikel logam dan non –

logam dapat digunakan sebagai matriks.


http://www.studyblue.com/

23

b.) Fibre Composite

Penguat Berupa Serat merupakan komposit yang terdiri dari satu lamina

atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat (fiber). Serat yang

digunakan berupa serat kaca, serat karbon, serat aramid dan masih banyak yang

lainnya. Serat ini dapat disusun secara acak maupun orientasi tertentu, bahkan

dapat pula dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman.

Gambar 2.10 Contoh Fibre Composites

Sumber : www.studyblue.com, diakses Oktober 2016

Setiap jenis serat mempunyai karakteristik tersendiri, berikut ini contoh

jenis bahan yang mempengaruhi kekuatan serat :


http://www.studyblue.com/

24

Tabel 2.3 Typical Properties of Reinforcing Fiber

a.) Structural Composite

Penggabungan Komposit terdiri dari, minimal dua material berbeda yang

direkatkan bersama – sama. Proses pelapisan dilakukan dengan

mengkombinasikan aspek terbaik dari masing – masing lapisan untuk mendapat

bahan yang berguna.

Gambar 2.11 Contoh Structural Composites Laminate

Sumber : www.fao.org, diakses Oktober 2016


http://www.fao.org/

25

2.5.2. Klasifikasi Bahan Komposit Serat

Klasifikasi komposit serat ( fiber - matrik composites ) dibedakan menjadi;

1. Fibre composites (komposit serat) adalah gabungan serat dengan matrik.

2. Flake composites adalah gabungan serpih rata dengan matrik.

3. Particulate composites adalah gabungan partikel dengan matrik.

4. Filled composites adalah gabungan matrik continous skeletal.

5. Laminar composites adalah gabungan lapisan atau unsur pokok lamina.

Klasifikasi komposit ditunjukkan pada gambar dibawah ini ;

Gambar 2.12. Klasifikasi Bahan Komposit (Hadi, 2001)


26

Bahan komposit terdiri dari dua macam,yaitu komposit partikel ( particulate

Composite ) dan komposit serat (fibre composite). Bahan komposit partikel terdiri

dari partikel yang diikat matrik. Komposit serat ada dua macam, yaitu serat panjang

(continuos fibre) dan serat pendek (short fibre atau whisker). (Hadi, 2001).

2.5.3 Tipe Komposit Serat

Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit,

yaitu :

1. Continuous Fibre Composite

Tipe ini mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina

diantara matriknya. Tipe ini mempunyai kelemahan pemisahan antar lapisan.

2. Woven Fibre Composite (bi-directional)

Komposit ini tidak mudah dipengaruhi pemisahan antar lapisan karena

susunan seratnya mengikat antar lapisan. Susunan serat memanjangnya yang tidak

begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan melemah.

3. Discontinous Fibre Composite

Discontinous Fibre Composite adalah tipe komposit dengan serat pendek.

Tipe ini dibedakan lagi menjadi 3 :

a) Aligned discontinous fibre

b) Off-axis aligned discontinous fibre

c) Randomly oriented discontinous fibre


27

a) aligned b) off-axis c) randomly

Gambar 2.9. Tipe discontinous fibre (Gibson, 1994)

4. Hybrid Fibre Composite

Hybrid fibre composite merupakan komposit gabungan antara tipe serat lurus

dengan serat acak. Tipe ini digunakan supaya dapat menganti kekurangan sifat dari

kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.

Continous Fibre Composit Woven Fibre Composite

Randomly Oriented Discontinous Fibre Hybrid Fibre Composite

Gambar 2.10 Tipe Komposit Serat (Gibson, 1994)


28

2.5.3. Faktor Yang Mempengaruhi Performa Komposit

a. Faktor Serat

Serat adalah bahan pengisi matrik yang digunakan untuk dapat memperbaiki

sifat dan struktur matrik yang tidak dimilikinya, juga diharapkan mampu menjadi

bahan penguat matrik pada komposit untuk menahan gaya yang terjadi.

b. Letak Serat

Dalam pembuatan komposit tata letak dan arah serat dalam matrik yang akan

menentukan kekuatan mekanik komposit, dimana letak dan arah dapat

mempengaruhi kinerja komposit tersebut.

Menurut tata letak dan arah serat diklasifikasikan menjadi 3 bagian yang

ditunjukan gambar 2.11

Gambar 2.11.Tata letak dan arah serat pada komposit.

Sumber : Fitransyah.wordpress.com


29

c. Panjang Serat

Panjang serat dalam pembuatan komposit serat pada matrik sangat

berpengaruh terhadap kekuatan. Ada 2 penggunaan serat dalam campuran

komposit yaitu serat pendek dan serat panjang. Serat panjang lebih kuat dibanding

serat pendek.

Serat panjang (continous fiber) lebih efisien dalam peletakannya dari pada

serat pendek. Akan tetapi, serat pendek lebih mudah peletakannya dibanding serat

panjang. Panjang serat mempengaruhi kemampuan proses dari komposit serat.

Pada umumnya, serat panjang lebih mudah penanganannya jika dibandingkan

dengan serat pendek. Serat panjang pada keadaan normal dibentuk dengan proses

filamentwinding, dimana pelapisan serat dengan matrik akan menghasilkan

distribusi yang bagus dan orientasi yang menguntungkan. Sedangkan komposit

serat pendek, dengan orientasi yang benar,akan menghasilkan kekuatan yang lebih

besar jika dibandingkan continous fiber.

d. Bentuk Serat

Bentuk Serat yang digunakan untuk pembuatan komposit tidak begitu

mempengaruhi, yang mempengaruhi adalah diameter seratnya.Pada umumnya,

semakin kecil diameter serat akan menghasilkan kekuatan komposit yang lebih

tinggi.


30

e. Faktor Matrik

Matrik berfungsi mengikat serat. Polimer sering dipakai termoplastik dan

termoset.

a. Thermoplastik

1. Polyamide (PI),

2. Polysulfone (PS),

3. Poluetheretherketone (PEEK),

4. Polypropylene (PP),

5. Polyethylene (PE) dll.

b. Thermosetting

1. Epoksi,

2. Polyester

6. Katalis

Katalis digunakan untuk membantu proses pengeringan (curring) pada bahan

matriks suatu komposit. Penggunaan katalis yang berlebihan akan semakin

mempercepat proses laju pengeringan, tetapi akan menyebabkan bahan komposit

yang dihasilkan semakin getas.


31

2.5.4. Serat

Serat adalah suatu jenis bahan yang berupa potongan-potongan komponen

yang membentuk jaringan memanjang yang utuh. Saat ini terdapat berbagai macam

jenis serat baik yang berasal dari alam maupun yang dibuat oleh manusia (man

made), Contoh serat yang paling banyak dijumpai adalah serat pada kain. Manusia

menggunakan serat dalam banyak hal, antara lain untuk membuat benang, kain atau

kertas. Serat dapat digolongkan menjadi dua jenis yaitu serat alam dan serat sintetis

(serat buatan manusia).

Tabel 2.2 Kekuatan Serat.

Sumber : http://imamengineering.blogspot.co.id/2015/03/makalah-mekanika-bahan-

komposit.html

2.5.4.1 Serat Alami

Serat alam menurut Jumaeri, (1977:5), yaitu “serat yang langsung diperoleh di

alam. Pada umumnya kain dari serat alam mempunyai sifat yang hampir sama yaitu


https://id.wikipedia.org/wiki/Serat


http://imamengineering.blogspot.co.id/2015/03/makalah-mekanika-bahan-komposit.html

http://imamengineering.blogspot.co.id/2015/03/makalah-mekanika-bahan-komposit.html

32

kuat, padat, mudah kusut, dan tahan penyetrikaan”. Serat alam digolongkan lagi

menjadi :

Gambar 2.12 Jenis –jenis serat alami

Sumber: http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-

macam-Serat-Alam.bmp. Diakses Juni 2016.

a) Serat Protein

Serat protein dapat berbentuk staple atau filamen. Serat protein berbentuk

stapel berasal dari rambut hewan berupa domba, alpaca, unta, cashmer, mohair,

kelinci, dan vicuna. Yang paling sering digunakan adalah wol dari bulu domba.


http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam-Serat-Alam.bmp


33

Gambar 2.13 Serat wol dari bulu domba

Sumber: http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam-

Serat-Alam.bmp. Diakses Juni 2016

b) Serat Selulosa

Serat tumbuhan/serat pangan biasanya tersusun atas selulosa, semiselulosa dan

kadang – kadang mengandung pula lignin. Sifat umum serat yang dari selulosa adalah

mudah menyerap air (higroskopis), mudah kusut dan jika dilakukan uji pembakaran

menimbulkan bau arang seperti terbakar.

Gambar 2.14 Serat Pisang

Sumber: http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam-

Serat-Alam.bmp. Diakses Juni 2016.


http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam-Serat-Alam.bmp.%20Diakses%20Juni%202016

http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-macam-Serat-Alam.bmp.%20Diakses%20Juni%202016



34

c) Serat mineral

Serat mineral, umumnya dibuat dari asbestos. Saat ini asbestos adalah satu-

satunya mineral yang secara alami terdapat dalam bentuk serat panjang.

Gambar 2.15 Serat Asbes

Sumber: http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-

macam-Serat-Alam.bmp. Diakses Juni 2016.

2.5.4.2 Serat Buatan

Serat buatan menurut Jumaeri, (1979:35), yaitu “serat yang molekulnya disusun

secara sengaja oleh manusia. Sifat-sifat umum dari serat buatan, yaitu kuat dan tahan

gesekan”.




35

Gambar 2.16 Jenis serat buatan

Sumber:http://teknologitekstil.com/wp-content/uploads/2015/09/Macam-

macam-Serat-Sintetis.bmp


36

a) Serat Fiberglass

Gambar 2.17 Serat Kaca

Kaca serat (Bahasa Inggris: fiberglass) atau sering diterjemahkan menjadi

serat gelas adalah kaca cair yang ditarik menjadi serat tipis dengan garis tengah

sekitar 0,005 mm – 0,01 mm. Serat ini dapat dipintal menjadi benang atau ditenun

menjadi kain, yang kemudian diresapi dengan resin sehingga menjadi bahan yang

kuat dan tahan korosi untuk digunakan sebagai badan mobil dan bangunan kapal. Dia

juga digunakan sebagai agen penguat untuk banyak produk plastik, material komposit

yang dihasilkan dikenal sebagai plastik diperkuat-gelas (glass-reinforced plastic,

GRP) atau epoxy diperkuat glass-fiber (GRE), disebut “fiberglass” dalam

penggunaan umumnya.

Pembuat gelas dalam sejarahnya telah mencoba banyak eksperimen dengan

gelas giber, tetapi produksi masal dari fiberglass hanya dimungkinkan setelah

majunya mesin.


37

Pada 1893, Edward Drummond Libbey memajang sebuah pakaian di World

Columbian Exposition menggunakan glass fiber dengan diameter dan tekstur fiber

sutra. Yang sekarang ini dikenal sebagai “fiberglass”, diciptakan pada 1938 oleh

Russell Games Slayter dari Owens-Corning sebagai sebuah material yang digunakan

sebagai insulasi. Dia dipasarkan dibawah merk dagang Fiberglas (sic),

Pada umumnya bentuk dasar suatu bahan komposit adalah tunggal dimana

merupakan susunan dari paling tidak terdapat dua unsur yang bekerja bersama untuk

menghasilkan sifat-sifat bahan yang berbeda terhadap sifat-sifat unsur bahan

penyusunnya. Dalam prakteknya komposit terdiri dari suatu bahan utama (matrik –

matrix) dan suatu jenis penguatan (reinforcement) yang ditambahkan untuk

meningkatkan kekuatan dan kekakuan matrik. Penguatan ini biasanya dalam bentuk

serat (fibre, fiber).


38

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Penelitian

Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perencanaan kincir hingga

analisis data. Langkah kerja dalam penelitian ini dalam bentuk gambar diagram alir

seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin.

Mulai

Perancangan kincir angin poros horizontal empat sudu

Pembuatan cetakan kincir angin menggunakan pralon

Pembuatan kincir angin berbahan dasar komposit

Pengambilan data, untuk mengetahui kecepatan putaran kincir,

kecepatan angin, dan beban pengereman pada kincir angin

Pengolahan data untuk mencari koefisien daya dan tip speed ratio.

Membandingan koefisien daya maksimal dan tip speed ratio pada masing –

masing variasi kincir angin

Analisa serta pembahasan data dan pembuatan laporan

Selesai


39

Ada tiga jenis perlakuan metode untuk melakukan penelitian ini, yaitu :

1. Penelitian Kepustakaan (Library Research)

Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur –literatur yang

berhubungan dengan penulisan tugas akhir ini serta dapat dipertanggung jawabkan

kebenarannya.

2. Pembuatan Alat

Pembuatan alat uji kincir angin tipe ini dilakukan di Laboratorium Konversi

Energi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Kincir yang sudah jadi dipasang

pada wind tunnel dan motor listrik sebagai sumber tenaga untuk menghasilkan tenaga

angin untuk memutar kincir.

3. Pengamatan Secara Langsung (Observasi)

Metode observasi ini dilakukan dengan mengamati secara langsung terhadap

objek yang diteliti yaitu kincir angin zumbu horizontal pada wind tunnel.

3.2 Alat dan Bahan

Model kincir angin horizontal ini d i bu a t dengan bahan dasar komposit

serat esglas dengan 5 lapisan yang di susun secara teratur dan cara pembuatannya

memerlukan cetakan yang sudah dibuat menggunakan bahan pralon dan dengan

diameter kincir 100 cm.


40

1. Sudu kincir angin.

Ukuran panjang sudu kincir menentukan daerah sapuan angin yang menerima

energi angin sehingga dapat membuat dudukan sudu atau turbin berputar. Semua

sudu memiliki bentuk dan ukuran yang sama, sudu kincir angin yang dibuat dapat

dilihat pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Sudu Kincir

2. Dudukan Sudu.

Dudukan sudu yang merupakan bagian komponen yang berfungsi untuk

pemasangan sudu dan juga untuk mengatur kemiringan sudu. Dudukan sudu ini

memiliki dua belas buah lubang untuk pemasangan sudu,untuk mengatur sudu

kemiringan cukup memutar kemiringan plat dudukan sudu. Posisi plat dudukan dapat

disesuaikan dengan kebutuhan yang diperlukan.


41

Gambar 3.3 Dudukan Sudu.

3. Fan blower.

Fan blower berfungsi untuk menghisap udara memutar kincir angin, fan

blower dengan power sebesar 15 Hp.

Gambar 3.4 Fan Blower

4. Tachometer.

Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan putaran

poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (rotation per minute). Jenis


42

tachometer yang digunakan adalah digital light tachometer, cara kerjanya cukup

sederhana meliputi 3 bagian, yaitu: Sensor, pengolah data dan penampil.

Gambar 3.5 Tachometer

5. Timbangan Digital.

Timbangan Digital digunakan untuk mengetahui beban generator pada saat

kincir angin berputar. Timbangan Digital ini diletakan pada bagian lengan generator.

Gambar 3.6 Timbangan Digital.


43

6. Anemometer.

Anemometer berfungsi untuk mengukur atau menentukan kecepatan angin.

Selain mengukur kecepatan angin, alat ini juga dapat mengukur besarnya tekanan

angin, cuaca, dan tinggi gelombang laut.

Gambar 3.7 Anemometer

7. Voltmeter.

Voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan yang dihasilkan kincir angin

oleh setiap variasinya.

Gmbar 3.8 Voltmeter


44

8. Amperemeter.

Ampermeter digunakan untuk mengukur arus yang dihasilkan oleh Kincir

Angin dengan setiap variasinya.

Gambar 3.9 Ampermeter

9. Pembebanan.

Pembebanan yang dilakukan dengan menggunakan lampu bermaksud untuk

mengetahui performa kincir angin. Variasi voltase lampu yang diberikan

bermaksud supaya data yang dihasilkan lebih bervariasi. Gambar pembebanan

lampu seperti ditunjukkan oleh Gambar 3.10 Pembebanan lampu.


45

Gambar 3.10. Skema Pembebanan Lampu.

3.3 Desain Kincir

Desain kincir angin yang dibuat seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.11.

Gambar tersebut menunjukan bahwa kincir angin yang dibuat panjang diameternya

berukuran 100 cm dengan lebar maksimum sudu 12 cm.

18,5cm

50cm

Gambar 3.11(a) Desain kincir dengan variasi panjang sirip 10 cm


46

Gambar 3.11(b) Desain kincir dengan variasi panjang sirip 13 cm

Gambar 3.11(c) Desain sirip kincir angin

Gambar 3.11(d) pemasangan kincir pada dudukan sudu.


47

3.4 Pembuatan Sudu / Blade Kincir Angin

3.4.1 Alat dan Bahan

Pembuatan sebuah sudu / blade merupakan proses yang dilakukan secara

bertahap serta membutuhkan alat dan bahan, seperti yang ditunjukkan oleh Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu.

ALAT BAHAN

Mesin Bor Pipa 8 Inchi

Mesin Gerinda Tangan Katalis

Ampelas Resin

Timbangan Serat gelas

Kertas Karton Aluminium foil

Kuas Plat Aluminium

Gergaji Besi

Gunting

Gelas Ukur

3.4.2 Proses Pembuatan Sudu / Blade

Dalam proses pembuatan sudu / blade dilakukan dengan beberapa tahapan.

tahapan – tahapan pembuatan sudu seperti berikut:

A. Pembuatan Cetakan Pipa:

1. Memotong pipa 8 inchi dengan panjang 50 cm.

Pipa 8 inchi berfungsi sebagai mal / cetakan dari proses pembuatan sudu blade

kincir angin yang mana bahan yang digunakan adalah komposit. Proses memotong


48

menggunakan gerinda dengan panjang pipa yang diinginkan adalah 50 cm. Setelah

pipa dipotong, kemudian pipa di belah dua. Hal ini bertujuan pada saat pembentukan

pipa dengan mal kertas agar lebih mudah dilakukan dan Pipa yang digunakan adalah

Pipa Wavin D 8 inchi.

Gambar 3.12 Proses Pemotongan Pipa

2. Membentuk Mal / cetakan kertas.

Mal atau cetakan kertas mempermudah pembentukan pipa menjadi

sebuah sudu / balde. Mal ditempelkan pada pipa kemudian pipa ditandai

sesuai dengan mal menggunakan spidol.

3 Membentuk pipa dengan mal kertas.

Pipa yang telah ditandai oleh mal ketas, kemudian dipotong

menggunakan gerinda. Proses pembentukan ini dilakukan secara bertahap,

pemotongan di mulai dari garis mal yang mudah dipotong. Proses


49

pembentukan pipa seperti yang ditunjukkan oleh gambar 3.13.

Gambar 3.14 Proses menggambar cetakan pada pipa

4. Menghaluskan pipa.

Setelah pipa yang telah dibentuk sesuai dengan bentuk dari mal kertas,

kemudian pinggiran pipa dihaluskan. Hal ini bertujuan untuk mencapai sebuah

presisi ukuran dan estetika dari pipa.

B. Pembuatan sudu / blade ( komposit ):

1. Pelapisan cetakan pipa.

Setelah cetakan dari pipa telah siap, kemudian dilanjutkan pada tahap dua

yaitu pembuatan sudu/blade. Sebelum perpaduan dari resin dan katalis dioleskan

dipermukaan cetakan. Mal pipa dilapisi dengan alumunium foil. Hal ini bertujuan

agar cetakan dengan sudu yang telah jadi tidak menempel.


50

Gambar 3.15 Proses pelapisan sudu dengan aluminium foil

2. Pencampuran Resin dan Katalis.

Pencampuran resin dan katalis dilkakukan didalam wadah/gelas. Katalis

berfungsi untuk mengeraskan campuran dan resin adalah bahan yang dikeraskan.

3. Pembuatan Sudu / Blade.

Dalam membuat sebuah sudu dengan bahan komposit yang terdiri dari Resin,

Katalis dan Serat Glass. Proses pembuatan sudu / blade dilakukan secara berulang

dan cepat. Karena saya mengharapkan sebuah sudu yang jadi nantinya terdiri dari

lima lapis serat glass. Di antara lapisan kedua dan ketiga serat glass diberikan sebuah

plat alumunium pada pangkal sudu yang berukuran 2 cm x 6 cm. Pemberian sebuah

plat pada lapisan serat glass bertujuan untuk menambah ketahanan pangkal sudu

terhadap gaya tekan yang diberikan oleh baut. Langkah – langkah pembuatan sudu

sebagai berikut:


51

a. Mengoleskan campuran resin dan katalis pada permukaan pipa yang telah

dilapisi alumunium foil menggunakan kuas.

b. Menempelkan lapisan pertama serat glass pada cetakan yang telah

dioleskan campuran resin dan katalis.

c. Mengoleskan campuran resin dan katalis pada lapisan serat glass pertama.

d. Menempelkan lapisan kedua serat glass kedua.

e. Mengoleskan campuran resin dan katalis pada lapisan serat gelas kedua.

Menempelkan plat alumuium diantara lapisan kedua dan ketiga Serat

glass.

f. Menempelkan lapisan ketiga serat glass.

g. Mengoleskan campuran resin dan katalis pada lapisan ketiga serat glass.

h. Menempelkan lapisan keempat serat glass.

i. Mengoleskan campuran resin dan katalis pada lapisan keempat serat glass

j. Menempelkan lapisan kelima serat glass.

k. Mengoleskan campuran resin dan katalis pada lapisan kelima serat glass.

4. Pengeringan sudu / Blade

Setelah proses pembuatan sudu selesai dilakukan, kemudian sudu / blade

dikeringkan dengan cara dijemur dibawah matahari. Proses pengeringan yang

dilkukan dibawah matahari memerlukan waktu 2 -3 hari.


52

5. Finishing sudu / blade.

Proses finishing sudu / blade meliputi: Pemotongan, Penghalusan,

Pengurangan berat sudu / blade. Pengurangan berat sudu yang dimaksud adalah

menyamakan berat sudu menjadi 215 gram menggunakan timbangan duduk digital.

6. Pembuatan Lubang Baut.

Pembuatan Lubang pada sudu dilakukan menggunakan bor dengan diameter

lubang baut 10.

3.5 Langkah Penelitian

Langkah yang dilakukan sebelum pengambilan data penelitian adalah

pemaasangan kincir angin di depan fan blower, pemasangan komponen poros

penghubung kincir angin dengan sistem pembebanan lampu yang berada di bagian

belakang kincir Angin. Proses pengambilan data Kecepatan Angin, Putaran Poros

(rpm), tegangan, arus listrik dan pembebanan kincir angin ada beberapa hal yang

perlu dilakukan yaitu:

1) Poros kincir di hubungkan dengan mekanisme pembebanan lampu.

2) Memasang Blade / Sudu pada dudukan sudu.

3) Memasang anemometer pada tiang di depan kincir angin untuk mengukur

kecepatan angin.

4) Memasang timbangan digital pada lengan generator.

5) Memasang generator pada poros kincir angin.


53

6) Merangkai pembebanan lampu pada generator.

7) Jika sudah siap, fan blower dihidupkan untuk memutar kinicir.

8) Percobaan pertama kincir Angin empat sudu dengan kecepatan angin 10

m/s, percobaan kedua kincir angin empat sudu dengan kecepatan 8 m/s,

percobaan ketiga kincir angin empat sudu dengan kecepatan angin 6 m/s.

9) Untuk mengatur kecepatan angin dalam terowongan angin dengan cara

memundurkan jarak gawang Kincir Angin terhadap fan blower agar

dapat menentukan variasi kecepatan angin.

10) Bila kecepatan angin dan variasi beban telah sesuai dengan yang

diinginkan, maka pengukuran dapat dilakukan dengan membaca massa

pengimbang yang terukur pada timbangan digital.

11) Mengukur kecepatan angin dengan menggunakan anemometer dan

kecepatan kincir angin dengan mengunakan Tachometer.

12) Mengamati selama waktu yang telah ditentukan.


54

BAB IV

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1. Data Hasil Pengujian

Tabel 4.1. Data Dua Sudu Variasi Sirip 13 cm Dengan Kecepatan Angin10,3 m/s.

Tabel 4.2. Data Dua Sudu Variasi Sirip 13 cm Dengan Kecepatan Angin 8,3 m/s.

Kec.Angin Gaya

pengimbang

Putaran

kincir

V(m/s) F (gram) n (rpm)

1 0 100 811

2 40 130 780

3 80 160 754

4 120 190 737

5 180 10.3 210 724

6 240 230 693

7 300 260 679

8 360 300 640

9 420 305 594

10 480 310 555

11 360 330 520

12 420 340 486

13 480 350 411

NOHambatan

Watt

Kec.Angin Gaya

pengimbang

Putaran

kincir


1 0 120 765

2 40 140 716

3 80 150 698

4 120 170 682

5 180 8,3 190 673

6 240 210 653

7 300 220 638

8 360 250 618

9 420 170 593

10 480 300 547

11 360 310 505

12 420 320 464

13 480 330 350

Hambatan

WattNO


55



Kec.Angin Gaya

pengimbang

Putaran

kincir


1 0 110 715

2 40 120 695

3 80 130 689

4 120 150 669

5 180 6,3 170 634

6 240 190 606

7 300 200 583

8 360 210 560

9 420 230 535

10 480 250 515

11 360 270 488

12 420 290 427

NOHambatan

Watt

Kec.Angin Gaya

pengimbang

Putaran

kincir


1 0 80 852

2 40 100 826

3 80 120 804

4 120 160 798

5 180 10,3 190 779

6 240 220 759

7 300 250 722

8 360 270 706

9 420 290 689

10 480 320 646

11 360 340 583

12 420 360 554

13 480 370 484

NOHambatan

Watt


56



Kec.Angin Gaya

pengimbang

Putaran

kincir


1 0 100 810

2 40 120 778

3 80 140 749

4 120 150 727

5 180 8,3 180 711

6 240 200 696

7 300 230 683

8 360 250 635

9 420 270 605

10 480 290 592

11 360 310 528

12 420 340 491

13 480 370 439

NOHambatan

Watt

Kec.Angin Gaya

pengimbang

Putaran

kincir


1 0 110 761

2 40 130 712

3 80 150 702

4 120 160 688

5 180 6,3 170 659

6 240 180 637

7 300 200 601

8 360 230 586

9 420 250 575

10 480 270 544

11 360 290 515

12 420 310 447

13 480 320 310

NOHambatan

Watt


57

4.2. Pengolahan Data dan Perhitungan

Dalam pengolahan data yang digunakan beberapa asumsi untuk mempermudah

pengolahan dan perhitungan data sebagai berikut :

a. Percepatan gravitasi bumi = 9,81 m/s2

b. Massa jenis udara = 1,18 kg/m3

4.2.1. Perhitungan Daya Angin

Sebagai contoh perhitungan diambil dari table pengujian 4.1 pada pengujian

ketujuh diperoleh kecepatan angin 10,3 m/s, massa jenis udara (ρ) = 1,18 kg/m3dan

luas penampang (A) = 0,785 m2. Maka dapat dihitung daya angin sebesar:

Pin = ½ ρ A v3

Pin = ½ 1,18 0,785 10,33

Pin = 503 watt.

Jadi daya angin yang dihasilkan sebesar 503 watt.

4.2.2. Perhitungan Torsi

Sebagai contoh perhitungan diambil dari pengujian yang dilakukan besar torsi

dapat kita hitung. Diambil dari table 4.1 pada pengujian ketujuh. Dari data diperoleh

besaran gaya (F) = 2,55 N dan jarak lengan torsi keporos sebesar 0,27 m, maka torsi

dapat dihitung:


58

T = F l

T= 2,55 0,27

T= 0,69 N.m

Jadi torsi yang dihasilkan sebesar 0,69 N.m.

4.2.3. Perhitungan Daya Kincir Mekanis


ketujuh diperoleh putaran poros (n) sebesar 679 rpm, dan torsi yang telah

diperhitungkan pada sub bab 4.2.2 sebesar = 0,69 N.m, maka besarnya daya kincir

dapat dihitung :

Pout = T ω

Pout = 0,69

Pout = 0,69

Pout = 49 watt

Jadi daya kincir yang diperoleh sebesar 49 watt.

4.2.4. Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr)


ketujuh diperoleh putaran poros kincir angin sebesar 679 rpm, jari–jari kincir angin

sebesar (r) = 0,5 m, dan kecepatan angin sebesar 10,3 m/s, maka tip speed ratio dapat

dihitung :


59

tsr =

tsr = 3,46

Jadi tip speed ratio yang diperoleh sebesar 3,46.

4.2.5. Perhitungan Daya Listik


ketujuh tegangan (V) sebesar 44,80 volt, dan arus (I) sebesar 0,62 ampere, maka

besarnya daya listrik dapat dihitung :

Po = V x I

Po = 44,8 x 0,62

Po = 27,78 watt

Jadi daya listrik yang dihasilkan sebesar 27,78 watt.

4.2.6. Perhitungan Koefisien Daya (Cp)

Sebagai contoh perhitungan diambil dari perhitugan diatas yakni, daya angin pada

sub bab 4.2.1 sebesar 503 watt dan daya yang dihasilkankan kincir angin pada sub

bab 4.2.3 sebesar 49 watt, maka koefisien daya dapat dihitung:

Cp =

Cp =

100 %

Cp= 9,74 %

Jadi koefisien daya yang diperoleh sebesar 9,74 %.


60

4.3. Data Hasil Perhitungan

Parameter yang telah didapat dari penelitian diolah dengan software Microsoft

Excel untuk menampilkan grafik hubungan antara rpm dengan torsi, grafik hubungan

antara tip speed ratio (tsr) dengan koefesien daya (Cp), dan grafik hubungan antara

rpm dengan daya (Pout) yang dihasilkan untuk tiga variasi kecepatan angin dengan

jumlah empat sudu.


61

Tabel 4.7. Data Perhitungan Kincir Variasi Panjang Sirip 13 cm Dengan Kecepatan

Angin 10,3 m/s

Tabel 4.8. Data Perhitungan Kincir Variasi Panjang Sirip 13 cm dengan Kecepatan

Angin 8,3 m/s

Gaya

pengimban

g

Beban

Torsi

Kecepatan

sudut

Daya

angin

Daya kincir

mekanis

Tip speed

ratio

Koefisien

daya

Mekanis

Tegangan ArusDaya

Listrik

Koefisien

Daya

Listrik

N N.m rad/s Pin (watt) Pout (watt) tsr Cp % Volt Ampere Watt Cp %

0.98 0.26 84.93 503 22.49 4.13 4.47 51.60 0.00 0.00 0.00

1.28 0.34 81.68 503 28.13 3.97 5.59 50.60 0.08 4.05 0.80

1.57 0.42 78.96 503 33.46 3.84 6.65 49.90 0.16 7.98 1.59

1.86 0.50 77.18 503 38.84 3.75 7.72 48.80 0.28 13.66 2.71

2.06 0.56 75.82 503 42.17 3.69 8.38 47.70 0.39 18.60 3.70

2.26 0.61 72.57 503 44.21 3.53 8.78 46.50 0.50 23.25 4.62

2.55 0.69 71.10 503 48.97 3.46 9.73 44.80 0.62 27.78 5.52

2.94 0.79 67.02 503 53.26 3.26 10.58 41.50 0.71 29.47 5.85

2.99 0.81 62.20 503 50.25 3.03 9.98 39.40 0.79 31.13 6.18

3.04 0.82 58.12 503 47.72 2.83 9.48 34.20 0.81 27.70 5.50

3.24 0.87 54.45 503 47.60 2.65 9.45 33.20 0.89 29.55 5.87

3.34 0.90 50.89 503 45.83 2.48 9.10 31.20 0.94 29.33 5.83

3.43 0.93 43.04 503 39.90 2.09 7.93 28.30 0.97 27.45 5.45

Gaya

pengimban

g

Beban

Torsi

Kecepatan

sudut

Daya

angin

Daya kincir

mekanis

Tip speed

ratio

Koefisien

daya

Mekanis

Tegangan ArusDaya

Listrik

Koefisien

Daya

Listrik


1.18 0.32 80.11 263 25.46 4.84 9.68 53.00 0.00 0.00 0.00

1.37 0.37 74.98 263 27.80 4.53 10.57 48.70 0.08 3.90 1.48

1.47 0.40 73.09 263 29.04 4.41 11.04 47.60 0.15 7.14 2.71

1.67 0.45 71.42 263 32.16 4.31 12.23 46.20 0.23 10.63 4.04

1.86 0.50 70.48 263 35.47 4.26 13.48 45.40 0.31 14.07 5.35

2.06 0.56 68.38 263 38.04 4.13 14.46 44.30 0.39 17.28 6.57

2.16 0.58 66.81 263 38.93 4.03 14.80 43.20 0.46 19.87 7.55

2.45 0.66 64.72 263 42.85 3.91 16.29 42.70 0.56 23.91 9.09

2.65 0.72 62.10 263 44.41 3.75 16.88 40.00 0.66 26.40 10.04

2.94 0.79 57.28 263 45.52 3.46 17.30 38.10 0.76 28.96 11.01

3.04 0.82 52.88 263 43.42 3.19 16.51 34.20 0.83 28.39 10.79

3.14 0.85 48.59 263 41.18 2.93 15.66 33.30 0.86 28.64 10.89

3.24 0.87 36.65 263 32.04 2.21 12.18 32.10 0.90 28.89 10.98


62


Angin 6,3 m/s

Tabel 4.10. Data Perhitungan Kincir Variasi Panjang Sirip 10 cm Dengan

Kecepatan Angin 10,3 m/s

Gaya

pengimban

g

Beban

Torsi

Kecepatan

sudut

Daya

angin

Daya kincir

mekanis

Tip speed

ratio

Koefisien

daya

Mekanis

Tegangan ArusDaya

Listrik

Koefisien

Daya

Listrik


1,08 0,29 74,87 115 21,82 5,96 19,01 49,30 0,00 0,00 0,00

1,18 0,32 72,78 115 23,13 5,79 20,16 48,60 0,02 0,97 0,85

1,28 0,34 72,15 115 24,84 5,74 21,65 47,50 0,05 2,38 2,07

1,47 0,40 70,06 115 27,83 5,58 24,25 46,50 0,13 6,05 5,27

1,67 0,45 66,39 115 29,90 5,29 26,05 45,30 0,20 9,06 7,89

1,86 0,50 63,46 115 31,94 5,05 27,83 44,90 0,28 12,57 10,95

1,96 0,53 61,05 115 32,34 4,86 28,18 43,30 0,35 15,16 13,20

2,06 0,56 58,64 115 32,62 4,67 28,42 42,00 0,41 17,22 15,00

2,26 0,61 56,03 115 34,13 4,46 29,74 41,60 0,48 19,97 17,40

2,45 0,66 53,93 115 35,71 4,29 31,12 40,60 0,60 24,36 21,23

2,65 0,72 51,10 115 36,55 4,07 31,84 37,40 0,70 26,18 22,81

2,84 0,77 44,72 115 34,35 3,56 29,93 34,30 0,77 26,41 23,01

3,04 0,82 36,65 115 30,09 2,92 26,22 33,20 0,88 29,22 25,46

Gaya

pengimban

g

Beban

Torsi

Kecepatan

sudut

Daya

angin

Daya kincir

mekanis

Tip speed

ratio

Koefisien

daya

Mekanis

Tegangan ArusDaya

Listrik

Koefisien

Daya

Listrik


0,78 0,21 89,22 500 18,91 4,35 3,78 57,60 0,00 0,00 0,00

0,98 0,26 86,50 500 22,91 4,22 4,58 55,70 0,08 4,46 0,89

1,18 0,32 84,19 500 26,76 4,10 5,35 54,10 0,16 8,66 1,73

1,57 0,42 83,57 500 35,41 4,07 7,08 53,20 0,29 15,43 3,08

1,86 0,50 81,58 500 41,05 3,98 8,20 51,20 0,41 20,99 4,19

2,16 0,58 79,48 500 46,32 3,87 9,25 50,20 0,52 26,10 5,22

2,45 0,66 75,61 500 50,07 3,68 10,00 48,30 0,63 30,43 6,08

2,65 0,72 73,93 500 52,87 3,60 10,56 46,20 0,73 33,73 6,74

2,84 0,77 72,15 500 55,42 3,52 11,07 44,70 0,84 37,55 7,50

3,14 0,85 67,65 500 57,34 3,30 11,46 42,30 0,96 40,61 8,11

3,34 0,90 61,05 500 54,98 2,98 10,99 37,40 1,05 39,27 7,85

3,53 0,95 58,01 500 55,32 2,83 11,05 36,30 1,16 42,11 8,41

3,63 0,98 50,68 500 49,67 2,47 9,92 26,30 1,23 32,35 6,46


63


Angin 8,3 m/s


Angin 6,3 m/s

Gaya

pengimban

g

Beban

Torsi

Kecepatan

sudut

Daya

angin

Daya kincir

mekanis

Tip speed

ratio

Koefisien

daya

Mekanis

Tegangan ArusDaya

Listrik

Koefisien

Daya

Listrik


0,98 0,26 84,82 255 22,47 5,17 8,79 52,00 0,00 0,00 0,00

1,18 0,32 81,47 255 25,90 4,97 10,14 51,40 0,08 4,11 1,61

1,37 0,37 78,44 255 29,09 4,78 11,38 50,20 0,16 8,03 3,14

1,47 0,40 76,13 255 30,25 4,64 11,84 49,50 0,24 11,88 4,65

1,77 0,48 74,46 255 35,50 4,54 13,89 48,20 0,31 14,94 5,85

1,96 0,53 72,88 255 38,61 4,44 15,11 46,50 0,44 20,46 8,01

2,26 0,61 71,52 255 43,57 4,36 17,05 45,20 0,52 23,50 9,20

2,45 0,66 66,50 255 44,03 4,05 17,23 43,20 0,66 28,51 11,16

2,65 0,72 63,36 255 45,31 3,86 17,73 40,10 0,74 29,67 11,61

2,84 0,77 61,99 255 47,62 3,78 18,64 39,00 0,84 32,76 12,82

3,04 0,82 55,29 255 45,40 3,37 17,77 37,20 0,87 32,36 12,67

3,34 0,90 51,42 255 46,30 3,14 18,12 35,30 1,00 35,30 13,82

3,63 0,98 45,97 255 45,05 2,80 17,63 29,30 1,07 31,35 12,27

Gaya

pengimban

g

Beban

Torsi

Kecepatan

sudut

Daya

angin

Daya kincir

mekanis

Tip speed

ratio

Koefisien

daya

Mekanis

Tegangan ArusDaya

Listrik

Koefisien

Daya

Listrik


1,08 0,29 79,69 115 23,22 6,34 20,23 48,60 0,00 0,00 0,00

1,28 0,34 74,56 115 25,67 5,94 22,37 47,30 0,05 2,37 2,06

1,47 0,40 73,51 115 29,21 5,85 25,45 46,60 0,10 4,66 4,06

1,57 0,42 72,05 115 30,53 5,74 26,60 45,30 0,18 8,15 7,10

1,67 0,45 69,01 115 31,07 5,49 27,08 44,90 0,26 11,67 10,17

1,77 0,48 66,71 115 31,80 5,31 27,71 43,10 0,33 14,22 12,39

1,96 0,53 62,94 115 33,34 5,01 29,05 42,10 0,40 16,84 14,67

2,26 0,61 61,37 115 37,38 4,89 32,57 38,80 0,46 17,85 15,55

2,45 0,66 60,21 115 39,87 4,79 34,74 36,30 0,54 19,60 17,08

2,65 0,72 56,97 115 40,74 4,54 35,50 35,20 0,64 22,53 19,63

2,84 0,77 53,93 115 41,43 4,29 36,09 34,50 0,70 24,15 21,04

3,04 0,82 46,81 115 38,44 3,73 33,49 32,40 0,81 26,24 22,87

3,14 0,85 32,46 115 27,52 2,58 23,97 26,10 0,82 21,40 18,65


64

4.4. Grafik Hasil Perhitungan

Pengolahan data yang dilakuakan pada Sub Bab 4.1, 4.2 dan 4.3 mendapatkan hasil

grafik. Grafik – grafik hubungan tersebut antara lain grafik perbandingan antara rpm

dan daya, grafik hubungan antara rpm dan torsi, dan grafik hubungan antara tip speed

ratio dengan koefisien daya. Penjelasan untuk grafik diatas, lebih lengkapnya dapat

dilihat pada grafik – grafik berikut ini:

4.4.1. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Kincir Mekanis pada Tiga

Variasi Kecepatan Angin Dengan Panjang Sirip 13 cm.

Data dari Tabel 4.7, Tabel 4.8 dan Tabel 4.9 yang sudah diperoleh pada

perhitungan sebelumnya, dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara

torsi dan daya kincir (Pout Mekanis). Pada tabel 4.1 menunjukan bahwa nilai daya kincir

(Pout Mekanis) puncak yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 10,3 m/s adalah

53,26 watt dengan torsi sebesar 0,79 N.m. Sedangkan nilai daya kincir mekanis (Pout

Mekanis) puncak yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 8,3 m/s adalah 45,52

watt dengan torsi sebesar 0,79 N.m. Dan nilai daya kincir kincir (Pout Mekanis) dengan

variasi kecepatan angin 6,3 m/s adalah 36,55 watt dengan torsi sebesar 0,72 N.m. Dari

tabel 4.1 dapat ditarik kesimpulan bahwa kincir angin variasi sirip 13 cm ada

kecepatan angin 10,3 m/s memiliki nilai daya kincir (Pout Mekanis) dan torsi tertinggi

diantara variasi kecepatan lainnya.


65

Gambar 4.1. Gambar 4.1. Grafik Hubungan Torsi dan Daya Mekanis Kincir Angin

Propeller, Dua Sudu, Bahan Komposit dengan Diameter 1 m, Lebar Maksimum

Sudu 12 cm Pada Jarak 18,5 cm dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 13

cm

4.4.2. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Kincir Mekanis pada Tiga

Variasi Kecepatan Angin Dengan Panjang Sirip 10 cm.


perhitungan sebelumnya, dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara rpm

dan daya kincir (Pout Mekanis). Pada gambar 4.2 menunjukan bahwa nilai daya kincir

(Pout Mekanis) puncak yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 10,3 m/s adalah

57,34 watt dengan torsi sebesar 0,85N.m. Sedangkan nilai daya kincir mekanis (Pout

Mekanis) puncak yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 8,3 m/s adalah 47,62

0

10

20

30

40

50

60

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00

Po

ut

mek

anis

(w

att)

Torsi (N.m)

kecepatan angin 10.3 m/s

kecepatan angin8.3 m/s



66

watt dengan torsi sebesar 0,77N.m. Dan nilai daya kincir kincir (Pout Mekanis) dengan

variasi kecepatan angin 6,3 m/s adalah 41,43 watt dengan torsi sebesar 0,77 N.m. Dari

tabel 4.2 dapat ditarik kesimpulan bahwa kincir angin dengan variasi sirip 10 cm pada

kecepatan angin 10,3 m/s memiliki nilai daya kincir (Pout Mekanis) dan torsi tertinggi

diantara variasi kecepatan angin lainnya

Gambar 4.2. Grafik Hubungan Torsi dan Daya Mekanis Kincir Angin Propeller,

Dua Sudu, Bahan Komposit dengan Diameter 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12

cm Pada Jarak 18,5 cm dari Pusat Poros Dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm.

0

10

20

30

40

50

60

70

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20

Po

ut

mek

anis

(w

att)

Torsi (N.m)

kecepatan angin 6.3

kecepatan angin 8.2m/s



67

4.4.3. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Elektris pada Tiga Variasi

Kecepatan Angin Dengan Panjang Sirip 13 cm



dan daya listrik (Pout Elektris). Pada tabel 4.3 menunjukan bahwa nilai daya listrik (Pout

Elektris) puncak yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 10,3 m/s adalah 31,13

watt dengan torsi sebesar 0,79 N.m. Sedangkan nilai daya listrik (Pout Elektris) puncak

yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 8,3 m/s adalah 28,96 watt dengan torsi

0,79 N.m. Dan nilai daya kincir ( Pout Elektris) puncak yang dihasilkan dengan variasi

kecepatan angin 6,3 m/s adalah 29,22 watt dengan torsi sebesar 0,82 N.m.

Gambar 4.3. Grafik Hubungan Torsi dan Daya Elektris Kincir Angin

Propeller, Dua Sudu, bahan Komposit dengan Diameter 1 m, Lebar

Maksimum Sudu 12 cm Pada Jarak 18,5 cm dari Pusat Poros dengan Variasi

Panjang Sirip 13 cm.

0

5

10

15

20

25

30

35

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00

Po

ut

elek

tris

(w

att)

Torsi (N.m)





68

4.4.4. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Elektris pada Tiga Variasi




dan daya listrik (Pout Elektris). Pada tabel 4.4 menunjukan bahwa nilai daya listrik (Pout

Elektris) puncak yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 10,3 m/s adalah 42,11

watt dengan torsi sebesar 0,95 N.m. Sedangkan nilai daya listrik (Pout Elektris) puncak

yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 8,3 m/s adalah 35,30 watt dengan torsi

sebesar 0,90 N.m. Dan nilai daya kincir ( Pout Elektris) puncak yang dihasilkan dengan

variasi kecepatan angin 6,3 m/s adalah 26,24 watt dengan torsi sebesar 0,82 N.m.

Gambar 4.4. . Grafik Hubungan Torsi dan Daya Elektris Kincir Angin Propeller,

Dua Sudu, bahan Komposit dengan Diameter 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm

Pada Jarak 18,5 cm dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20

Po

ut

elek

tris

(w

att)

Torsi (N.m)





69

4.4.5. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Putaran poros Untuk Tiga Variasi

Kecepatan Angin Dengan Panjang Sirip 13cm


perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan ntara Torsi

dan Rpm. Pada tabel 4.5 menunjukan bahwa nilai Torsi maksimal yang dihasilkan

kincir angin dengan variasi kecepatan angin 10,3 m/s adalah 0,93 N.m dan terjadi pada

kecepatan putaran sebesar 411 rpm. Sedangkan nilai Torsi maksimal yang dihasilkan


kecepatan putaran sebesar 350 rpm. Dan nilai Torsi maksimal yang dihasilkan kincir

angin dengan variasi kecepatan angin 6,3 m/s adalah 0,82 N.m dan terjadi pada

kecepatan putaran sebesar 350 rpm.

Gambar 4.5. Grafik Hubungan Torsi dan Putaran poros Kincir Angin

Propeller, Dua Sudu, Bahan Komposit dengan Diameter 1 m, Lebar

Maksimum Sudu 12 cm Pada Jarak 18,5 cm dari Pusat Poros dengan Variasi

Panjang Sirip 13 cm.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00

pu

tara

n p

oro

s (R

pm

)

torsi (N.m)

Kec.Angin 10,3m/s

Kec.Angin 8,3m/s


70

4.4.6. Grafik Hubungan Antara Torsi dan Putaran poros Untuk Tiga Variasi



perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan ntara Rpm

dan Torsi. Pada tabel 4.6 menunjukan bahwa nilai Torsi maksimal yang dihasilkan


kecepatan putaran sebesar 484 rpm. Sedangkan nilai Torsi maksimal yang dihasilkan


kecepatan putaran sebesar 439 rpm. Dan nilai Torsi maksimal yang dihasilkan kincir

angin dengan variasi kecepatan angin 6,3 m/s adalah 0,85 N.m dan terjadi pada

kecepatan putaran sebesar 310 rpm.

Gambar 4.6. Grafik Hubungan Torsi dan Putaran poros Kincir Angin Propeller,

Dua Sudu, bahan Komposit dengan Diameter 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm

Pada Jarak 18,5 cm dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20

pu

tara

n p

oro

s (R

pm

)

torsi (N.m)

Kec.Angin 10,3m/sKec.Angin 8,3m/s


71

4.4.7. Grafik Hubungan Antara tip speed ratio dan Koefisien Daya Mekanis

Untuk Tiga Variasi Kecepatan Angin Dengan Panjang Sirip 13cm.


perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara

koefisien daya (Cp Mekanis) dan tip speed ratio (tsr). Pada tabel 4.7 menunjukkan bahwa

nilai koefisien daya maksimal mekanis (Cpmax Mekanis) kincir dengan variasi kecepatan

angin 10,3 m/s adalah 10,58 % dengan nilai tsr sebesar 4,13. Sedangkan nilai

koefisien daya maksimal mekanis (Cpmax Mekanis ) kincir dengan variasi kecepatan

angin 8,3 m/s adalah 17,30 % dengan nilai tsr sebesar 4,83. Dan nilai koefisien daya

maksimal mekanis (Cpmax Mekanis) kincir dengan variasi kecepatan angin 6,3 m/s adalah

31,84% dengan nilai tsr sebesar 5,96

Gambar 4.7.Grafik Hubungan Cp dan Tsr Kincir Angin Propeller, Dua Sudu,

bahan Komposit dengan Diameter 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm Pada Jarak

18,5 cm dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm.

0

5

10

15

20

25

30

35

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00

Cp

(%

)

tsr

kec.angin 10,3

kec.angin 8,3m/s


72

4.4.8. Grafik Hubungan Antara tip speed ratio dan Koefisien Daya Mekanis

Untuk Tiga Variasi Kecepatan Angin Dengan Panjang Sirip 10cm.


perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara

koefisien daya (Cp Mekanis) dan tip speed ratio (tsr). Pada tabel 4.8 menunjukkan bahwa

nilai koefisien daya maksimal mekanis (Cpmax Mekanis) kincir dengan variasi kecepatan

angin 10,3 m/s adalah 11,56 % dengan nilai tsr sebesar 4,35. Sedangkan nilai

koefisien daya maksimal mekanis (Cpmax Mekanis ) kincir dengan variasi kecepatan

angin 8,3 m/s adalah 18,64 % dengan nilai tsr sebesar 5,17. Dan nilai koefisien daya

maksimal mekanis (Cpmax Mekanis) kincir dengan variasi kecepatan angin 6,3 m/s adalah

36,09% dengan nilai tsr sebesar 6,34.

Gambar 4.8. Grafik Hubungan Cp dan Tsr Kincir Angin Propeller, Dua Sudu,

Bahan Komposit dengan Diameter 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm Pada Jarak

18,5 cm dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00

Cp

(%

)

Tsr

Kec.angin 6,3 m/s

Kec.angin 8,2 m/s

Kec.angin 10,3 m/s


73

4.5. PEMBAHASAN DATA

Pada gambar 4.2 dan gambar 4.4 yang menujukkan hubungan antara Torsi dan

daya output. Bahwa pada variasi kecepatan angin 10,3 m/s dengan variasi panjang

sirip 10 cm merupakan variasi kecepatan angin, yang memiliki nilai daya output

mekanis maupun elektris dan torsi tertinggi dibandingkan dengaan variasi panjang

sirip 13 cm. Daya maksimal mekanis yang di dapat sebesar 57,34 watt dengan torsi

sebesar 0,85 N.m dan daya maksimal elektris yang di dapat sebesar 42,11 watt

dengan torsi sebesar 0,95 N.m. Dari gambar 4.2 dapat juga disimpulkan bahwa

semakin besar daya yang dihasilkan akan semakin kecil torsi yang dihasilkan. Pada

gambar 4.5 yang menujukkan hubungan antara rpm dan torsi, dapat disimpulkan

bahwa semakin besar torsi maka kecepatan putaran poros semakin rendah. Dari

gambar 4.6 hubungan Cp dengan tsr menunjukan prestasi terbaik pada kecepatan

angin 6,4 m/s dengan Cpmax Mekanis sebesar 36,09 %.


74

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Setelah melakukan pengambilan data, pengolahan dan analisis data dapat

saya simpulkan sebagai berikut :

1. Berhasil membuat kincir angin tipe propeller, dua sudu, berbahan komposit

dengan diameter 1 meter lebar maksimum 12 cm dan jarak 18,5 dari pusat

poros dengan variasi panjang sirip 10 cm dan 13 cm.

2. Koefisien daya tertinggi yang didapat yaitu sebesar 36,09 % pada tsr 6,34

dengan kecepatan angin 6,3 m/s pada variasi panjaang sirip 10 cm.

3. Hasil unjuk kerja kincir angin adalah Torsi terbesar yang dihasilkan oleh

kincir angin yaitu 0,98 N.m pada kecepatan putaran sebesar 484 rpm terjadi

pada kecepatan angin 10,3 m/s dengaan variasi panjang sirip 10 cm. Daya

mekanis terbesar yang dihasilkan dari kincir angin sebesar 57,34 Watt dengan

torsi sebesar 0,85 N.m pada kecepatan angin 10,3 m/s dengan panjang sirip 10

cm. Daya elektris terbesar yang dihasilkan dari kincir angin sebesar 42,11

Watt dengan torsi sebesar 0,95 N.m pada kecepatan angin 10,3 m/s dengan

panang sirip 10 cm.


75

5.2. Saran

1. Perlu melakuan penelitian dengan variasi tambahan ekor/sirip pada sudu

kincir angin tipe horisontal.

2. Perlu dilakukan penelitian dengan pengurangan berat sudu dan jumlah lapisan

serat yang berbeda.

3. Perlu dilakuakn penelitian dengan keceptan angin yang berbeda dari yang

sudah dilakuan pengujian.


76

DAFTAR PUSTAKA

Aisah, Nuning, Hanedi Darmasetiawan, Sudirman, dan Aloma Karo Karo. 2004.

Pembuatan komposit polimer Berpenguat serat Sintetik Untuk Bahan

Genteng. Jurnal Sains Materi Indonesia, juni 2004, Vol. 5, No. 3, hlm. 1- 8

ISSN : 1411 – 1098

Aji, Riangga, 2011, Pengaruh Variasi Tinggi Sudu Terhadap Performansi Vertical

Axis Wind Turbine Jenis Savonius Type-U, Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

Fahmi, Hendriwan dan Harry Hermansyah. 2011. Pengaruh Orientasi Serat Pada

Komposit Resin Polyester / Serat Daun Nanas Terhadap Kekuatan Tarik.

Jurnal Teknik Mesin Vol. 1 , No. 1 [Oktober 2011] 46-52

Mulyani, 2008, Kajian Potensi Angin Indonesia, Central Library Institute

Technology Bandung, Bandung.

www.kincirangin.info/pdf/kondisi-angin.pdf

http://imangeografi10.blogspot.co.id

https://repository.usd.ac.id/

http://en.wikipedia.org/wiki/File:

http://en.wiktionary.org/wiki/windmill

www.bdonline.co.uk

www.alternativeconsumer.com

www.pinterest.c


http://www.kincirangin.info/pdf/kondisi-angin.pdf

http://imangeografi10.blogspot.co.id/

https://repository.usd.ac.id/

http://en.wikipedia.org/wiki/File:

http://en.wiktionary.org/wiki/windmill

http://www.bdonline.co.uk/

http://www.alternativeconsumer.com/

Documents

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER DUA SUDU … · INTISARI Sekarang ini, penggunaan energi terutama energi listrik diperlukan sekali oleh masyarakat yang sudah maju maupun yang sedang