Upload
others
View
12
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
i
UNJUK KERJA KINCIR ANGIN SUMBU HORIZONTAL BERBAHAN
KOMPOSIT, DIAMETER 100 CM, EMPAT SUDU LEBAR MAKSIMAL
13 CM DENGAN 2 VARIASI UKURAN SIRIP
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat Sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin
Diajukan oleh :
TEODORUS WILSON ULRICO BANAWA
NIM : 125214052
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 HORIZONTAL AXIS WINDMILL MADE
FROM COMPOSITE, 100 CM DIAMETER, FOUR BLADE, 13 CM
MAXIMUM WIDTH, WITH 2 VARIATION OF FIN SIZE
FINAL PROJECT
Presented as partial fulfilment of the requirement
to obtain Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
By :
TEODORUS WILSON ULRICO BANAWA
Student Number :125214052
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2017
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vii
INTISARI
Pertumbuhan ekonomi dan pemakaian energi semakin meningkat seiring
dengan bertambahnya jumlah penduduk di Indonesia. Hal ini tidak seimbang
dengan peningkatan penyediaan tenaga listrik. Pembangkit listrik yang beroperasi
di Indonesia secara umum didominasi oleh pembangkit yang energi primernya
diperoleh dari batu bara. Salah satu perhatian yang dilakukan oleh pemerintah yaitu
pembangunan pembangkit listrik tenaga panas bumi serta mendorong para praktisi
dan akademisi untuk mengkaji potensi lain yang sifatnya terbarukan, seperti potensi
angin. Atas dasar kondisi sekarang ini, muncul adanya ide untuk melakukan
penelitian terhadap kincir angin. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji unjuk
kerja kincir angin, yang diteliti seperti besar torsi, perbandingan daya, koefisien
daya maksimal, dan tip speed ratio.
Kincir angin propeler berbahan komposit empat sudu berdiameter 100 cm,
lebar maksimal sudu 13 cm pada jarak 12,5 cm dari pusat poros dengan variasi sirip
lebar 5 cm dan 7 cm dan panjang 10 cm. Terdapat tiga variasi perlakuan kecepatan
angin : kecepatan angin 6,5 m/s, 7,5 m/s, 8,2 m/s. Untuk mencari karakteristik
kincir angin maka poros kincir angin dihubungkan ke mekanisme pembebanan
lampu. Besarnya torsi diperoleh dari mekanisme timbangan digital, putaran kincir
angin diukur menggunakan tachometer, kecepatan angin diukur menggunakan
anemometer dan ketersediaan angin dengan menggunakan wind tunnel 15 Hp.
Dari hasil penelitian ini, kincir angin dengan kecepatan angin 8,2 m/s
menggunakan variasi lebar sirip 5 cm menghasilkan koefisien daya mekanis sebesar
33,32% TSR sebesar 3,43 daya output sebesar 84,96 watt dan torsi sebesar 1,51
Nm, untuk variasi lebar sirip 7 cm menghasilkan koefisien daya mekanis sebesar
32,61% TSR sebesar 3,70 daya output sebesar 83,42 watt dan torsi sebesar 1,38
Nm. Kincir angin dengan kecepatan angin 7,5 m/s menggunakan variasi lebar sirip
5 cm menghasilkan koefisien daya mekanis sebesar 36,87% TSR sebesar 3,32 daya
output sebesar 72,77 watt dan torsi sebesar 1,46 Nm, untuk variasi lebar sirip 7 cm
menghasilkan koefisien daya mekanis sebesar 38,30% TSR sebesar 3,40 daya
output sebesar 75,98 watt dan torsi sebesar 1,48 Nm. Kincir angin dengan kecepatan
angin 6,5 m/s menggunakan variasi lebar sirip 5 cm menghasilkan koefisien daya
mekanis sebesar 33,22% TSR sebesar 2,95 daya output sebesar 42,51 watt dan torsi
sebesar 1,11 Nm, untuk variasi lebar sirip 7 cm menghasilkan koefisien daya
mekanis sebesar 35,32% TSR sebesar 3,13 daya output sebesar 45,06 watt dan torsi
sebesar 1,11 Nm.
Kata kunci: kincir angin propeller, koefisien daya, tip speed ratio, torsi, variasi
sirip
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
viii
ABSTRACT
Economic growth and energy consumption are increasing in line with
increasing population in Indonesia. This is not in balance with the increase of
electricity supply. Power plants in Indonesia are dominated by coal fired power
plants. The government concerns to develop geothermal power plants and
encourages practitioners and academics to examine other potential renewable
energy, such as wind potential. Based on present condition, the idea appears to
conduct research on windmill. This study aims to examine the performance of the
windmill, torque, power ratio, coefficient of performance, and tip speed ratio
(TSR).
Propeller windmill blades are made from composite with a 100 cm
diameter, maximum width of 13 cm blade at a distance of 12,5 cm from the center
of the shaft with a fin variation of 5 cm wide, 7 cm wide, and 10 cm long. There
are three variations of wind speed treatment: 6,5 m/s, 7,5 m/s, and 8,2 m/s wind
speed. The windmill shaft is connected to the lamp loading mechanism in order to
find the characteristics of the windmill. The amount of torque is obtained from the
mechanism of digital scales, the rotation frequency of windmill is measured by
using a tachometer, the wind speed is measured using anemometer and wind
availability by using 15 HP fan blower.
The results of this study: windmill with 8,2 m/s wind speed using a 5 cm
wide fin variation resulted in a coefficient of performance of 33,32% TSR of 3,43,
84,96 watt power output and 1,51 Nm torque, for 7 cm wide fin variation resulted
32,61% TSR coefficient of performance of 3,70, 83,42 watt power output, and 1,38
Nm torque. Windmill with 7,5 m/s wind speed using a 5 cm wide fin variation
resulted 36,87% TSR coefficient of performance of 3,32, 72,77 watt power output,
and 1,46 Nm torque, for 7 cm wide fin variation resulted 38,30% TSR coefficient
of performance of 3,40, 75,98 watt power output, and 1,48 Nm torque. Windmill
with 6,5 m/s wind speed using 5 cm width fin variation resulted 33,22% TSR
coefficient of performance of 2,95, 42,51 watt power output, and 1,11 Nm torque,
for 7 cm width fin variation produced 35,32% TSR coefficient of performance of
3,13, 45,06 watt power output, and 1,11 Nm torque.
Keywords: coefficient of performance, fin variation, propeller windmill, tip speed
ratio, torque
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ix
KATA PENGANTAR
Dengan mengucap puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih
dan anugrahnya yang telah memberi kesempatan bagi penulis untuk dapat
menyelesaikan laporan skripsi. Skripsi ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan
Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
Banyak hambatan yang dialami penulis selama proses penulisan skripsi.
Namun karena kuasa Tuhan Yang Maha Esa, bantuan dan keterlibatan berbagai
pihak, penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan baik. Oleh karena itu, pada
kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih atas segala bantuan,
dukungan dan dorongan, baik secara moril, materil dan spiritual antara lain kepada:
1. Sudi Mungkasih, S.Si., M.Math.,Sc., PhD selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas segala yang telah
diberikan selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas
Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin,
Fakultas Sains dan Teknologi atas segala yang telah diberikan selama penulis
belajar di Program Studi Teknik Mesin.
3. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing skripsi yang telah
memberikan waktu, tenaga dan pikiran selama penulisan skripsi.
4. Almarhum Prof. Dr. Drs. Vet. Asan Damanik M.Si., selaku Dosen
Pembimbing Akademik yang telah memberikan saran, kritik dan bimbingan
selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan
Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
5. Seluruh dosen program studi Teknik Mesin yang telah mendidik dan
memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.
6. Seluruh Tenaga Kependidikan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas
Sanata Dharma, Yogyakarta atas segala kerjasama, pelayanan dan bimbingan
selama penulis menempuh kuliah dan proses penulisan skripsi.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
x
7. Henricus Harsa Banawa S.Ag dan Cicilia Herlina sebagai orang tua dari
penulis, serta Cornelia Irvienna Stefie Banawa, S.T., Beatrix Jovita Illona
Banawa sebagai adik yang selalu berdoa, mendukung secara material dan moril
agar studi penulis dapat berhasil sesuai harapan.
8. Ignasius Heru Prasetyo, Francisca Darmawati, dan Theresia Avila Risma
Pangestika, A.Md.Kep. yang selalu berdoa dan mendukung secara material dan
moril agar studi penulis dapat berhasil sesuai harapan.
9. Kepada sahabat dan rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin, Angkatan 2012
khususnya yang telah memberi saran, kritik dan dukungan kepada penulis
dalam menyelesaikan laporan skripsi.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan-kekurangan yang
perlu diperbaiki pada pembuatan skripsi, untuk itu penulis mengharapkan saran dan
kritikan yang membangun untuk menyempurnakan skripsi. Penulis mengharapkan
semoga skripsi ini berguna dan bermanfaat untuk dapat memberikan sumbangan
ilmu pengetahuan bagi para mahasiswa khususnya, serta bagi para pembaca pada
umumnya.
Yogyakarta, 26 Oktober 2017
Penulis
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i
HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................... iii
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iv
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI .................................................................. v
LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI ............................................................. vi
INTISARI ............................................................................................................. vii
ABSTRACT ........................................................................................................ viii
KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix
DAFTAR ISI ......................................................................................................... xi
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiv
DAFTAR TABEL ............................................................................................... xvi
DAFTAR SIMBOL ............................................................................................ xvii
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1
Latar Belakang ....................................................................................................... 1
Rumusan Masalah ................................................................................................... 3
Tujuan Penelitian ..................................................................................................... 3
Batasan Masalah ...................................................................................................... 4
Manfaat Penelitian .................................................................................................. 4
BAB II DASAR TEORI .......................................................................................... 5
2.1 Komposit ........................................................................................................... 5
2.1.1 Pengertian Komposit ................................................................................ 5
2.1.2 Tujuan Pembuatan Komposit ................................................................... 5
2.1.3 Penyusun Komposit ................................................................................. 6
2.1.4 Kelebihan Komposit .............................................................................. 10
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xii
2.1.5 Kekurangan Komposit ........................................................................... 11
2.2 Angin ............................................................................................................. 11
2.3 Kincir Angin .................................................................................................... 13
2.4 Rumus-rumus Perhitungan ............................................................................... 18
2.4.1 Energi Dan Daya Angin ........................................................................ 18
2.4.2 Daya Mekanis ....................................................................................... 20
2.4.3 Daya Listrik .......................................................................................... 21
2.4.4 Koefisien Daya ...................................................................................... 21
2.4.5 Torsi ...................................................................................................... 22
2.4.6 Tip Speed Ratio (tsr) ............................................................................. 23
2.5 Tinjauan Pustaka ............................................................................................. 24
BAB III METODE PENELITIAN......................................................................... 26
3.1 Tahap Penelitian .............................................................................................. 26
3.2 Alat Penelitian ................................................................................................. 27
3.3 Desain Kincir .................................................................................................. 34
3.3.1 Desain Sirip ........................................................................................... 34
3.4 Pembuatan Sudu Kincir Angin Serta Sirip ...................................................... 34
3.4.1 Alat dan Bahan ...................................................................................... 34
3.4.2 Proses Pembuatan Sudu Kincir Angin .................................................. 35
3.4.3 Proses Pembuatan Sirip Kincir Angin .................................................. 43
3.5 Langkah Penelitian .......................................................................................... 44
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................... 46
4.1 Data Hasil Penelitian ........................................................................................ 46
4.2 Pengolahan Data............................................................................................... 53
4.3 Pembahasan Grafik ......................................................................................... 63
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiii
4.3.1 Grafik Hubungan Kecepatan Putar Poros dan Torsi ............................. 63
4.3.2 Grafik Hubungan Cp dan TSR .............................................................. 65
4.3.3 Grafik Hubungan Daya Output dan Torsi ............................................. 68
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 75
5.1 Kesimpulan ..................................................................................................... 75
5.2 Saran ................................................................................................................ 76
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 77
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bagian Komposit ................................................................................. 5
Gambar 2.2 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Matriknya .................................... 6
Gambar 2.3 Pembagian Komposit Berdasarkan Penguatnya ................................... 8
Gambar 2.4 Ilustrasi Komposit Dengan Partikel Sebagai Penguat ......................... 8
Gambar 2.5 Ilustrasi Komposit Dengan Fiber sebagai penguat .............................. 9
Gambar 2.6 Ilustrasi Komposit Struktural .............................................................. 9
Gambar 2.7 American Windmill ............................................................................. 15
Gambar 2.8 Cretan Sail Windmill ......................................................................... 15
Gambar 2.9 Dutch Four Arm ................................................................................ 16
Gambar 2.10 Kincir Angin Savonius .................................................................... 17
Gambar 2.11 Kincir Angin Darrius ........................................................................ 17
Gambar 2.12 Grafik Hubungan Cp dan TSR ........................................................ 22
Gambar 3.1 Diagram Alir untuk Langkah-langkah penelitian Turbin Angin ........ 26
Gambar 3.2 Sudu ................................................................................................... 28
Gambar 3.3 Sirip ................................................................................................... 28
Gambar 3.4 Hup Kincir Angin .............................................................................. 29
Gambar 3.5 Fan Blower ........................................................................................ 30
Gambar 3.6 Anemometer ....................................................................................... 30
Gambar 3.7 Tachometer ......................................................................................... 31
Gambar 3.8 Neraca Pegas ...................................................................................... 32
Gambar 3.9 Voltmeter ........................................................................................... 32
Gambar 3.10 Amperemeter ................................................................................... 33
Gambar 3.11 Pembebanan Lampu ........................................................................ 33
Gambar 3.12 Desain Sudu Kincir Angin .............................................................. 34
Gambar 3.13 Desain Sirip Kincir Angin ............................................................... 34
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xv
Gambar 3.14 Proses Pemotongan Pipa ................................................................. 36
Gambar 3.15 Cetakan Kertas ................................................................................ 37
Gambar 3.16 Pembentukan Sudu dengan Cetakan Kertas .................................... 37
Gambar 3.17 Sudu yang Sudah dihaluskan ........................................................... 38
Gambar 3.18 Pelapisan Cetakan dengan Alumunium Foil ................................... 39
Gambar 3.19 Resin dan Katalis ............................................................................. 39
Gambar 3.20 Pengolesan Awal diatas Permukaan Alumunium Foil .................... 41
Gambar 3.21 Proses Pelapisan dan Perataan Serat Glass ..................................... 41
Gambar 3.22 Peletakan Plat Alumunium ............................................................. 42
Gambar 3.23 Finishing Sudu ............................................................................... 43
Gambar 3.24 Skema Pembebanan ........................................................................ 45
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Antara Kecepatan Putar Poros dan Torsi
untuk Ketiga Variasi Kecepatan Angin, (a) Lebar Sirip 5 cm
dan (b) Lebar Sirip 7 cm. .................................................................. 63
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Antara Cp dengan Tip Speed Ratio Untuk
Ketiga Variasi Kecepatan Angin, (a) Lebar Sirip 5 cm dan
(b) Lebar Sirip 7 cm. ......................................................................... 65
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Antara Daya Output dengan Torsi Pada
Variasi Kecepatan Angin 6,5 m/s, (a) Lebar Sirip 5 cm dan
(b) Lebar Sirip 7 cm ....................................................................... 68
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Antara Daya Output dengan Torsi Pada
Variasi Kecepatan Angin 7,5 m/s, (a) Lebar Sirip 5 cm dan
(b) Lebar Sirip 7 cm. ......................................................................... 69
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Antara Daya Output dengan Torsi Pada
Variasi Kecepatan Angin 8,2 m/s, (a) Lebar Sirip 5 cm dan
(b) Lebar Sirip 7 cm. ......................................................................... 71
Gambar 4.6 Grafik Hubungan Antara Cp dengan Torsi Untuk Ketiga
Variasi Kecepatan Angin, (a) Lebar Sirip 5 cm dan
(b) Lebar Sirip 7 cm. ......................................................................... 73
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xvi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1Tingkat Kecepatan Angin ....................................................................... 12
Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu dan Sirip ........................................... 35
Tabel 4.1 Data Pengujian Pada Variasi Kecepatan Angin Rata-rata 6,5 m/s
dengan Lebar Sirip 5 cm. ....................................................................... 47
Tabel 4.2 Data Pengujian Pada Variasi Kecepatan Angin Rata-rata 6,5 m/s
dengan Lebar Sirip 7 cm. ....................................................................... 48
Tabel 4.3 Data Pengujian Pada Variasi Kecepatan Angin Rata-rata 7,5 m/s
dengan Lebar Sirip 5 cm ........................................................................ 49
Tabel 4.4 Data Pengujian Pada Variasi Kecepatan Angin Rata-rata 7,5 m/s
dengan Lebar Sirip 7 cm ........................................................................ 50
Tabel 4.5 Data Pengujian Pada Variasi Kecepatan Angin Rata-rata 8,2 m/s
dengan Lebar Sirip 5 cm ........................................................................ 51
Tabel 4.6 Data Pengujian Pada Variasi Kecepatan Angin Rata-rata 8,2 m/s
dengan Lebar Sirip 7 cm ........................................................................ 52
Tabel 4.7 Pengolahan Data Pada Variasi Kecepatan Angin 6,5 m/s dengan
lebar sirip 5 cm ...................................................................................... 57
Tabel 4.8 Pengolahan Data Pada Variasi Kecepatan Angin 6,5 m/s dengan
lebar sirip 7 cm ...................................................................................... 58
Tabel 4.9 Pengolahan Data Pada Variasi Kecepatan Angin 7,5 m/s dengan
lebar sirip 5 cm ...................................................................................... 59
Tabel 4.10 Pengolahan Data Pada Variasi Kecepatan Angin 7,5 m/s dengan
lebar sirip 7 cm .................................................................................... 60
Tabel 4.11 Pengolahan Data Pada Variasi Kecepatan Angin 8,2 m/s dengan
lebar sirip 5 cm .................................................................................... 61
Tabel 4.12 Pengolahan Data Pada Variasi Kecepatan Angin 8,2 m/s dengan
lebar sirip 7 cm .................................................................................... 62
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xvii
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan
𝜌 Massa jenis (kg/m3)
r Jari-jari kincir (m)
A Luas penampang (m2)
𝑣 Kecepatan angin (m/s)
𝜔 Kecepatan sudut (rad/s)
n Kecepatan putar poros (rpm)
F Gaya pembebanan (N)
T Torsi (Nm)
𝑃𝑖𝑛 Daya angin (Watt)
𝑃𝑙𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑘 Daya listrik (Watt)
𝑃𝑚𝑒𝑘𝑎𝑛𝑖𝑠 Daya kincir (Watt)
𝑇𝑆𝑅 Tip Speed Ratio
𝐶𝑝 Koefisien daya (%)
𝐶𝑝 𝑚𝑎𝑥 Koefisien daya maksimal (%)
m massa (kg)
𝐸𝑘 Energi kinetik (wH)
V Tegangan (Volt)
I Arus (Ampere)
𝑡 Waktu (s)
ṁ Laju aliran massa udara (kg/s)
𝑉𝑡 Kecepatan di ujung sudu kincir (m/s)
L Panjang lengan torsi (m)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia merupakan negara dengan jumlah penduduk terbanyak ke-4 di dunia
dan setiap harinya selalu mengalami penambahan jumlah penduduk. Pertumbuhan
ekonomi dan pemakaian energi semakin meningkat seiring dengan bertambahnya
jumlah penduduk tersebut. Masyarakat Indonesia tidak hanya menggunakan listrik
untuk penerangan, tetapi juga untuk mendukung kegiatan ekonomi yang tergantung
pada pasokan listrik Perusahaan Listrik Negara (PLN). Hal ini tidak seimbang
dengan peningkatan penyediaan tenaga listrik. Kurangnya kapasitas pembangkitan
tenaga listrik dibandingkan dengan permintaan masyarakat menimbulkan
terjadinya pemadaman aliran listrik oleh PLN, terutama pada saat beban puncak.
Pembangkit listrik yang beroperasi di Indonesia secara umum didominasi oleh
pembangkit yang energi primernya diperoleh dari batu bara. Batu bara merupakan
bahan yang tergolong tidak terbarukan, proses untuk mendapatkan batu bara
membutuhkan waktu ratusan tahun. Salah satu perhatian yang dilakukan oleh
pemerintah yaitu pembangunan pembangkit listrik tenaga panas bumi dan
mendorong para praktisi dan akademisi untuk mengkaji potensi-potensi lain yang
sifatnya terbarukan, seperti potensi angin dan cahaya matahari.
Ketersedian angin selama ini belum banyak dimanfaatkan secara optimal oleh
kebanyakan masyarakat di Indonesia. Hal ini terlihat pada kesadaran pemanfaatan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
penggunaan energi angin sebagai sumber energi alternatif yang masih rendah.
Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) atau Pembangkit Listrik
Tenaga Angin sangat cocok untuk daerah pesisir pantai yang mempunyai kecepatan
angin tinggi. PLTB mempunyai keuntungan utama yaitu sifatnya yang dapat
diperbarui, sehingga eksploitasi sumber energi ini tidak akan membuat sumber daya
angin berkurang seperti halnya penggunaan bahan bakar fosil.
Energi angin merupakan energi yang ramah lingkungan, tidak menimbulkan
polusi dan tersedia dimanapun. Untuk memanfaatkan energi angin tersebut
dibutuhakan sebuah alat yang disebut kincir angin, untuk mengkonversi energi
mekanik dari angin menjadi energi listrik yang dapat digunakan sebagai energi
harian. Salah satu kincir angin yang dapat digunakan adalah kincir angin sumbu
horizontal. Keunggulan utama dari kincir angin jenis ini adalah memiliki efisiensi
lebih tinggi, karena blade atau sudu selalu bergerak tegak lurus terhadap arah angin.
Sebagai mahasiswa teknik mesin yang mendalami energi terbarukan dan
konversi energi angin, penulis ingin mengembangkan desain kincir yang sudah ada
saat ini untuk mencari unjuk kerja yang sesuai dengan kondisi angin yang berada
di Indonesia. Penulis melakukan penelitian pada kincir angin sumbu horizontal
khususnya propeller empat sudu.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
1.2 Rumusan Masalah
Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah :
1. Alat untuk mengkonversikan energi angin masih perlu di kembangkan.
2. Angin merupakan sumber energi terbarukan yang murah dan tidak
menimbulkan efek samping pada lingkungan.
3. Perlunya material yang ringan dan kuat untuk kincir angin sumbu
horizontal.
1.3 Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Membuat kincir angin sumbu horizontal 4 sudu yang berbahan komposit
berdiameter 100 cm, dengan lebar maksimum 13 cm pada jarak 12,5 dari
pusat poros dan menambahkan variasi sirip yang memiliki lebar 5 cm dan 7
cm dengan panjang 10 cm pada setiap ujung sudu.
2. Mengetahui nilai koefisien daya mekanis tertinggi dari ketiga variasi
kecepatan angin dan variasi sirip.
3. Mengetahui nilai unjuk kerja tertinggi dari ketiga variasi kecepatan angin
angin dan variasi sirip.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah :
1. Model kincir yang di gunakan adalah kincir angin horizontal dengan 4 sudu
memiliki diameter sebesar 100 cm, lebar maksimum sudu 13 cm pada jarak
12,5 cm dari pusat poros dengan variasi lebar sirip 5 cm dan 7 cm dengan
panjang 10 cm, dan menggunakan bahan komposit.
2. Pengujian kincir angin dilakukan di Laboratorium Konversi Energi
Universitas Sanata Dharma dengan menggunakan wind tunnel.
3. Sistem pembebanan dalam penelitian ini menggunakan lampu bohlam.
4. Desain sudu kincir menggunakan kelengkungan pipa PVC 8 inchi.
1.5 Manfaat
Manfaat dari Penelitian ini adalah :
1. Kincir angin ini dapat dimanfaatkan sebagai salah satu aplikasi pemanfaatan
energi terbarukan.
2. Menambah informasi mengenai kincir angin sumbu horizontal bersudu
empat bahan komposit dengan penambahan sirip pada ujung sudu.
3. Menambah informasi mengenai teknologi pembangkit energi yang ramah
lingkungan.
4. Turut serta dalam upaya mengurangi kerusakan lingkungan akibat
penggunaan energi yang berasal dari fosil dan tidak dapat diperbaharui.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Komposit
2.1.1 Pengertian 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 sifat fisiknya dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan
tersebut (bahan komposit). Dengan adanya perbedaan dari material penyusunnya
maka komposit antar material harus berkaitan dengan kuat, sehingga perlu adanya
penambahan wetting agent.
Gambar 2.1. Bagian Komposit
2.1.2 Tujuan Pembuatan Komposit
Berikut ini adalah tujuan dari dibentuknya komposit, yaitu :
1. Memperbaiki sifat mekanik dan sifat spesifik tertentu
2. Mempermudah desain yang sulit pada manufaktur
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
3. Keleluasaan dalam desain yang dapat menghemat biaya
4. Menjadikan bahan lebih ringan
2.1.3 Penyusun Komposit
2.1.3.1 Matrik
Matrik adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi
volume terbesar (dominan). Matrik mempunyai fungsi sebagai berikut :
1. Mentrasfer tegangan ke serat
2. Membentuk ikatan koheren, permukaan matrik/serat
3. Melindungi serat
4. Memisahkan serat
5. Melepas ikatan
6. Membuat komposit tetap stabil setelah proses manufaktur
Berdasarkan matriknya, komposit dapat diklasifikasikan kedalam tiga
kelompok besar yaitu:
Gambar 2.2. Klasifikasi komposit berdasarkan matriknya
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
1. Komposit matrik polimer (KMP), polimer sebagai matrik
Komposit matrik 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.
2. Komposit matrik logam (KML), logam sebagai matrik
Komposit matrik logam adalah salah satu jenis komposit yang
menggunakan matrik berupa logam, seperti aluminium. Kelebihan dari jenis
komposit ini adalah tahan terhadap temperature tinggi, memiliki kekuatan
tekan dan geser yang baik, dan tidak menyerap kelembapan.
3. Komposit matrik keramik (KMK), keramik sebagai matrik
Komposit Matrik Keramik merupakan material yang matriknya terbuat
dari keramik. Kelebihan dari jenis ini adalah memiliki kekuatan dan
ketangguhan yang baik, tahan terhadap korosi, dan tahan terhadap
temperature tinggi.
2.1.3.2 Penguat
Salah satu bagian utama dari komposit adalah penguat yang berfungsi
sebagai penanggung beban utama pada komposit. Adanya dua penyusun komposit
atau lebih menimbulkan beberapa daerah dan istilah penyebutannya; Matrik
(penyusun dengan fraksi volume terbesar); Penguat (penahan beban utama),
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
Interphase (pelekat antar dua penyusun), Interface (permukaan phase yang
berbatasan dengan phase lain). Pembagian komposit berdasarkan penguatnya dapat
dilihat pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3. Pembagian komposit berdasarkan penguatnya
Secara garis besar ada 3 macam jenis komposit berdasarkan penguat yang
digunakannya, yaitu :
1. Partikel sebagai penguat (particulate composites)
Merupakan komposit yang menggunakan partikel/serbuk sebagai
penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriksnya.
Gambar 2.4. Ilustrasi komposit dengan partikel sebagai penguat
2. Fiber sebagai penguat (fiber composites)
Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau
satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat / fiber. Fiber ini bisa
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga
dalam bentuk yang lebih komplek seperti anyaman.
Gambar 2.5. Ilustrasi komposit dengan fiber sebagai penguat
3. Komposit struktural (structure composites)
Merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang
digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik sifat
sendiri.
Gambar 2.6. Ilustrasi komposit struktural
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
2.1.3.3 Serat
Serat adalah jenis bahan yang berupa potongan-potongan komponen yang
membentuk jaringan memanjang yang utuh. Serat yang paling banyak digunakan
dalam kehidupan sehari-hari adalah serat pada kain. Manusia sendiri telah
menggunakan serat dalam banyak hal antar lain untuk membuaat benang, kain atau
kertas. Berdasarkan asalnya serat dapat digolongan menjadi dua jenis yaitu :
1. Serat alam
Serat alam adalah serat yang dihasilkan oleh tanaman, hewan, dan
proses geologis. Serat jenis ini sangat ramah lingkungan karena dapat
mengalami pelapukan.
2. Serat buatan atau sintetis
Serat sintetis terbuat dari bahan petrokimia. Serat buatan terbentuk
dari polimer-polimer yang berasal dari alam maupun polimer-polimer
buatan yang dibuat dengan cara kopolimeran senyawa-senyawa kimia. Cara
pembuatan serat ini menggunakan cairan yang disemprotkan melalui
lubang-lubang kecil. Salah satu yang termasuk serat buatan atau sintetis
adalah fiber glass.
2.1.4 Kelebihan komposit
Kelebihan bahan komposit adalah : (1) Struktur lebih ringan dan kuat, (2)
Tahan terhadap berbagai kondisi lingkungan yang buruk, (3) Perbaikan struktur
komposit dapat dilakukan dengan mudah, (4) Sifat-sifat bahan komposit dapat
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
dibuat disesuaikan dengan karakteristik beban dan kondisi lingkungan kerja.
(Maryono Ismail, 2009)
2.1.5 Kekurangan Komposit
Disamping kelebihan di atas, komposit mempunyai kekurangan antara
lain: (a) komposit bersifat anisotropik yang memiliki sifat berbeda antara satu
lokasi / orientasi dengan lokasi / orientasi lainnya, (b) komposit tidak aman
terhadap serangan zat-zat tertentu, (c) komposit relatif mahal dan (d) komposit
memerlukan pembuatan relatif lama. (Viktor Malau, 2010)
2.2 Angin
Angin adalah udara yang bergerak, angin terjadi karena perbedaan tekanan
di permukaan bumi. Angin bergerak dari tekanan tinggi ke tekanan rendah.
Perbedaan tekanan ini disebabkan oleh perbedaan penerimaan dan penyerapan
panas matahari oleh bumi. Energi angin dimanfaatkan sebagai sumber pembangkit
listrik tenaga bayu (PLTB) dengan memanfaatkan kincir angin. Cara kerjanya
cukup sederhana, angin memutar kincir angin yang kemudian memutar rotor pada
generator yang terletak dibagian belakang. Energi listrik yang dihasilkan bisa
dimanfaatkan secara langsung, ataupun disimpan dengan menggunakan battery.
Kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik dapat dilihat
pada Tabel 2.1.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
Tabel 2.1 Tingkat Kecepatan Angin
Tingkat Kecepatan Angin 10 meter di atas permukaan tanah
Kelas
Angin
Kecepatan
Angin (m/s)
Kondisi Alam di Daratan
1 0,00 – 0,02 ------------------------------------------------------
2 0,3 – 1,5 Angin bertiup, asap lurus keatas
3 1,6 – 3,3 Asap bergerak mengikuti arah angin
4 3,4 – 5,4
Wajah terasa ada angin, daun bergoyang,
petunjuk arah angin bergerak
5 5,5 – 7,9
Debu jalanan dan kertas berterbangan,
ranting pohon bergoyang
6 8,0 – 10,7 Ranting pohon bergoyang, bendera berkibar
7 10,8 – 13,8
Ranting pohon besar bergoyang, air kolam
bergoyang kecil
8 13,9 – 17,1
Ujung pohon melengkung, hembusan angin
terasa di telinga
9 17,2 – 20,7
Dapat mematahkan ranting pohon, jalan berat
melawan arah angin
10 20,8 – 24,4
Dapat mematahkan ranting pohon, rumah
rubuh
11 24,5 – 28,4
Dapat merubuhkan pohon dan menimbulkan
kerusakan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
12 28,5 – 32,5 Dapat menimbulkan keruskan parah
13 32,6 – 42,3 Angin Topan
Sumber :hhtp://www.kincirangin.info/plta-gbr.php. diakses Mei 2016.
Batas minimum untuk menggerakkan kincir ialah angin kelas 3 dan batas
maksimum adalah angin kelas 8.
2.3 Kincir Angin
Kincir angin adalah alat yang dapat mengkonversi energi angin menjadi energi
mekanik. Pada awalnya kincir angin berfungsi untuk pertanian namun seiring
berkembangnya zaman dan teknologi, kincir angin berkembang menjadi salah satu
alat yang dapat menghasilkan listrik . Prinsip kerja kincir angin adalah
mengkonversi tenaga mekanik dari putaran kincir menjadi energi listrik dengan
induksi magnetik. Putaran kincir dapat terjadi dengan efektif dengan
mengaplikasiakan dasar teori aerodinamika pada desain sudu kincir angin (blade).
Dilihat dari posisi porosnya kincir angin dapat dibedakan menjadi 2 yaitu :
Kincir Angin Sumbu Horizontal dan Kincir Angin Sumbu Vertikal. Kincir Angin
Sumbu Horizontal adalah kincir angin yang mempunyai sumbu putar sejajar dengan
permukaan tanah dan sumbu putar rotor searah dengan arah angin. Sedangkan
kincir angin sumbu vertikal adalah kincir angin yang mempunyai sumbu putar tegak
lurus dengan permukaan tanah dan sumbu putar rotor tegak lurus dengan arah
angin.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
Beberapa kelebihan dari kincir angin sumbu horizontal yaitu :
1. Dasar menara yang tinggi memberikan akses angin yang lebih kuat.
2. Memiliki efisiensi yang tinggi.
Adapun kekurangaan dari kincir angin sumbu horizontal yaitu :
1. Memiliki desain yang lebih rumit karena membutuhkan perangkat
tambahan untuk mengatur arah dan penempatan generator di atas tower
dapat menambah beban kincir.
2. Perawatan lebih rumit dikarenakan letak komponen-komponen berada di
atas tower.
Sedangkan kelebihan dari kincir angin sumbu vertikal yaitu :
1. Memiliki torsi tinggi sehingga dapat berputar pada kecepatan angin rendah.
2. Kerja kincir tidak dipengaruhi arah angin.
Dan kekurangan dari kincir angin sumbu vertikal yaitu :
1. Kecepatan angin dibagian bawah sangat rendah apabila tidak memakai
tower akan menghasilkan putaran yang rendah juga.
2. Efesiensi lebih rendah dibandingkan kincir angin sumbu horizontal.
Adapun jenis-jenis kincir angin sumbu horizontal yang sering kita jumpai
dibandingakan kincir angin sumbu vertikal, yaitu :
1. American Windmill
American windmill dirancang oleh Daniel Halladay pada tahun 1857.
Sebagaian besar digunakan untuk mengangkat air dari sumur, sedangkan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
untuk versi yang lebih besar digunakan untuk penambangan dan penggilingan
padi serta memotonng jerami.
Gambar2.7. American Windmill Sumber : (xaharts.org)
2. Cretan Sail Windmill
Dibuat pada tahun 1973, dengan bahan atau material utama yang terbuat
dari kayu dan sebuah kain di sudutnya
Gambar 2.8. Cretan sail windmill (Sumber : pinterest.com)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
3. Dutch Four Arm
Desain rancangan kincir angin ini bisa dibilang sederhana dan mungkin
pada awalnya dari rancangan kincir angin yang asli, karena bentuk dan bahan
materialnya terbuat dari kayu dan tanah liat serta jumlah sudunya. Model
kincir angin ini sangat terkenal di Belanda oleh karena itu kita menyebutnya
sebagai Negara Kincir Angin.
Gambar 2.9. Dutch Four Arm (Sumber : travelwriterstales.com)
Sedangkan kincir angin sumbu vertikal memiliki beberapa jenis yang
sudah umum dikenal dan dikembangkan :
1. Kincir angin savonius
Kincir angin savonius pertama kali ditemukan oleh Sigurd J
Savonius yang berasal dari negara Finlandia pada tahun 1922.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
Gambar 2.10. Kincir angin savonius (Sumber : www.ecosources.info)
2. Kincir angin darrius
Darrius sama dengan savonius namun desain sudu menggunakan
sistem airfoil. Desain ini dipatenkan oleh Georges Darrius pada tahun
1927.
Gambar 2.11. Kincir angin Darrius. (Sumber : www.wind-works.org)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
2.4 Rumus-rumus Perhitungan
2.4.1 Energi dan Daya Angin
Energi angin merupakan sumber daya alam terbarukan yang memiliki
jumlah tidak terbatas di sekitar permukaan bumi. Energi angin adalah energi yang
terkandung pada massa udara yang bergerak. Energi angin berasal dari energi
matahari. Pemanasan bumi oleh sinar matahari menyebabkan perbedaan massa
jenis (ρ) pada udara. Perbedaan massa jenis ini menyebabkan perbedaan tekanan
pada udara sehingga akan terjadi aliran fluida dan menghasilkan angin. Kondisi
aliran angin dipengaruhi oleh medan atau permukaan bumi yang dilalui oleh aliran
angin dan perbedaan temperatur permukaan bumi. Energi yang terdapat di angin
adalah energi kinetik, energi ini dapat dituliskan dalam Peramaan (1) :
Ek= 1/2 m v 2 (1)
yang dalam hal ini :
Ek : Energi kinetik, J (joule)
m : massa udara, kg
v : kecepatan angin, m/s
Dari Persamaan (1), didapat daya yang dihasilkan angin adalah energi
kinetik angin tiap satuan waktu ( J/s ) sehingga persamaan tersebut dapat ditulis
menjadi Persamaan (2) :
Pa = 1/2 ṁ v2 (2)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
yang dalam hal ini :
Pa : daya yang dihasilkan angin, J/s (watt)
ṁ : massa udara yang mengalir dalam satuan waktu, kg/s
v : kecepatan angin, m/s
Aliran udara yang mengalir per satuan waktu dinyatakan dalam Persamaan (3) :
ṁ = ρ A v (3)
yang dalam hal ini :
ρ : massa jenis udara, kg/m3
A : daerah sapuan angin, m2
v : kecepatan angin, m/s
Dengan cara mensubtitusikan Persamaan (3) ke Persamaan (2), maka dapat
diperoleh rumusan daya angin :
Pa = 1/2( ρ A v) v2
dapat disederhanakan menjadi Persamaan (4) :
Pa = 1/2 ρ A v3 (4)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
2.4.2 Daya Mekanis
Daya mekanis adalah daya yang dihasilkan kincir angin dengan cara
mengkonfersikan energi kinetik menjadi energi mekanik.
Daya mekanis dapat ditulis dengan Persamaan (5) :
𝑃𝑘 = 𝑇𝜔 (5)
dimana :
T adalah torsi (Nm)
ω adalah kecepatan sudut (rad/s)
Sedangkan persamaan dari kecepatan sudut didapat dari Persamaan (6) :
𝜔 =2𝜋.𝑛
60𝑟 (6)
dimana :
ω adalah kecepatan sudut (rad/s)
n adalah putaran poros (rpm)
Dengan demikian daya mekanik dapat dinyatakan dengan Persamaan (7) :
𝑃𝑘 = 𝑇2𝜋.𝑛
60 (7)
dimana :
Pk adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt)
n adalah putaran poros (rpm)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
2.4.3 Daya Listrik
Daya listrik adalah daya yang dihasilkan oleh putaran generator. Daya listrik
dapat ditulis dengan Persamaan (8) :
𝑃𝐿 = 𝑉. 𝐼 (8)
dimana :
PL adalah daya listrik (Watt)
V adalah teganggan (Volt)
I adalah arus yang mengalir pada beban (Ampere)
2.4.4 Koefisien Daya
Koefisien daya (Cp) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh
kincir dengan daya yang disediakan oleh angin. Hukum Betz mengatakan bahwa
tidak akan pernah ada kincir angin yang dapat mengkonversi energi kinetik angin
kedalam bentuk energi yang menggerakan rotor lebih dari 16/27 (59,3%). Batasan
tersebut mengacu pada bentuk kincir angin bukan hubungan ketidak efisienan pada
generator.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
Gambar 2.12. Grafik hubungan Cp dan tsr.
(Sumber : http://www.intechopen.com)
Persamaan dari koefisien daya dinyatakan dalam Persamaan (9) :
𝐶𝑝 =𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑃𝑖𝑛100% (9)
dimana :
CP adalah koefisien daya
Pout adalah daya yang dihasilkan kincir (watt)
Pin adalah daya yang dihasilkan oleh angin (watt)
2.4.5 Torsi
Torsi adalah gaya yang bekerja pada poros yang dihasilkan oleh gaya dorong
pada sumbu kincir, dimana gaya dorong ini memiliki jarak terhadap sumbu poros
yang berputar, dengan Persamaan (10) :
𝑇 = 𝐹. 𝑙 (10)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
dimana :
T adalah torsi yang dihasilkan dari putaran poros (Nm)
l adalah panjang lengan torsi ke poros (m)
F adalah gaya yang diberikan pada (N)
2.4.6 Tip Speed Ratio
Tip Speed Ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir
angin yang berputar dengan kecepatan angin.
𝑡𝑠𝑟 =𝑉𝑡
𝑣 (11)
dimana :
Vt adalah kecepatan ujung sudu
v adalah kecepatan angin (m/s)
Persamaan dari kecepatan ujung sudu dinyatakan dalam Persamaan (12) :
(𝑉𝑡) = 𝜔. 𝑟 (12)
dimana :
𝑉𝑡 adalah kecepatan ujung sudu
𝜔 adalah kecepatan sudut (rad/s)
r adalah jari-jari kincir (m)
Dari Persamaan (11) dan (12) maka tsr dapat dirumuskan menjadi Persamaan (13) :
𝑡𝑠𝑟 =2 𝜋 𝑛 𝑟
60 𝑣 (13)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
dimana :
r adalah jari-jari kincir angin (m)
n adalah putaran poros (rpm)
v adalah kecepatan angin (m/s)
2.5 Tinjauan Pustaka
Ada beberapa tinjauan pustaka yang menjadi contoh atau ukuran dalam
penelitian yang akan dilakukan. Tinjauan pustaka yang dipilih sebagai ukuran
dalam penelitian ini dilihat dari unjuk kerja kincir angin yang telah diteliti
sebelumnya.
Penelitian kincir angin jenis propeler bersirip yang dipakai petani garam di
pesisir pantai utara Jawa menunjukkan bahwa sudut sirip pada sudu sangat
berpengaruh terhadap karakteristik kincir. Hasil penelitian menunjukkan bahwa
nilai Cp maksimum 21% pada kincir plat datar bersirip dengan sudut kemiringan
100. Karakteristik kincir pada variasi sudut sirip antara 100 sampai dengan 400
menunjukkan bahwa prestasi kincir mengalami penurunan seiring bertambahnya
sudut kemiringan sirip sudu baik nilai efisiensi atau koefisien daya, Cp dan putaran
poros yang dihasilkan, 819 rpm (sudut sirip 100, tanpa beban) dan terendah 473
rpm (sudut sirip 400, tanpa beban) pada kecepatan angin sekitar 8,5 m/detik, tetapi
torsi mengalami kenaikan seiring bertambahnya sudut sirip sudu pada kecepatan
angin yang sama. Kincir model propeler plat datar bersirip mempunyai prestasi
sangat baik jika sudut sirip antara 100 – 200. (Doddy Purwadianto, 2013)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
Telah berhasil dibuat kincir angin propeler tiga sudu menggunakan variasi
sudut sektor lingkaran pada pangkal sudu kincir dengan pembagian sudut 70˚, 80˚
dan 90˚ berbahan dasar kayu jenis tripleks (plywood) dengan diameter sudu kincir
yaitu 80 cm. Kincir angin dengan sudut potong sudu 70° menghasilkan koefisien
daya maksimal 30% pada tip speed ratio 2,8. Kincir angin dengan sudut potong
sudu 80° menghasilkan koefisien daya maksimal 23% pada tip speed ratio 2,1.
Kincir angin dengan sudut potong sudu 90° menghasilkan koefisien daya maksimal
27% pada tip speed ratio 2,4. Kincir angin dengan sudut potong 70˚ menghasilkan
koefisien daya dan tip speed ratio paling tinggi dibandingkan variasi sudut potong
sudu 80˚ dan 90˚ yaitu dengan koefisien daya maksimal 30% pada tip speed ratio
2,8. (Yulius hendra F, P., 2015)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Tahap penelitian
Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perencanaan kincir hingga
analisis data. Langkah kerja dalam penelitian ini dibuat dalam bentuk diagram alir
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Diagram alir untuk langkah-langkah penelitian kincir angin
Mulai
Perancangan kincir angin
Pembuatan kincir angin
Selesai
Pengambilan data
Pengolahan data
Pembuatan laporan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
Terdapat tiga tahap metode yang digunaqkan untuk melakukan penelitian, antara
lain sebagai berikut :
1. Penelitian kepustakaan
Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur-literatur yang
berhubungan dengan penulisan tugas akhir serta kebenarannya dapat
dipertanggung jawabkan.
2. Pembuatan alat
Pembuatan alat uji kincir angin sumbu horizontal tipe propeller dilakukan di
Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
Kincir angin yang sudah jadi, siap dipasang pada wind tunnel.
3. Pengamatan dan pengambilan data
Metode ini dilakukan dengan cara mengamati secara langsung saat kincir angin
terpasang di wind tunnel dalam kondisi berputar dengan bantuan blower yang
menghembuskan angin. Blower terhubung dengan motor listrik sebagai
penggeraknya dan dalam pengamatan tersebut disertakan pengambilan data
yang diperlukan dalam pengolahan data skripsi.
3.2 Alat Penelitian
Alat yang digunakan sebagai pendukung dalam penelitian tugas akhir adalah
sebagai berikut :
1. Sudu kincir angin
Sudu kincir angin berfungsi untuk menangkap angin yang datang melintasi
kincir. Material yang dipakai adalah komposit. Diameter dari sudu kincir
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
angin menentukan daerah sapuan angin yang diterima dari wind tunnel.
Semua sudu memiliki ukuran yang sama, sudu kincir angin yang dibuat dapat
dilihat pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Sudu
2. Sirip pada kincir angin
Sirip dibuat dengan 2 variasi lebar yang berbeda dan panjang yang sama. Sirip
dibuat dengan variasi lebar 5 cm dan 7 cm, panjang 10 cm, serta memiliki
ketebalan 1 mm. Penelitian yang dilakukan menggunakan variasi lebar sirip
yang bertujuan untuk mengetahui perbedaan dari dua variasi tersebut. Bentuk
sirip dapat dilihat pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Sirip
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
3. Hup
Hup berfungsi sebagai dudukan untuk mengatur letak dan kemiringan sudu
kincir angin. Material yang digunakan adalah besi pejal dengan diameter 15
cm dan memiliki lubang baut di sisi-sisinya yang berfungsi untuk meletakan
sudu. Posisi atau jumlah sudu dapat ditentukan sesuai kebutuhan yang
diperlukan untuk pengambilan data. Gambar 3.4 menunjukkan bentuk dari
hup.
Gambar 3.4 Hup kincir angin
4. Poros
Alat yang berfungsi untuk menopang kincir saat berputar dan juga sebagai
pusat putaran kincir. Selain fungsi di atas, poros juga berfungsi untuk
mentransmisikan putaran kincir ke generator.
5. Fan blower
Fan blower berfungsi sebagai sumber angin. Sumber angin tersebut didapat
dari putaran sudu pada fan blower yang terhubung pada motor listrik dengan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
tenaga sebesar 15 Hp sebagai penggerak fan blower tersebut. Gambar 3.5
menunjukkan bentuk dari fan blower.
Gambar 3.5 Fan blower
6. Anemometer
Anemometer adalah alat ukur kecepatan angin dalam pengambilan data.
Anemometer memiliki dua komponen utama, yaitu sensor elektronik yang
diletakan didepan rumah kincir dan modul digital yang berfungsi untuk
menerjemahkan data dari sensor elektronik yang kemudian ditampilkan pada
layar. Gambar 3.6 menunjukkan bentuk dari anemometer.
Gambar 3.6 Anemometer
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
7. Tachometer
Tachometer berfungsi untuk mengukur kecepatan putar poros pada kincir
angin yang dinyatakan dalam satuan rpm. Jenis tachometer yang digunakan
dalam pengambilan data tugas akhir adalah digital light tachometer. Prinsip
kerja dari tachometer adalah memantulkan sinar infra merah pada reflector
yang dipasang pada generator kincir angin. Gambar 3.7 menunjukkan bentuk
dari tachometer.
Gambar 3.7 Tachometer
8. Neraca pegas
Neraca pegas digunakan untuk mengetahui beban yang dihasilkan generator
saat kincir angin berputar. Neraca pegas diletakan pada lengan ayun
generator. Neraca pegas yang digunakan dalam pengambilan data tugas akhir
adalah neraca pegas digital. Gambar 3.8 menunjukkan bentuk dari neraca
pegas.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
Gambar 3.8 Neraca pegas
9. Voltmeter
Voltmeter berfungsi untuk mengukur tegangan yang dihasilkan kincir angin.
Gambar 3.9 menunjukkan bentuk dari voltmeter.
Gambar 3.8 Voltmeter
10. Ampermeter
Ampermeter berfungsi untuk mengukur besarnya kuat arus atau tegangan
yang dihasilkan kincir angin oleh setiap variasinya. Gambar 3.10
menunjukkan bentuk dari Ampermeter.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
Gambar 3.10 Ampermeter
11. Lampu Pembebanan
Pembebanan dalam pengambilan data tugas akhir menggunakan lampu.
Lampu yang digunakan memiliki daya 75 Watt, 60 Watt, 40 Watt, dan 25
Watt. Jumlah lampu ditentukan sesuai dengan kebutuhan dan dilihat dari rpm
dan torsi yang dihasilkan oleh kincir angin sumbu horizontal. Pemberian
beban bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja yang dihasilkan oleh kincir
angin dengan masing masing variasinya. Gambar pembebanan lampu dapat
dilihat pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11 Pembebanan lampu
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
3.3 Desain Kincir
Desain sudu kincir angin yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.12.
Gambar 3.12 Desain sudu kincir angin
3.3.1 Desain Sirip
Desain sirip pada kincir angin yang dibuat memiliki ukuran yang dapat
dilihat pada gambar 3.13.
Gambar 3.13 Desain sirip kincir angin
3.4 Pembuatan Sudu Kincir Angin Serta Sirip
3.4.1 Alat dan Bahan
Pembuatan sudu kincir angin serta pembuatan sirip merupakan proses
yang dilakukan secara bertahap serta membutuhkan alat dan bahan. Alat dan
bahan dapat ditunjukakan pada Tabel 3.1.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu dan Sirip
3.4.2 Proses Pembuatan Sudu Kincir Angin
Dalam proses pembuatan sudu dan sirip dilakukan dengan beberapa
tahapan. Tahapan-tahapan yang dilakukan seperti berikut :
A. Pembuatan cetakan pipa
1. Memotong pipa 8 inchi dengan panjang 50 cm.
ALAT BAHAN
Mesin Bor Pipa 8 inchi
Gerinda Hardener
Amplas Resin
Timbangan Digital Serat Glass
Kertas Karton Alumunium Foil
Kuas Cat Semprot
Skrap Dempul
Gergaji Besi Plat 2 mm
Gunting Plat Alumunium
Cuting Plat
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
Pipa 8 inchi berfungsi sebagai cetakan awal dari proses pembuatan sudu kincir
angin yang dibuat dengan bahan komposit. Pemotongan pipa dilakukan dengan
alat gerinda dengan panjang pipa yang ingin dibuat yaitu 50 cm. Setelah pipa
dipotong, lalu pipa yang sudah memiliki panjang 50 cm itu di potong menjadi
2 bagian. Hal ini bertujuan untuk mempermudah pipa untuk di cetak dengan
menggunakan kertas karton agar bentuk sudu dapat terlihat. Disini pipa yang
digunakan adalah pvc 8 inchi. Proses pemotongan pipa dapat dilihat pada
Gambar 3.14.
Gambar 3.14 Proses pemotongan pipa
2. Membentuk cetakan kertas
Cetakan dibuat menggunakan kertas karton yang sedikit tebal. Kertas dibuat
untuk mempermudah dalam pembentukan pipa menjadi sebuah sudu. Cetakan
ditempelkan pada pipa yang sudah dipotong sesuai ukuran kemudian ditandai
sesuai alur cetakan yang sudah dibuat dengan menggunakan spidol. Cetakan
kertas dapat dilihat pada Gambar 3.15.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
Gambar 3.15 Cetakan kertas
3. Membentuk pipa dengan cetakan kertas
Pipa yang telah di tandai oleh kertas menggunakan spidol, kemudian dipotong
menggunakan gergaji agar potongan yang dihasilkan sesuai cetakan.
Pemotongan dilakukan mengikuti alur yang sudah dibuat. Proses pembentukan
pipa dapat dilihat pada Gambar 3.16.
Gambar 3.16 Pembentukan sudu dengan cetakan kertas
4. Menghaluskan pipa
Setelah pipa yang terbentuk sesuai dengan bentuk mal kertas, lalu pipa yang
sudah terbentuk dihaluskan menggunakan gerida agar semua sisi pada pipa
dapat halus. Hal ini bertujuan agar dapat mencapai ukuran yang presisi dan
estetika dari pipa dapat terlihat. Pipa yang sudah terbentuk dapat dilihat pada
Gambar 3.17.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
Gambar 3.17 Sudu yang sudah dihaluskan
B. Pembuatan sudu
1. Pelapisan cetakan pipa
Setelah proses pembuatan cetakan sudu dari pipa sudah selesai, kemudian
dilanjutkan pada tahap selanjutnya yaitu pembuatan sudu. Sebelum proses
dilanjutkan pada tahap pengolesan resin dan hardener dimulai pada bagian
permukaan cetakan sudu, cetakan sudu sebaiknya dilapisi dengan alumunium
foil. Pelapisan cetakan sudu dengan alumunium foil bertujuan agar cetakan
tidak menempel dengan sudu yang sudah dibuat dan cetakan tidak meleleh
terkena percampuran antara resin dan hardener. Pelapisan cetakan dengan
alumunium foil dapat dilihat pada Gambar 3.18.
2. Percampuran Resin dan katalis
Proses pembuatan matriks komposit, dengan mencampurkan resin dan katalis.
Resin yang digunakan adalah jenis resin polyester. Perbandingan yang
digunakan adalah 95% untuk resin dan 5% katalis Pencampuran kedua bahan
tersebuat dapat dilihat pada Gambar 3.19.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
Gambar 3.18 Pelapisan cetakan dengan alumunium foil
Gambar 3.19 Resin dan katalis
3. Pembuatan sudu
Dalam pembuatan sudu berbahan komposit meggunakan bahan yang terdiri
dari Resin, Hardener dan Serat Glass. Proses dalam pembuatan sudu dilakukan
dengan cepat. Proses dilakukan dengan cepat dikarenakan disini serat glass
terdiri dari empat lapisan sehingga pelapisan dilakukan dengan cepat agar serat
yang sudah terlapisi oleh resin dan hardener tidak terlalu kering, sehingga
menghasilkan komposisi yang baik. Diantara lapisan kedua dan ketiga
diletakkan sebuah plat alumuniuam berukuran 2 cm x 10 cm. Pemberian plat
alumunium disini bertujuan untuk menambahkan kekuatan atau ketahanan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
pada pangkal sudu terhadap gaya tekan yang diberikan pada saat pemasangan
sudu ke hup yang diberikan oleh baut.
Langkah-langkah pembuatan sudu sebagai berikut :
a. Langkah pertama yang dilakukan adalah melakukan pengolesan campuran
resin dan hardener pada permukaan cetakan pipa yang telah dilapisi oleh
alumunium foil. Proses pengolesan ini dilakukan dengan menggunakan
kuas. Proses pengolesan dapat dilihat pada Gambar 3.20.
b. Langkah kedua yang dilakukan adalah menempelkan serat glass pada
cetakan. Kemudian serat glass diratakan dengan campuran resin dan
hardener yang sudah dioleskan pada proses pertama tadi. Perataan ini
dilakukan agar tidak ada udara yang masuk sehingga tidak menimbulkan
gelembung didalam serat. Proses ini dapat dilihat pada Gambar 3.21.
c. Lalu proses yang ketiga adalah pengolesan kembali campuran resin dan
hardener pada lapisan serat yang pertama.
d. Proses selanjutnya adalah menempelkan kembali serat glass kedua dan tidak
lupa untuk meratakannya kembali menggunakan skrap sehingga perataan
dapat merata dengan baik.
e. Proses ini hampir sama dengan proses yang ketiga tadi yaitu mengoleskan
campuran resin dan hardener pada lapisan serat kedua.
f. Selanjutnya adalah menempelkan plat alumunium diantara lapisan kedua
dan ketiga serat glass. Proses ini dapat dilihat pada Gambar 3.22.
g. Lalu proses selanjutnya adalah penempelan kembali serat ketiga dan
diratakan kembali.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
h. Setelah menempelkan serat ketiga lalu proses pengolesan kembali seperti
pada proses-proses sebelumnya.
i. Terakhir serat ditempelkan kembali diatas lapisan serat ketiga yang sudah
dioleskan oleh campura resin dan hardener tadi. Lalu tidak lupa untuk
meratakannya kembali hingga benar-benar rata.
4. Pengeringan sudu
Setelah proses pembuatan sudu diatas selesai lalu dilakukan proses
pengeringan. Pengeringan sudu dilakukan dengan cara dijemur dibawah sinar
matahari selama kurang lebih 1-2 hari hingga sudu kering maksimal.
Gambar 3.20 Pengolesan awal diatas permukaan alumunium foil
Gambar 3.21 Proses pelapisan dan perataan serat glass
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
Gambar 3.22 Peletakkan plat alumunium
5. Proses finishing sudu
Proses ini meliputi beberapa proses yaitu, proses pemotongan dengan
menggunakan gerinda sehingga bentuk dari sudu terlihat rapi lalu proses
penghalusan. Penghalusan dilakukan karena pada sudu yang sudah dibuat
terdapat bagian-bagian yang tidak rata dan tidak halus sehingga proses
penghalusan ini sangat penting untuk menunjang penampian sudu, lalu yang
terakhir adalah proses pengurangan berat sudu. Proses pengurangan berat sudu
ini sangat penting untuk menyamakan berat sudu yang sudah dibuat agar sudu
dapat berputar dengan baik dan tidak terjadi getar yang berlebih karena bila
ada sudu yang beratnya berbeda akan terjadi getar pada saat kincir berputar.
Sudu dibuat dengan berat 210 gram. Penimbangan berat sudu dilakukan dengan
menggunakan timbangan duduk digital. Gambar 3.23 akan memperlihatkan
bentuk dari sudu yang sudah selesai.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
43
Gambar 3.23 Finishing sudu
6. Pembuatan lubang baut
Setelah semua proses pembuatan sudu selesai. Lalu dilanjutkan proses
pembuatan lubang untuk baut. Pembuatan lubang dilakukan dengan
meggunakan mesin bor. Lubang dibuat dengan diameter 8 cm sedangkan
lubang untuk sirip memiliki diameter 4 mm.
3.4.3 Proses Pembuatan Sirip Kincir Angin
Proses pembuatan sirip hanya ada beberapa langkah saja. Sirip dibuat dua
variasi lebar dengan panjang sirip yang sama. Variasi lebar yang pertama adalah 5
cm, dan variasi sirip yang kedua adalah 7 cm dengan panjang 10 cm. Sirip dibuat
dengan menggunakan bahan plat besi dengan ketebalan 1 mm.
Ada beberapa proses yang dilakukan dalam pembuatan sirip, yaitu :
1. Proses awal adalah membuat pola dengan menggunakan spidol pada plat
sehingga membentuk sirip. Pada proses ini pembentukan bagian bawah pada
plat harus sesuai dengan bentuk kincir yang akan ditempati sirip tersebut.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
44
2. Setelah proses awal selesai lalu lanjut pada proses pemotongan plat
menggunakan cuting plat, karna bila menggunakan gergaji besi akan memakan
waktu yang lama.
3. Setelah bentuk mulai terlihat lalu diselesaikan menggunakan gerinda agar
ukurannya lebih presisi dan penampilannya terlihat bagus.
4. Setelah bentuk sudah jadi lalu dilakukan proses pengeboran pada plat sesuai
lubang yang sudah dibuat pada sudu.
3.5 Langkah Penelitian
Langkah-langkah penelitian dalam pengujian kincir angin ini, antara lain
sebagai berikut :
1. Memasang sirip pada sudu kincir angin yang berukuran 5 cm atau 7 cm pada
sudu.
2. Memasang sudu kincir angin yang akan diuji pada dudukan sudu.
3. Memasang neraca pegas pada lengan besi yang sudah tersambung dengan
generator dan neraca pegas dikaitkan pada rumah kincir menggunakan kawat.
4. Merangkai rangkain listrik yang akan digunakan pada pengujian ini dengan
menghubungkan lampu pembebanan pada sumber tegangan (output generator)
secara seri. Kemudian menghubungkan antara voltmeter dengan sumber
tegangan secara pararel dan ampermeter dengan pembebanan secara seri.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
45
Gambar 3.24 Skema pembebanan
5. Menyalakan fan blower dan mencari variasi kecepatan angin yang sudah
ditentukan menggunakan anemometer. Rumah kincir angin dipindahkan pada
posisi bagian depan menempel dengan letak anemometer.
6. Menempatkan anemometer pada tiang penyangga didepan rumah kincir dan
diletakkan dipinggir rotor. Hal ini dilakukan untuk mengetahui kecepatan
angin saat melakukan pengambilan data.
7. Setelah alat uji terpasang dan sudu kincir angin terpasang pada dudukan sudu
maka pengujian siap dilakukan.
8. Pengambilan data kecepatan putar poros menggunakan tachometer.
Tachometer diletakkan tegak lurus dengan generator pada jarak tertentu. Pada
bagian luar generator ditempel lakban hitam agar tachometer dapat membaca
kecepatan putarnya.
9. Untuk pengambilan data kecepatan angin dapat diambil dari hasil yang sudah
tertera pada layar anemometer.
10. Data torsi diambil dari angka yang sudah tertera pada neraca pegas dengan
satuan massa yang tertera pada neraca pegas yaitu kilogram.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
46
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Penelitian
Pengujian unjuk kerja kincir angin sumbu horizontal 4 sudu berbahan
komposit dilakukan dengan tiga variasi kecepatan angin dan dua variasi sirip.
Kecepatan angin yang didapatkan adalah sebesar 6,5 m/s, 7,5 m/s, dan 8,2 m/s serta
dengan menambahkan variasi sirip pada setiap variasi kecepatan angin. Variasi sirip
menggunakan variasi lebar. Lebar yang digunakan mempunyai ukuran 5 cm dan 7
cm dengan panjang yang sama yaitu 10 cm. Pengujian yang dilakukan meliputi
pengukuran kecepatan angin, kecepatan putar poros, massa yang bekerja, serta
tegangan dan arus yang dihasilkan oleh generator. Pengujian dikatakan selesai
apabila beban yang diberikan kincir angin sudah maksimal, kecepatan putar poros
sudah mengalami penurunan secara drastis dan massa yang bekerja mengalami
penurunan atau tidak mengalami perubahan. Pada variasi kecepatan angin rata-rata
6,5 m/s dengan lebar sirip 5 cm, pengujian dilakukan dengan menggunakan 14
lampu pembebanan. Dari hasil pengujian pada variasi kecepatan angin 6,5 m/s
dengan lebar sirip 5 cm, diperoleh data seperti pada Tabel 4.1.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
47
Tabel 4.1 Data Pengujian Pada Variasi Kecepatan Angin Rata-rata 6,5 m/s
dengan Lebar Sirip 5 cm
Beban
Kecepatan
Putar
Poros
Gaya
Pengimbang Tegangan Arus
(rpm) (gram) (V) (A)
0 638 110 43,20 0,00
1 610 140 40,80 0,13
2 582 160 39,20 0,23
3 557 190 38,40 0,35
4 519 230 37,30 0,48
5 497 250 34,60 0,61
6 487 280 32,80 0,72
7 462 310 30,60 0,81
8 440 320 28,10 0,92
9 426 360 26,00 1,01
10 395 370 24,80 1,08
11 374 380 23,90 1,14
12 367 410 22,30 1,20
13 339 420 20,70 1,27
14 291 370 17,60 1,19
Pada kecepatan angin 6,5 m/s dengan menggunakan lebar sirip 7 cm, pengujian
menggunakan beban sebanyak 14 lampu. Data yang diperoleh dapat dilihat pada
Tabel 4.2.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
48
Tabel 4.2 Data Pengujian Pada Variasi Kecepatan Angin Rata-rata 6,5 m/s
dengan Lebar Sirip 7 cm
Beban
Kecepatan
Putar
Poros
Gaya
Pengimbang Tegangan Arus
(rpm) (gram) (V) (A)
0 651 90 42,70 0,00
1 627 120 41,80 0,10
2 609 150 40,90 0,24
3 575 180 39,20 0,36
4 551 210 37,90 0,49
5 542 240 36,30 0,62
6 522 270 35,20 0,74
7 483 290 32,50 0,85
8 469 310 31,50 0,96
9 450 330 39,80 1,01
10 430 360 27,60 1,09
11 402 390 26,40 1,16
12 389 410 25,10 1,35
13 330 420 23,20 1,30
14 288 430 18,90 1,29
Pada kecepatan angin 7,5 m/s dengan menggunakan lebar sirip 5 cm, pengujian
menggunakan 19 lampu pembebanan. Data yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel
4.3.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
49
Tabel 4.3 Data Pengujian Pada Variasi Kecepatan Angin Rata-rata 7,5 m/s
dengan Lebar Sirip 5 cm
Beban
Kecepatan
Putar
Poros
Gaya
Pengimbang Tegangan Arus
(rpm) (gram) (V) (A)
0 790 100 53,3 0,00
1 757 130 51,9 0,14
2 743 170 50 0,28
3 739 200 49,2 0,44
4 696 240 47,3 0,57
5 679 270 46,8 0,71
6 650 300 44,6 0,84
7 638 330 43,4 0,96
8 624 360 40,1 1,08
9 616 400 39,7 1,21
10 597 430 38,5 1,32
11 564 450 37,1 1,40
12 531 470 35,7 1,54
13 505 500 34 1,62
14 494 520 32,8 1,72
15 477 540 31,6 1,79
16 459 560 30,8 1,89
17 401 580 27,3 1,92
18 393 590 26,1 1,99
19 379 570 25,8 1,90
Pada kecepatan angin 7,5 m/s dengan menggunakan lebar sirip 7 cm, pengujian
menggunakan beban sebanyak 20 lampu. Data yang diperoleh dapat dilihat pada
Tabel 4.4.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
50
Tabel 4.4 Data Pengujian Pada Variasi Kecepatan Angin Rata-rata 7,5 m/s
dengan Lebar Sirip 7 cm
Beban
Kecepatan
Putar
Poros
Gaya
Pengimbang Tegangan Arus
(rpm) (gram) (V) (A)
0 742 90 51,90 0,00
1 735 150 50,60 0,15
2 708 180 48,70 0,29
3 695 220 46,80 0,43
4 681 250 44,50 0,56
5 668 290 43,40 0,70
6 649 310 41,70 0,80
7 628 340 39,80 0,92
8 598 360 37,10 1,03
9 579 400 36,80 1,16
10 563 430 35,20 1,24
11 556 450 34,60 1,37
12 536 470 33,40 1,44
13 509 500 31,70 1,53
14 493 520 30,10 1,70
15 489 550 29,60 1,76
16 469 570 27,20 1,87
17 436 580 26,90 1,94
18 424 610 24,30 2,03
19 403 620 22,90 2,08
20 321 590 20,30 2,06
Pada kecepatan angin 8,2 m/s dengan menggunakan lebar sirip 5 cm, pengujian
menggunakan beban sebanyak 21 lampu. Data yang diperoleh dapat dilihat pada
Tabel 4.5.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
51
Tabel 4.5 Data Pengujian Pada Variasi Kecepatan Angin Rata-rata 8,2 m/s
dengan Lebar Sirip 5 cm
Pada kecepatan angin 8,2 m/s dengan menggunakan lebar sirip 7 cm, pengujian
menggunakan beban sebanyak 21 lampu. Data yang diperoleh dapat dilihat pada
Tabel 4.6
Beban
Kecepatan
Putar
Poros
Gaya
Pengimbang Tegangan Arus
(rpm) (gram) (V) (A)
0 830 80 54,30 0,00
1 793 120 52,40 0,15
2 762 170 52,80 0,30
3 749 190 51,80 0,45
4 736 220 49,30 0,59
5 720 260 47,80 0,70
6 699 290 46,50 0,89
7 682 330 45,00 1,06
8 677 360 44,40 1,13
9 662 390 43,70 1,23
10 659 430 41,90 1,45
11 638 450 40,90 1,51
12 578 470 38,70 1,54
13 568 510 37,40 1,64
14 554 530 36,20 1,73
15 545 550 35,10 1,86
16 537 560 33,20 1,94
17 506 580 31,60 2,03
18 493 590 29,90 2,04
19 479 600 27,50 2,14
20 468 620 28,20 2,19
21 458 650 29,30 2,25
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
52
Tabel 4.6 Data Pengujian Pada Variasi Kecepatan Angin Rata-rata 8,2 m/s
dengan Lebar Sirip 7 cm
Beban
Kecepatan
Putar
Poros
Gaya
Pengimbang Tegangan Arus
(rpm) (gram) (V) (A)
0 775 120 52,50 0,00
1 765 150 51,20 0,15
2 728 190 50,30 0,30
3 714 230 48,20 0,44
4 704 250 47,10 0,54
5 689 280 45,60 0,67
6 668 320 43,90 0,82
7 645 340 42,90 0,94
8 638 380 41,90 1,08
9 617 410 40,30 1,19
10 607 440 39,30 1,30
11 593 470 38,50 1,41
12 588 490 37,50 1,54
13 579 510 34,90 1,64
14 525 540 33,56 1,70
15 512 560 32,80 1,80
16 499 580 31,10 1,94
17 480 590 30,20 2,02
18 460 600 28,90 2,09
19 423 620 27,90 2,15
20 413 650 25,40 2,24
21 389 660 23,50 2,36
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
53
4.2 Pengolahan Data
Pengolahan data meliputi perhitungan daya yang dihasilkan oleh angin,
daya mekanis yang dihasilkan kincir, daya listrik yang dihasilkan generator, torsi
yang bekerja, tip speed ratio dan Cp untuk menentukan unjuk kerja kincir angin
sumbu horizontal 4 sudu berbahan komposit. Sebagai contoh perhitungan, diambil
data dari beban 1 pada kecepatan angin rata-rata 6,5 m/s dengan variasi sirip 5 cm.
Data tersebut meliputi kecepatan angin rata-rata, kecepatan putar poros, massa yang
bekerja, serta tegangan dan arus yang dihasilkan generator.
Untuk mengetahui daya yang dihasilkan oleh angin dapat dicari dengan
Persamaan (4) pada sub Bab 2.4.1, yaitu :
Pa = 1/2 ρ A v3
yang dalam hal ini :
ρ : massa jenis udara, kg/m3
A : daerah sapuan angin, m2
v : kecepatan angin, m/s
maka dengan diketahui densitas udara sebesar 1,18 kg/m3, diameter kincir angin
100 cm, dan kecepatan angin rata-rata sebesar 6,5 m/s diperoleh daya yang
dihasikan oleh angin sebesar :
Pa = 1/2 ρ . A . v3
Pa = 1/2 ρ . (1
4 𝜋 (𝑑)2) .v3
Pa = 1/2 (1,18). (1
4 𝜋 (1)2) . (6,5)3
Pa = 127,257 watt
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
54
Untuk mengetahui torsi yang bekerja dapat dicari dengan persamaan (10) pada
sub Bab 2.4.5, yaitu :
T = F l
yang dalam hal ini :
T : torsi akibat putaran poros, Nm
l : panjang lengan torsi ke poros, m
F : gaya yang di berikan pada kincir, N
maka dengan massa yang bekerja sebesar 0,14 kg (140 gram) dan panjang lengan
ayun yang tegak lurus dengan pusat poros 27,5 cm, diperoleh torsi :
T = F 𝑙
𝑇 = (0,14). (9,81). (0,275)
𝑇 = 0,378 Nm
Dari nilai torsi tersebut, dapat diketahui daya mekanis yang dihasilkan oleh
kincir angin dengan persamaan (7) pada sub Bab 2.4.2, yaitu :
𝑃 = 𝑇 2 𝜋 𝑛
60
yang dalam hal ini :
P : daya yang dihasilkan kincir angin, watt
T : torsi, Nm
𝑛 : putaran poros, rpm
maka dengan diketahui torsi yang bekerja sebesar 0,378 Nm dan kecepatan putar
poros 610 rpm diperoleh daya mekanis sebesar :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
55
𝑃 = 𝑇 2 𝜋 𝑛
60
𝑃 = 0,378 2 𝜋 (610)
60
𝑃 = 24,146 watt
Untuk mengetahui daya listrik yang dihasilkan generator dapat dicari dengan
persamaan (8) pada sub Bab 2.4.3, yaitu :
PL = V . I
yang dalam hal ini :
PL : daya listrik, watt
V : tegangan, volt
I : arus yang menggalir pada beban, Ampere
maka dengan tegangan yang dihasilkan generator sebesar 40,8 volt dan arus yang
mengalir pada beban sebesar 0,13 A diperoleh daya listrik sebesar :
𝑃𝐿 = 𝑉 . 𝐼
𝑃𝐿 = (40,8). (0,13)
𝑃𝐿 = 5,304 watt
Untuk mengetahui koefisien daya yang dihasilkan oleh kincir angin dapat
dicari menggunakan persamaan (9) pada sub Bab 2.4.4, yaitu :
𝐶𝑃 = 𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑃𝑖𝑛. 100%
yang dalam hal ini :
Pout : daya yang dihasilkan kincir, watt
Pin : daya yang dihasilkan angin, watt
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
56
maka dengan diketahui daya mekanis yang dihasilkan kincir sebesar 24,146 watt
dan daya yang dihasilkan angin sebesar 127,977 watt diperoleh koefisien daya
sebesar :
𝐶𝑃 = 𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑃𝑖𝑛. 100%
𝐶𝑃 = (24,146)
(127,977). 100%
𝐶𝑃 = 18,87%
Untuk mengetahui besarnya perbandingan kecepatan di ujung sudu dengan
kecepatan angin atau tip speed ratio dapat dicari menggunakan persamaan (13)
pada sub Bab 2.4.6, yaitu :
𝑡𝑠𝑟 = 2 𝜋 𝑛 𝑟
60 𝑣
yang dalam hal ini :
r : jari-jari kincir, m
n : putaran poros, rpm
v : kecepatan angin, m/s
maka dengan kecepatan putar poros 610 rpm, kecepatan angin rata-rata 6,5 m/s, dan
jari-jari kincir 50 cm diperoleh tip speed ratio sebesar :
𝑡𝑠𝑟 = 2 𝜋 𝑛 𝑟
60 𝑣
𝑡𝑠𝑟 = 2 𝜋(610).(0,5)
60 (6,5)
𝑡𝑠𝑟 = 4,914
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
57
Jadi, didapat hasil untuk perhitungan pada beban 1 variasi kecepatan angin 6,5
m/s dengan vaiasi lebar sirip 5 cm seperti, torsi yang dihasilkan sebesar 0,378 Nm,
daya yang dihasilkan oleh angin sebesar 127,977 watt, daya mekanis yang
dihasilkan oleh kincir sebesar 24,146 watt, daya listrik yang dihasilkan oleh
generator sebesar 5,304 watt, koefisien daya sebesar 18,87%, dan tip speed ratio
sebesar 4,914. Hasil pengolahan data pada variasi kecepatan angin 6,5 m/s dengan
lebar sirip 5 cm untuk semua beban ditunjukkan pada Tabel 4.7.
Tabel 4.7 Pengolahan Data Pada Variasi Kecepatan Angin 6,5 m/s dengan Lebar
Sirip 5 cm
Beban Torsi
Daya
Angin
Daya
Mekanis
Daya
Listrik TSR Cp
[ Nm ] [ watt ] [ watt ] [ watt ] [%]
0 0,297 128,0 19,83 0,00 5,13 15,49
1 0,378 128,0 24,15 5,30 4,91 18,87
2 0,432 128,0 26,31 9,02 4,68 20,56
3 0,513 128,0 29,90 13,44 4,48 23,36
4 0,620 128,0 33,72 17,90 4,17 26,35
5 0,674 128,0 35,10 21,11 4,00 27,43
6 0,755 128,0 38,52 23,62 3,91 30,10
7 0,836 128,0 40,46 24,79 3,71 31,62
8 0,863 128,0 39,78 25,85 3,54 31,08
9 0,971 128,0 43,33 26,26 3,42 33,85
10 0,998 128,0 41,29 26,78 3,18 32,26
11 1,025 128,0 40,15 27,25 3,01 31,37
12 1,106 128,0 42,51 26,76 2,95 33,22
13 1,133 128,0 40,22 26,29 2,73 31,43
14 0,998 128,0 30,42 20,94 2,34 23,77
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
58
Berdasarkan perhitungan data dari beban 1 pada variasi kecepatan angin rata-
rata 6,5 m/s dan variasi sirip 5 cm, didapat pula hasil dari pengolahan data lainnya
pada variasi kecepatan angin 7,5 m/s dan 8,2 m/s dengan penambahan sirip 5 cm
dan 7 cm yang ditunjukkan pada Tabel 4.8, Tabel 4.9, Tabel 4.10, Tabel 4.11 dan
Tabel 4.12.
Tabel 4.8 Pengolahan Data Pada Variasi Kecepatan Angin 6,5 m/s dengan Lebar
Sirip 7 cm
Beban Torsi
Daya
Angin
Daya
Mekanis
Daya
Listrik TSR Cp
[ Nm ] [ watt ] [ watt ] [ watt ] [%]
0 0,243 127,6 16,55 0,00 5,24 12,97
1 0,324 127,6 21,26 4,18 5,05 16,66
2 0,405 127,6 25,81 9,82 4,90 20,23
3 0,486 127,6 29,24 14,11 4,63 22,92
4 0,567 127,6 32,69 18,57 4,43 25,62
5 0,647 127,6 36,75 22,51 4,36 28,80
6 0,728 127,6 39,82 26,05 4,20 31,21
7 0,782 127,6 39,57 27,63 3,89 31,02
8 0,836 127,6 41,07 30,24 3,77 32,19
9 0,890 127,6 41,95 40,20 3,62 32,88
10 0,971 127,6 43,73 30,08 3,46 34,28
11 1,052 127,6 44,29 30,62 3,23 34,72
12 1,106 127,6 45,06 33,89 3,13 35,32
13 1,133 127,6 39,16 30,16 2,66 30,69
14 1,160 127,6 34,99 24,38 2,32 27,42
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
59
Tabel 4.9 Pengolahan Data Pada Variasi Kecepatan Angin 7,5 m/s dengan Lebar
Sirip 5 cm
Beban Torsi
Daya
Angin
Daya
Mekanis
Daya
Listrik TSR Cp
[ Nm ] [ watt ] [ watt ] [ watt ] [%]
0 0,270 197,4 22,32 0,00 5,50 11,31
1 0,351 197,4 27,80 7,27 5,27 14,09
2 0,459 197,4 35,68 14,00 5,17 18,08
3 0,540 197,4 41,75 21,65 5,14 21,16
4 0,647 197,4 47,19 26,96 4,84 23,91
5 0,728 197,4 51,79 33,23 4,72 26,24
6 0,809 197,4 55,09 37,46 4,52 27,91
7 0,890 197,4 59,48 41,66 4,44 30,14
8 0,971 197,4 63,46 43,31 4,34 32,16
9 1,079 197,4 69,61 48,04 4,29 35,27
10 1,160 197,4 72,52 50,82 4,15 36,75
11 1,214 197,4 71,70 51,94 3,92 36,33
12 1,268 197,4 70,51 54,98 3,69 35,73
13 1,349 197,4 71,33 55,08 3,51 36,15
14 1,403 197,4 72,57 56,42 3,44 36,77
15 1,457 197,4 72,77 56,56 3,32 36,87
16 1,511 197,4 72,62 58,21 3,19 36,80
17 1,565 197,4 65,71 52,42 2,79 33,29
18 1,592 197,4 65,51 51,94 2,73 33,19
19 1,538 197,4 61,03 49,02 2,64 30,92
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
60
Tabel 4.10 Pengolahan Data Pada Variasi Kecepatan Angin 7,5 m/s dengan Lebar
Sirip 7 cm
Beban Torsi
Daya
Angin
Daya
Mekanis
Daya
Listrik TSR Cp
[ Nm ] [ watt ] [ watt ] [ watt ] [%]
0 0,24 198,4 18,87 0,00 5,15 9,51
1 0,40 198,4 31,15 7,59 5,11 15,70
2 0,49 198,4 36,00 14,12 4,92 18,15
3 0,59 198,4 43,20 20,12 4,83 21,77
4 0,67 198,4 48,10 24,92 4,73 24,24
5 0,78 198,4 54,73 30,38 4,64 27,59
6 0,84 198,4 56,84 33,36 4,51 28,65
7 0,92 198,4 60,32 36,62 4,36 30,41
8 0,97 198,4 60,82 38,21 4,15 30,66
9 1,08 198,4 65,43 42,69 4,02 32,98
10 1,16 198,4 68,39 43,65 3,91 34,47
11 1,21 198,4 70,68 47,40 3,86 35,63
12 1,27 198,4 71,17 48,10 3,72 35,87
13 1,35 198,4 71,90 48,50 3,54 36,24
14 1,40 198,4 72,42 51,17 3,42 36,51
15 1,48 198,4 75,98 52,10 3,40 38,30
16 1,54 198,4 75,52 50,86 3,26 38,07
17 1,56 198,4 71,44 52,19 3,03 36,01
18 1,65 198,4 73,07 49,33 2,95 36,83
19 1,67 198,4 70,59 47,63 2,80 35,58
20 1,59 198,4 53,50 41,82 2,23 26,97
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
61
Tabel 4.11 Pengolahan Data Pada Variasi Kecepatan Angin 8,2 m/s dengan Lebar
Sirip 5 cm
Beban Torsi
Daya
Angin
Daya
Mekanis
Daya
Listrik TSR Cp
[ Nm ] [ watt ] [ watt ] [ watt ] [%]
0 0,216 254,9 18,76 0,00 5,30 7,36
1 0,324 254,9 26,88 7,86 5,07 10,54
2 0,459 254,9 36,60 15,84 4,87 14,35
3 0,513 254,9 40,20 23,31 4,79 15,77
4 0,594 254,9 45,74 29,09 4,70 17,94
5 0,701 254,9 52,89 33,46 4,60 20,74
6 0,782 254,9 57,27 41,39 4,47 22,46
7 0,890 254,9 63,58 47,70 4,36 24,94
8 0,971 254,9 68,85 50,17 4,33 27,01
9 1,052 254,9 72,94 53,75 4,23 28,61
10 1,160 254,9 80,05 60,76 4,21 31,40
11 1,214 254,9 81,11 61,76 4,08 31,81
12 1,268 254,9 76,75 59,60 3,69 30,10
13 1,376 254,9 81,84 61,34 3,63 32,10
14 1,430 254,9 82,95 62,63 3,54 32,54
15 1,484 254,9 84,68 65,29 3,48 33,22
16 1,511 254,9 84,96 64,41 3,43 33,32
17 1,565 254,9 82,91 64,15 3,23 32,52
18 1,592 254,9 82,17 61,00 3,15 32,23
19 1,619 254,9 81,19 58,85 3,06 31,85
20 1,673 254,9 81,97 61,76 2,99 32,15
21 1,754 254,9 84,10 65,93 2,93 32,99
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
62
Tabel 4.12 Pengolahan Data Pada Variasi Kecepatan Angin 8,2 m/s dengan Lebar
Sirip 7 cm
Beban Torsi
Daya
Angin
Daya
Mekanis
Daya
Listrik TSR Cp
[ Nm ] [ watt ] [ watt ] [ watt ] [%]
0 0,324 255,8 26,27 0,00 4,95 10,27
1 0,405 255,8 32,42 7,68 4,88 12,67
2 0,513 255,8 39,08 15,09 4,65 15,28
3 0,620 255,8 46,39 21,21 4,56 18,14
4 0,674 255,8 49,72 25,43 4,49 19,44
5 0,755 255,8 54,50 30,55 4,40 21,31
6 0,863 255,8 60,39 36,00 4,26 23,61
7 0,917 255,8 61,95 40,33 4,12 24,22
8 1,025 255,8 68,49 45,25 4,07 26,78
9 1,106 255,8 71,47 47,96 3,94 27,94
10 1,187 255,8 75,45 51,09 3,87 29,50
11 1,268 255,8 78,74 54,29 3,78 30,78
12 1,322 255,8 81,40 57,75 3,75 31,82
13 1,376 255,8 83,42 57,24 3,70 32,61
14 1,457 255,8 80,09 57,05 3,35 31,31
15 1,511 255,8 81,00 59,04 3,27 31,67
16 1,565 255,8 81,76 60,33 3,18 31,96
17 1,592 255,8 80,01 61,00 3,06 31,28
18 1,619 255,8 77,97 60,40 2,94 30,48
19 1,673 255,8 74,09 59,99 2,70 28,97
20 1,754 255,8 75,84 56,90 2,64 29,65
21 1,781 255,8 72,53 55,46 2,48 28,36
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
63
4.3 Pembahasan Grafik
Dari data hasil dan pengolahan data, maka dapat dibuat grafik untuk melihat
hubungan yang terjadi. Grafik yang dibuat adalah grafik hubungan kecepatan putar
poros dengan torsi, grafik hubungan daya output dengan kecepatan putar poros pada
variasi kecepatan angin 6,5 m/s, grafik hubungan daya output dengan kecepatan
poros pada variasi kecepatan angin 7,5 m/s, grafik hubungan daya output dengan
kecepatan putar poros pada variasi keceparan angin 8,2 m/s, grafik hubungan Cp
dengan tsr, serta grafik hubungan Cp dengan torsi. Semua grafik dibuat dengan
membandingkan antara perbandingan lebar sirip 5 cm dengan semua variasi angin
dan lebar sirip 7 cm dengan semua variasi angin.
4.3.1 Grafik Hubungan Kecepatan Putar Poros dan Torsi
Berdasarkan data pengujian dan pengolahan data maka dibuat grafik
hubungan kecepatan putar poros dan torsi untuk melihat hubungan dari kecepatan
putar poros dengan torsi.
(a) lebar sirip 5 cm
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
kecepatan angin 6,5 m/s
Kecepatan Angin 7,5 m/s
Kecepatan Angin 8,2 m/s
Kec
epat
anp
uta
r p
oro
s (r
pm
)
Torsi (Nm)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
64
(b) lebar sirip 7 cm
Gambar 4.1 Grafik hubungan antara kecepatan putar poros dan torsi untuk ketiga
variasi kecepatan angin, (a) lebar sirip 5 cm dan (b) lebar sirip 7 cm
Dari grafik hubungan torsi dan kecepatan putar poros pada ketiga variasi
angin dengan penambahan lebar sirip 5 cm dan 7 cm, dapat dilihat kecepatan putar
maksimum terjadi pada variasi kecepatan angin 8,2 m/s dengan penambahan lebar
sirip 5 cm dan torsi maksimum terjadi pada variasi kecepatan angin 8,2 m/s dengan
penambahan lebar sirip 7 cm. Berdasarkan tabel pengujian dan pengolahan data,
kecepatan putar maksimum pada variasi kecepatan angin 8,2 m/s dengan lebar sirip
5 cm adalah sebesar 830 rpm dan torsi maksimum pada variasi kecepataan angin
8,2 m/s dengan lebar sirip 7 cm adalah sebesar 1,78 Nm. Pada grafik dapat dilihat
pula bahwa grafik mengalami penurunan, dengan hubungan semakin besar torsi
yang bekerja maka semakin rendah kecepatan putar poros. Hal tersebut disebabkan
oleh penambahan beban lampu yang diterima kincir.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
Kecepatan Angin 6,5 m/s
Kecepatan Angin 7,5 m/s
Kecepatan Angin 8,2 m/s
Kec
epat
an P
uta
r P
oro
s (r
pm
)
Torsi (Nm)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
65
4.3.2 Grafik Hubungan Cp dan TSR
Berdasarkan data pengujian dan pengolahan data, maka dapat dibuat grafik
hubungan dari koefisien daya dengan tip speed ratio untuk melihat unjuk kerja dari
kincir angin sumbu horizontal 4 sudu berbahan komposit.
(a) lebar sirip 5 cm
(b) lebar sirip 7 cm
Gambar 4.2 Grafik hubungan antara Cp dengan tsr untuk ketiga variasi kecepatan
angin, (a) lebar sirip 5 cm dan (b) lebar sirip 7 cm
y = -5,5551x2 + 36,934x - 29,477
y = -6,8614x2 + 48,315x - 48,097
y = -7,3823x2 + 49,364x - 49,407
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 1 2 3 4 5 6
Kecepatan Angin 6,5 m/s
Kecepatan Angin 7,5 m/s
Kecepatan Angin 8,2 m/s
y = -5,9484x2 + 39,756x - 32,403
y = -7,7307x2 + 52,14x - 50,523
y = -7,6756x2 + 49,704x - 48,435
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 1 2 3 4 5 6
Kecepatan Angin 6,5 m/s
Kecepatan Angin 7,5 m/s
Kecepatan Angin 8,2 m/s
Cp
(%
)
Tip speed ratio
Cp
(%
)
Tip speed ratio
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
66
Pada grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio diatas, dapat
dilihat bahwa koefisen daya pada variasi kecepatan angin rata-rata 7,5 m/s dengan
lebar sirip 7 cm adalah yang paling besar dan koefisien daya pada variasi kecepatan
angin 8,2 m/s dengan lebar sirip 5 cm adalah yang paling kecil diantara variasi
lainnya. Dengan menggunakan persamaan yang tertera pada grafik, dapat diketahui
koefisien daya maksimum pada tip speed ratio optimal pada kincir angin tersebut.
Sebagai contoh, digunakan persamaan dari grafik pada variasi kecepatan angin rata-
rata 7,5 m/s dengan lebar sirip 5 cm.
Persamaan :
𝐶𝑝 = (−6,8614 𝑡𝑠𝑟2) + (48,315 𝑡𝑠𝑟) − 48,097
Digunakan penyelesaian secara matematis untuk menentukan Cp
maksimum dan tip speed ratio optimal dari persamaan di atas.
𝑑𝐶𝑝
𝑑𝑡𝑠𝑟= 0
−13,7228 𝑡𝑠𝑟 + 48,315 = 0
𝑡𝑠𝑟𝑜𝑝𝑡𝑖𝑚𝑎𝑙 = 3,521
Setelah mendapatkan tip speed ratio yang optimal, disubtitusikan kedalam
persamaan awal untuk mengetahui Cp maksimum pada variasi kecepatan angin
rata-rata 7,5 m/s dengan lebar sirip 5 cm.
𝐶𝑝 = (−6,8614 (3,521)2) + (48,315 (3,521)) − 48,097
𝐶𝑝𝑚𝑎𝑘𝑠 = 36,956%
Dengan menggunakan penyelesaian secara matematis tersebut, dapat
diketahui bahwa pada variasi kecepatan angin 7,5 m/s dengan lebar sirip 5 cm
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
67
memiliki koefisien daya maksimum kincir angin sebesar 36,956% yang bekerja
pada tip speed ratio optimal sebesar 3,521, pada variasi kecepatan angin 6,5 m/s
lebar sirip 5 cm memiliki koefisien daya maksimum kincir angin sebesar 31,913%
yang bekerja pada tip speed ratio 3,324, pada variasi kecepatan angin 8,2 m/s lebar
sirip 5 cm memiliki koefisien daya maksimum kincir angin sebesar 33,115% yang
bekerja pada tip speed ratio 3,343 dan pada variasi kecepatan angin 6,5 m/s lebar
sirip 7 cm memiliki koefisien daya maksimum kincir angin sebesar 34,024% yang
bekerja pada tip speed ratio 3,342, pada variasi kecepatan angin 7,5 m/s lebar sirip
7 cm memiliki koefisien daya maksimum kincir angin sebesar 37,392% yang
bekerja pada tip speed ratio 3,372, pada variasi kecepatan angin 8,2 m/s dengan
lebar sirip 7 cm memiliki koefisen daya maksimum kincir angin sebesar 32,031%
yang bekerja pada tip speed ratio optimal sebesar 3,238.
Berdasarkan grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio di atas,
dapat diketahui bahwa kincir angin sumbu horizontal 4 sudu berbahan komposit
dengan penambahan variasi lebar sirip, dapat bekerja secara optimal pada variasi
kecepatan angin rata-rata 7,5 m/s dengan lebar sirip 7 cm dibandingkan pada variasi
angin rata-rata 6,5 m/s, 8,2 m/s dengan lebar sirip 7 cm, dan angin 6,5 m/s, 7,5 m/s,
8,2 m/s dengan lebar sirip 5 cm.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
68
4.3.3 Grafik Hubungan Daya Output dan Torsi
Berdasarkan data pengujian dan pengolahan data maka dapat dibuat grafik
hubungan daya output dengan torsi. Grafik dibuat untuk melihat hubungan dari
daya output dengan torsi yang bekerja. Daya output disini meliputi daya mekanis
atau daya yang dihasilkan kincir dan daya listrik yang dihasilkan oleh generator.
(a) lebar sirip 5 cm
(b) lebar sirip 7 cm
Gambar 4.3 Grafik hubungan antara daya output dengan torsi pada variasi
kecepatan angin 6,5 m/s (a) lebar sirip 5 cm dan (b) lebar sirip 7 cm
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2
Daya Mekanis
Daya Listrik
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4
Daya Mekanis
Daya Listrik
Daya
outp
ut
(watt
)
Torsi (Nm)
Daya
outp
ut
(watt
)
Torsi (Nm)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
69
Pada grafik hubungan daya output dengan torsi yang bekerja pada variasi
kecepatan angin rata-rata 6,5 m/s, dapat dilihat bahwa grafik mengalami
peningkatan hingga titik tertentu, kemudian mengalami penurunan. Hal tersebut
dikarenakan pada kondisi torsi tertentu, kincir bekerja secara optimal dan dapat
menghasilkan daya keluaran maksimum. Berdasrkan Tabel 4.7 dan Tabel 4.8 daya
mekanis maksimum terjadi pada lebar sirip 5 cm dengan daya sebesar 43,33 watt
pada torsi 0,971 Nm, sedangkan daya mekanis yang terjadi pada variasi sirip 7 cm
adalah sebesar 45,06 watt pada torsi 1,106 Nm. Daya listrik maksimum terjadi pada
lebar sirip 7 cm dengan daya sebesar 33,89 watt pada torsi 1,106 Nm, sedangkan
daya listrik yang terjadi pada lebar sirip 5 cm adalah sebesar 27,25 watt pada torsi
1,025 Nm.
Pada grafik dapat dilihat juga bahwa daya mekanis yang dihasilkan oleh
kincir lebih besar dibandingkan daya listrik yang dihasilkan oleh generator. Hal ini
disebabkan oleh pengurangan daya yang diakibatkan kerja dari generator.
(a) lebar sirip 5 cm
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
Daya Mekanis
Daya Listrik
Daya
outp
ut
(watt
)
Torsi (Nm)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
70
(b) lebar sirip 7 cm
Gambar 4.4 Grafik hubungan antara daya output dengan torsi pada variasi
kecepatan angin 7,5 m/s (a) lebar sirip 5 cm dan (b) lebar sirip 7 cm
Pada grafik hubungan daya output dengan torsi yang bekerja pada variasi
kecepatan angin 7,5 m/s, dapat dilihat bahwa grafik mengalami peningkatan hingga
titik tertentu, kemudian mengalami penurunan. Hal tersebut dikarenakan pada
kondisi torsi tertentu, kincir bekerja secara optimal dan dapat menghasilkan daya
keluaran maksimum. Berdasarkan Tabel 4.9 dan Tabel 4.10 daya mekanis
maksimum terjadi pada lebar sirip 5 cm dengan daya sebesar 72,62 watt pada torsi
1,511 Nm, sedangkan daya mekanis yang terjadi pada variasi sirip 7 cm adalah
sebesar 75,98 watt pada torsi 1,48 Nm. Daya listrik maksimum terjadi pada lebar
sirip 7 cm dengan daya sebesar 52,19 watt pada torsi 1,56 Nm, sedangkan daya
listrik yang terjadi pada lebar sirip 5 cm adalah sebesar 58,21 watt pada torsi 1,511
Nm.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
Daya Mekanis
Daya Listrik
Daya
outp
ut
(watt
)
Torsi (Nm)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
71
Pada grafik dapat dilihat juga bahwa daya mekanis yang dihasilkan oleh
kincir lebih besar dibandingkan daya listrik yang dihasilkan oleh generator. Hal ini
disebabkan oleh pengurangan daya yang diakibatkan kerja dari generator.
(a) lebar sirip 5 cm
(b) lebar sirip 7 cm.
Gambar 4.5 Grafik hubungan antara daya output dengan torsi pada variasi
kecepatan angin 8,2 m/s (a) lebar sirip 5 cm dan (b) lebar sirip 7 cm
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
Daya Mekanis
Daya Listrik
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
Daya Mekanis
Daya Listrik
Daya
outp
ut
(watt
)
Torsi (Nm)
Daya
outp
ut
(watt
)
Torsi (Nm)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
72
Pada grafik hubungan daya output dengan torsi yang bekerja pada variasi
kecepatan angin 8,2 m/s, dapat dilihat bahwa grafik mengalami peningkatan hingga
titik tertentu, kemudian mengalami penurunan. Hal tersebut dikarenakan pada
kondisi torsi tertentu, kincir bekerja secara optimal dan dapat menghasilkan daya
keluaran maksimum. Berdasarkan Tabel 4.11 dan Tabel 4.12 daya mekanis
maksimum terjadi pada lebar sirip 5 cm dengan daya sebesar 84,96 watt pada torsi
1,511 Nm, sedangkan daya mekanis yang terjadi pada variasi sirip 7 cm adalah
sebesar 81,76 watt pada torsi 1,565 Nm. Daya listrik maksimum terjadi pada lebar
sirip 7 cm dengan daya sebesar 61,00 watt pada torsi 1,592 Nm, sedangkan daya
listrik yang terjadi pada lebar sirip 5 cm adalah sebesar 65,29 watt pada torsi 1,484
Nm.
Pada grafik dapat dilihat juga bahwa daya mekanis yang dihasilkan oleh
kincir lebih besar dibandingkan daya listrik yang dihasilkan oleh generator. Hal ini
disebabkan oleh pengurangan daya yang diakibatkan kerja dari generator.
4.3.4 Grafik Hubungan Cp dan Torsi
Berdasarkan data pengujian dan pengolahan data, maka dapat dibuat grafik
hubungan dari koefisien daya dengan torsi untuk melihat unjuk kerja dari kincir
angin sumbu horizontal 4 sudu berbahan komposit dengan tambahan variasi sirip.
Koefisien daya merupakan perbandingan antara daya yang dikeluarkan oleh kincir
dengan daya yang disediakan oleh angin.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
73
(a) lebar sirip 5 cm
(b) lebar sirip 7 cm
Gambar 4.6 Grafik hubungan antara Cp dengan torsi pada ketiga variasi kecepatan
angin (a) lebar sirip 5 cm dan (b) lebar sirip 7 cm
Pada grafik hubungan koefisien daya dengan torsi yang bekerja pada
masing-masing variasi kecepatan angin, dapat diketahui bahwa pada variasi
kecepatan angin 6,5 m/s dengan lebar sirip 5 cm koefisien daya kincir angin terbesar
adalah 33,85% yang bekerja pada torsi sebesar 0,97, pada variasi kecepatan angin
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
Kecepatan Angin 6,5
Kecepatan Angin 7,5
Kecepatan Angin 8,2
Torsi (Nm)
Cp
(%
)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
Kecepatan Angin 6,5
Kecepatan Angin 7,5
Kecepatan Angin 8,2
Torsi (Nm)
Cp
(%
)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
74
7,5 m/s lebar sirip 5 cm koefisien daya kincir angin terbesar adalah 36,87% yang
bekerja pada torsi 1,46, pada variasi kecepatan angin 8,2 m/s lebar sirip 5 cm
koefisien daya kincir angin terbesar adalah 33,32% yang bekerja pada torsi 1,51
dan pada variasi kecepatan angin 6,5 m/s lebar sirip 7 cm koefisien daya kincir
angin terbesar adalah 35,32% yang bekerja pada torsi 1,11, pada variasi kecepatan
angin 7,5 m/s lebar sirip 7 cm koefisien daya kincir angin terbesar adalah 38,30%
yang bekerja pada torsi 1,48, pada variasi kecepatan angin 8,2 m/s dengan lebar
sirip 7 cm koefisen daya kincir angin terbesar 31,96% yang bekerja pada torsi
sebesar 1,57.
Berdasarkan grafik hubungan koefisien daya dengan torsi di atas, dapat
diketahui bahwa kincir angin sumbu horizontal 4 sudu berbahan komposit dengan
penambahan variasi lebar sirip, dapat bekerja secara optimal pada variasi kecepatan
angin rata-rata 7,5 m/s dengan lebar sirip 7 cm dibandingkan pada variasi angin
rata-rata 6,5 m/s, 8,2 m/s dengan lebar sirip 7 cm, dan angin 6,5 m/s, 7,5 m/s, 8,2
m/s dengan lebar sirip 5 cm.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
75
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari pengujian “Unjuk Kerja Kincir Angin Sumbu Horisontal 4 Sudu Berbahan
Komposit Berdiameter 100 cm, Dengan Lebar Maksimum Sudu 13 cm Pada Jarak
12,5 cm Dari Pusat Poros Dengan Variasi Lebar Sirip 5 cm dan 7 cm dengan
Panjang 10 cm”. Dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Telah berhasil dibuat kincir angin sumbu horisontal 4 sudu berbahan komposit
berdiameter 100 cm, dengan lebar maksimum sudu 13 cm pada jarak 12,5 cm
dari pusat poros dengan variasi lebar sirip 5 cm dan 7 cm dengan panjang 10
cm.
2. Koefisien daya mekanis tertinggi diperoleh pada kecepatan angin 7,5 m/s
sebesar 38,30% dengan menggunakan lebar sirip 7 cm. Sedangkan pada
kecepatan angin 6,5 m/s dan 8,2 m/s dengan menggunakan lebar sirip 7 cm
adalah sebesar 35,32% dan 32,61%. Pada kecepatan angin 6,5 m/s, 7,5 m/s,
dan 8,2 m/s dengan menggunakan lebar sirip 5 cm mempunyai koefisien daya
mekanis sebesar 33,85%, 36,87% dan 33,32%.
3. Unjuk kerja maksimal yang dihasilkan oleh kincir angin adalah sebagai
berikut: torsi terbesar 1,78 Nm, daya mekanis terbesar 84,96 watt dan daya
listrik terbesar 65,29 watt.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
76
5.2 Saran
Berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan maka ada beberapa saran, yaitu :
1. Perlu dilakukan pengujian menggunakan variasi angin lainnya agar dapat
mendapatkan unjuk kerja yang lebih maksimal dan bisa mendapatkan
perbandingannya.
2. Perlu melakukan pengujian kincir angin dengan penambahan variasi panjang
sirip.
3. Perlu pemahaman lebih lanjut mengenai jenis polimer, jenis serat dan cara
pembuatan material komposit untuk menentukan jenis polimer dan jenis serat
yang paling baik dalam pembuatan komposit, serta menggurangi kegagalan
dalam membuat kincir angin berbahan komposit.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
77
DAFTAR PUSTAKA
Anonim, 2016, http://www.kincirangin.info/plta-gambar.php (diakses Mei 2016)
Anonim, 2016, http://www.xahart.blogspot.com (diakses 15 Mei 2016)
Anonim, 2016, http://www.pinterest.blogspot.com (diakes 15 Mei 2016)
Anonim, 2016, http://www.ecosources.info.com (diakses 15 Mei 2016)
Anonim, 2016, http://www.wind-work.com (diakses 15 Mei 2016)
Anonim, 2016, http://www.intechopen.com (diakses 15 Mei 2016)
Anthonius, Juanda. 2016. Unjuk kerja Kincir Angin Poros Horisontal Bersudu
Tiga Bahan Komposit Diameter 1 M Lebar Maksimum 13 CM Dengan
Jarak 12,5 cm Dari Pusat Poros. Tugas Akhir, Tidak diterbitkan. Jurusan
Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta
Dermawan, H. 2012. Perancangan Turbin Angin Savonius L Sumbu Vertikal.
Program Study Teknik Elektro,FT UMRAH.
Fahmi, Hendriwan dan Harry Hermansyah. 2011. Pengaruh Orientasi Serat Pada
Komposit Resin Polyester / Serat Daun Nenas Terhadap Kekuatan Tarik.
Jurnal Teknik Mesin Vol. 1, No. 1 [Oktober 2011] 46 – 52
Fahmi, Hendriwan dan Nur Arifin. 2014. Pengaruh Variasi Komposisi Komposit
Resin Epoxy / Serat Gelas dan Serat Daun Nanas Terhadap Ketangguhan.
Jurnal Teknik Mesin Vol. 4, No. 2 [Oktober 2014] 84 - 89
Hendra, Yulius F, P., 2015,” Unjuk kerja kincir angin propeler tiga sudu
berbahan dasar kayu berlapis pelat seng dengan sudu-sudu dari belahan
dinding silinder .“ Program studi teknik mesin Fakultas sains dan teknologi
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta
Malau, Viktor. 2010. Karakterisasi Sifat Mekanis dan Fisis Komposit E-Glass
dan Resin Eternal 2504 Dengan Variasi Kandungan Serat, Temperatur dan
Lama Curing. Jurnal Mekanika, Volume 8, Nomor 2, Maret 2010
Maryono, Ismail. 2009. Desain Arsitektur Struktur Penampang Potong Sepanjang
Bentang Sudu Aerodinamik Turbin Angin 50 kW. Jurnal Teknologi
Dirgantara, Volume 7, No. 1 [Desember 2009] 83 – 92
Nugroho, A. Bagus Prasetyo. 2013. Unjuk Kerja Kincir Angin Jenis “Wepower”
Sudu Pipa PVC Dengan Variasi Kemiringan Sudu. Tugas Akhir, tidak
diterbitkan. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas
Sanata Dharma Yogyakarta
Purwadianto, Doddy. 2013, “Pengaruh Posisi Sirip Sudu Terhadap Karakteristik
Kincir Angin Petani Garam Di Pantai Utara Jawa”, Proceeding Seminar
Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII) & Lomba Rancang
Bangun Mesin
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI