Upload
nguyenduong
View
225
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
i
UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN TIPE GIROMILL
DUA TINGKAT MENGGUNAKAN ENAM SUDU AIRFOIL NACA 0018
DENGAN TIGA VARIASI SUDUT KEMIRINGAN SUDU
SKRIPSI
Untuk memenuhi persyaratan mencapai derajat
Sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin
oleh:
KOSMAS KELIK CAHYADI
NIM: 135214041
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2018
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
THE PERFORMANCE OF TWO LEVELS GIROMILL TYPE
WINDMILL MODEL USE SIX AIRFOIL NACA 0018 BLADES
WITH THREE VARIATIONS PITCH ANGLE OF THE BLADES
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement to obtain
Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
by:
KOSMAS KELIK CAHYADI
Student Number: 135214041
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE ANG TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2018
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
v
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Dengan ini saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa dalam skripsi
yang saya tulis ini tidak terdapat karya tulis orang lain yang pernah diajukan untuk
penulisan skripsi yang seolah-olah tulisan saya sendiri, kecuali yang secara tertulis
diacu dalam tulisan ini dan disebutkan sumber kutipannya.
Yogyakarta, 26 Agustus 2017
Yang menyatakan,
Kosmas Kelik Cahyadi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vi
LEMBAR PERNYATAAN
PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH
UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata
Dharma Yogyakarta:
Nama : Kosmas Kelik Cahyadi
NIM : 135214041
menyetujui publikasi skripsi saya kepada Perpustakaan Universitas Sanata
Dharma Yoyakarta untuk pengembangan ilmu pengetahuan yang berjudul:
Unjuk Kerja Model Kincir Angin Tipe Giromill
Dua Tingkat Menggunakan Enam Sudu Airfoil NACA 0018
dengan Tiga Variasi Sudut Kemiringan Sudu
Saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain,
mengelolanya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu
meminta ijin dari saya sebagai penulis dan memberikan royalty selama
mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian penyataan yang saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, 26 Agustus 2017
Yang menyatakan,
Kosmas Kelik Cahyadi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vii
INTISARI
Energi listrik semakin dibutuhkan seiring berkembangnya jaman.
Pembangkit listrik yang ada, sebagian besar menggunakan bahan bakar fosil yang
jumlahnya semakin sedikit dan menghasilkan polusi udara yang dapat
mengganggu kesehatan manusia. Energi terbarukan menjadi alternatif pengganti
energi dari bahan bakar fosil. Salah satu energi terbarukan tersebut adalah energi
angin. Kincir angin atau turbin angin digunakan untuk menerima daya dari angin,
namun untuk memaksimalkan besar daya yang diterima oleh kincir angin
dibutuhkan rancangan kincir angin yang baik. Penelitian ini bertujuan untuk
mengetahui pada sudut kemiringan sudu kincir angin berapa akan menghasilkan
unjuk kerja terbaik.
Kincir angin yang digunakan dalam penelitian adalah kincir angin model
giromil yang memiliki dua tingkat, setiap tingkat terdapat 3 buah sudu.
Penempatan tiap sudu berdasar satu pertiga keliling lingkaran. Bentuk dari
penampang sudu menggunakan airfoil NACA 0018 dengan chord 15 cm.
Diameter kincir angin dibuat sebesar 0,75 m dan tinggi 1 m. Penelitian ini
menggunakan tiga variasi sudut kemiringan sudu yaitu sebesar 0o, 5o, dan 10o.
Angin yang dihasilkan menggunakan blower dengan kapasitas 15 HP dan
kecepatan angin diatur pada kecepatan diantara 7 - 7,5 m/s.
Hasil penelitian menunjukan bahwa kincir angin model giromill dua
tingkat menggunakan enam sudu airfoil NACA 0018 dengan sudut kemiringan
sudu sebesar 0o menghasilkan unjuk kerja yang paling tinggi dibandingkan
dengan sudut kemiringan sudu sebesar 5o, dan 10o. Kincir angin dengan variasi
sudut kemiringan sudu sebesar 0o menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar
8,46 % pada tip speed ratio optimal sebesar 0,88. Kincir angin dengan variasi
sudut kemiringan sudu sebesar 5o menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar
3,98 % pada tip speed ratio optimal sebesar 0,68. Kincir angin dengan variasi
sudut kemiringan sudu sebesar 10o menghasilkan koefisien daya maksimal
sebesar 4,96 % pada tip speed ratio optimal sebesar 0,78.
Kata kunci: airfoil, giromill, koefisien daya, sudut kemirigan, dan tip speed ratio.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
viii
ABSTRACT
The demand of the electrical energy is increased for years. The existing
power plants, mostly using fossil fuels which continously decreases in number
and cause air pollution that can harm the health of the human. Renewable energies
becomes an alternative to replace the existing fuel from fossil. One of these
renewable energies can be achieved from the wind. Windmills or wind turbines
are the device used to convert energy from wind. However, in maximizing the
power converted from the wind, it is essential to have a well designed windmill /
wind turbine. The purpose of this research is to discover how much angle of the
windmill blade which show the best performance.
The windmill used in the study is a giromill windmill which have two-
levels, each level consisted of 3 pieces of blade. The placement of each blade is
based on one-third of the circumference of the circle. The shape of the blade cross
section uses airfoil NACA 0018 with a 15 cm chord. The diameter of the windmill
is 0.75 m width and 1 m height. The research using three variations of angle of the
blade which are 0o, 5o, and 10o. The outcomed wind using blower by 15 HP and
which produce an wind speed between 7 – 7.5 m/s.
The results showed that a two-level giromill windmill which use six airfoil
blades of NACA 0018 with 0o angle of blade produce the highest working
performance compared with the angle of 5o, and 10o. A windmill with the blade
angle variation of 0o produces a maximum power coefficient of 8.46% at a peak
tip speed ratio of 0.88. A windmill with a 5o angle of blade variation gives a
maximum power coefficient of 3.98% at an optimum tip speed ratio of 0.68. The
windmill with the variation 10o angle of blade results in a maximum power
coefficient of 4.96% at a maximum tip speed ratio of 0.78.
Keywords: airfoil, giromill, coefficient of power, pitch angle, and tip speed ratio.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala
rahmat, berkat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini
yang berjudul “Unjuk Kerja Model Kincir Angin Tipe Giromill Dua Tingkat
Menggunakan Enam Sudu Airfoil NACA 0018 dengan Tiga Variasi Sudut
Kemiringan Sudu”
Skripsi ini ditulis sebagai persyaratan penulis untuk mencapai gelar
Sarjana Teknik di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Penulis juga mengucapkan terimakasih kepada pihak-pihak yang telah
terlibat dalam penulisan skripsi sehingga dapat terselesaikan dengan baik dan
lancar, antara lain kepada :
1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains
Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Bapak Ir. P.K. Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin,
Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.
3. Ir. Rines, M.T., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir dan Skripsi.
4. Raden Benedictus Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si., selaku Dosen Pembimbing
Akademik.
5. Kedua orang tua penulis, Marselinus Sumarna dan Yosephine Dwi Purwiyani
yang telah memberikan kasih sayang, motivasi, dan dukungan dalam segala
bentuk.
6. Kedua eyang penulis, Eyang kakung Ig. Purwowidono dan Eyang putri Ch.
Margijati yang telah memberikan semangat dan motivasi.
7. Seluruh staf pengajar, laboran dan karyawan Program Studi Teknik Mesin,
Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang
telah memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
x
8. Teman seperjuangan Aji Mahardika, Slamet Waluyo, Andreas Yoga dan
seluruh teman-teman Teknik Mesin angkatan 2013 yang telah berjuang
bersama selama masa perkuliahan.
9. Dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, secara langsung
maupun tidak langsung telah memberikan dukungan moral kepada penulis.
Skripsi ini disadari penulis bahwa masih banyak kekurangan, maka dari itu
saran dan kritik dari pembaca sangat diharapkan. Akhir kata semoga skripsi ini
dapat bermanfaat bagi penulis maupun pembaca. Terima Kasih.
Yogyakarta, 26 Agustus 2017
Penulis,
Kosmas Kelik Cahyadi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................................... i
TITLE PAGE ......................................................................................................... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................... iii
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN .......................................................... v
HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ......................................................... vi
INTISARI .............................................................................................................. vii
ABSTRACT ......................................................................................................... viii
KATA PENGANTAR ........................................................................................... ix
DAFTAR ISI .......................................................................................................... xi
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii
DAFTAR TABEL ................................................................................................. xv
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah .............................................................................. 3
1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................... 3
1.4 Manfaat Penelitian ............................................................................. 4
1.5 Batasan Masalah ................................................................................ 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................... 6
2.1. Energi Angin ...................................................................................... 6
2.2. Kincir Angin ...................................................................................... 6
2.3. Airfoil ............................................................................................... 10
2.4. Rumus Perhitungan .......................................................................... 13
BAB III METODE PENELITIAN........................................................................ 17
3.1. Objek Penelitian ............................................................................... 17
3.2. Diagram Alur Penelitian .................................................................. 18
3.3. Variasi Penelitian ............................................................................. 19
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xii
3.4. Peralatan dan Bahan Penelitian ........................................................ 19
3.5. Proses Pembuatan Kincir Angin ...................................................... 25
3.6. Parameter yang Diukur .................................................................... 29
3.7. Langkah Pengambilan Data Penelitian ............................................ 29
3.8. Parameter yang Dihitung ................................................................. 31
3.9. Pengolahan Data .............................................................................. 31
BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN ............................................ 32
4.1. Data Hasil Penilitian ........................................................................ 32
4.2. Pengolahan Data .............................................................................. 36
4.3. Hasil Pengolahan Data ..................................................................... 39
4.4. Grafik Hasil Pengolahan Data ......................................................... 42
4.5. Pembahasan ..................................................................................... 50
BAB V PENUTUP............................................................................................... 53
5.1. Kesimpulan ...................................................................................... 53
5.2. Saran ................................................................................................ 54
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 55
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kincir angin pertama di Persia ....................................................... 7
Gambar 2.2 Upwind dan downwind ................................................................... 8
Gambar 2.3 (a) Kincir angin giromill (lift-type); (b) Kincir angin darrieus (lift-
type); dan (c) Kincir angin savonius (drag-type) ........................... 9
Gambar 2.4 Kombinasi kincir angin drag-type (Savonius) dan lift-type
(Darrieus) ....................................................................................... 10
Gambar 2.5 Airfoil atau Aerofoil ...................................................................... 11
Gambar 3.1 Skematik kincir angin giromill dua tingkat dengan sudu NACA
0018 ............................................................................................... 17
Gambar 3.2 Skematik airfoil NACA 0018 dengan panjang chord 15 cm ........ 18
Gambar 3.3 Diagram alur penelitian ................................................................. 18
Gambar 3.4 Stand kincir angin poros vertikal ................................................... 22
Gambar 3.5 Anemometer .................................................................................. 23
Gambar 3.6 Tachometer .................................................................................... 24
Gambar 3.7 Neraca pegas .................................................................................. 24
Gambar 3.8 Penampang sudu airfoil NACA 0018 dengan chord 15 cm .......... 25
Gambar 3.9 Rangka sudu dengan penampang airfoil NACA 0018 .................. 26
Gambar 3.10 Mounting aluminium dengan 1 lubang baut .................................. 27
Gambar 3.11 (a) Pola hub 1; (b) Pola hub 2; dan (c) Pola hub 3 .......................... 27
Gambar 3.12 Pola hub palang 3 .......................................................................... 28
Gambar 3.13 Lubang untuk memposisikan kemiringan sudu ............................. 28
Gambar 3.14 Skematik pengujian ......................................................................... 29
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiv
Gambar 4.1 Grafik hubungan antara torsi dan kecepatan putar kincir dengan
variasi kemiringan sudu 0o ............................................................ 43
Gambar 4.2 Grafik hubungan antara tip speed ratio dan koefisien daya kincir
dengan variasi kemiringan sudu 0o ................................................ 44
Gambar 4.3 Grafik hubungan antara torsi dan kecepatan putar kincir dengan
variasi kemiringan sudu 5o ............................................................ 45
Gambar 4.4 Grafik hubungan antara tip speed ratio dan koefisien daya kincir
dengan variasi kemiringan sudu 5o ................................................ 46
Gambar 4.5 Grafik hubungan antara torsi dan kecepatan putar kincir dengan
variasi kemiringan sudu 10o .......................................................... 48
Gambar 4.6 Grafik hubungan antara tip speed ratio dan koefisien daya kincir
dengan variasi kemiringan sudu 10o .............................................. 49
Gambar 4.7 Grafik hubungan antara torsi dan kecepatan putaran kincir untuk
semua variasi kemiringan sudu ..................................................... 51
Gambat 4.8 Grafik hubungan antara tip speed ratio dan koefisien daya untuk
semua variasi kemiringan sudu ..................................................... 51
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Variasi sudut kemiringan sudu ............................................................ 19
Tabel 4.1 Data hasil penelitian dengan variasi sudut kemiringan sudu 0o ........... 33
Tabel 4.2 Data hasil penelitian dengan variasi sudut kemiringan sudu 5o ........... 34
Tabel 4.3 Data hasil penelitian dengan variasi sudut kemiringan sudu 10o ......... 35
Tabel 4.4 Hasil pengolahan data dengan variasi sudut kemiringan sudu 0o ......... 40
Tabel 4.5 Hasil pengolahan data dengan variasi sudut kemiringan sudu 5o ......... 41
Tabel 4.6 Hasil pengolahan data dengan variasi sudut kemiringan sudu 10o ....... 42
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Jaman semakin modern diikuti perkembangan teknologi yang pesat.
Teknologi tersebut berkembang menjadi lebih efisien bagi penggunanya.
Perubahan terjadi dari bentuk yang semakin ringkas, mudah digunakan, hingga
sumber energi yang efisien. Sebagai contoh perubahan kompor masak dengan
kayu bakar kini sudah ada kompor elektrik, kendaraan berbahan bakar minyak
telah dikembangkan menjadi kendaraan elektrik, alat penerangan dengan api telah
berkembang menjadi lampu, dan lain-lain. Semua contoh perkembangan teknologi
berubah menjadi alat elektronik.
Energi listrik adalah sumber energi bagi seluruh alat elektronik. Energi listrik
akan diubah oleh alat elektronik menjadi panas, gerak, cahaya, dan lain-lain.
Tanpa adanya energi listrik, alat elektronik tidak dapat bekerja dan digunakan.
Dalam kehidupan sehari-hari, banyak orang atau hampir semua kegiatan
kebanyakan orang saat ini membutuhkan energi listrik. Mulai dari bangun pagi
hasil pemberi daya telepon seluler untuk alarm, menggunakan pompa air guna
menaikan air dari sumur untuk mandi, menyalakan lampu saat diruangan gelap
ataupun hari sudah gelap, dan lain sebagainya.
Jika disambungkan dengan sumber listrik alat elektronik dapat berkerja dan
digunakan masyarakat. Sumber listrik yang dinikmati masyarakat untuk sehari-
hari dihasilkan dari pembangkit listrik. Pembangkit listrik sejatinya adalah sebuah
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
generator. Generator inilah yang memproduksi listrik dan didistribusikan melalui
jalur tranmisi khusus sampai ke rumah-rumah.
Untuk dapat menghasilkan listrik, maka generator pada pembangkit listrik
harus diputar. Putaran generator diperoleh dari sebuah putaran rotor baling-baling
akibat dorongan energi aliran fluida yang bergerak. Mesin berputar tersebut biasa
disebut mesin turbin.
Sejauh ini pasokan energi listrik dihasilkan dari pembangkin listrik yang
menggunakan bahan bakar fosil. Seperti pembangkit listrik Paiton yang ada di
Jawa Timur, menggunakan batu bara sebagai bahan bakar penghasil energi listrik.
Bahan bakar fosil cepat atau lambat akan mengalami krisis. Mulai menipisnya
jumlah yang dimiliki, sehingga ada kemungkinan cepat atau lambat akan habis.
Saat ini sudah sangat banyak negara yang memanfaatkan energi terbarukan
dari pada energi fosil. Energi terbarukan yang banyak digunakan saat ini adalah
energi angin. Dapat dibaca pada tabel sepuluh besar negara dengan kapasitas
kumulatif Mega Watt dihasilkan dari kincir angin yang bisa dilihat pada website
Global Wind Energy Council (GWEC). Negara Amerika Serikat dan Jerman
berurutan menduduki urutan kedua dengan kapasitas kumulatif sebesar 74.471
Mega Watt dan ketiga sebesar 44.947 Mega Watt pada Desember 2015 lalu. Pada
posisi pertama Negara China menghasilkan energi sebesar 145.362 Mega Watt
yang juga negara yang menduduki posisi pertama sebagai penghasil daya terbesar
dengan energi angin di Benua Asia (Sumber: gwec.net)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
Akan tetapi masih jadi tugas dunia ilmu pengetahuan untuk menemukan
rancangan kincir angin yang dapat memberikan efisiensi tertinggi atau
memaksimalkan energi masukan.
Banyak faktor yang dapat mempengaruhi unjuk kerja sebuah kincir angin,
misalnya seperti kecepatan angin, sudut kemiringan sudu, panjang sudu, dan lain
sebagainya. Salah satu faktor rancangan yang mempengaruhi unjuk kerja kincir
angin adalah sudut kemiringan sudu dari kincir angin, maka dalam penelitian ini
akan dicari solusi untuk mendapatkan bentuk sudu kincir angin yang ideal dan
memberikan efisiensi yang tinggi.
1.2 Rumusan Masalah
Rancangan kincir angin merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi
tingkat efisiensi atau koefisien daya, maka dalam penelitian ini rancangan bentuk
sudu yang menjadi permasalahan. Sejauh ini sering dikatakan bahwa bentuk
penampang kincir yang terbaik adalah airfoil. Untuk jenis kincir angin poros
vertikal seperti model giromill baik menggunakan airfoil yang simetris.
Pertanyaan yang muncul adalah berapa besar sudut kemiringan dari sudu kincir
angin yang terbaik untuk rancangan kincir angin giromill dua tingkat
menggunakan enam sudu airfoil NACA 0018?
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah:
a. Merancang, membuat, dan merakit kincir angin model giromill enam sudu
airfoil NACA 0018 dua tingkat dengan tiga variasi sudut kemiringan sudu.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
b. Mencari dan mengetahui data penelitian unjuk kerja dari setiap variasi sudut
kemiringan sudu kincir angin giromill enam sudu airfoil NACA 0018 dua
tingkat.
c. Menghitung dan mengetahui hubungan antara koefisien daya dan tip speed
ratio.
d. Mengetahui variasi unjuk kerja terbaik dari seluruh variasi sudut kemiringan
sudu kincir angin giromill enam sudu airfoil NACA 0018 dua tingkat.
1.4 Manfaat Penelitian
Penelitian unjuk kerja model kincir angin tipe giromill enam sudu airfoil
NACA 0018 dua tingkat dengan tiga variasi sudut kemiringan sudu diharapkan
dapat memberikan beberapa manfaat, antara lain:
a. Manfaat Teoritis
1) Hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai referensi pada percobaan
selanjutnya atau pengembangan penelitian.
2) Memeberikan data untuk perkembangan ilmu pengetahuan dalam bidang
konversi energi terbarukan melalui kincir angin.
b. Manfaat Praktis
1) Dengan bahan baku kincir yang mudah dicari dan pengetahuan tentang
rancangan kincir angin yang efisien dari penelitian ini, maka diharapkan akan
diperoleh teknologi yang tepat guna bagi perkembangan teknologi konversi
energi.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
2) Menjadi bahan bacaan ataupun referensi sehingga dapat menambah wawasan
dan memajukan pengetahuan bidang pembelajaran tentang konversi energi
dengan kincir angin.
1.5 Batasan Masalah
Dalam penelitian akan dicari unjuk kerja model kincir angin tipe giromill
enam sudu airfoil NACA 0018 dua tingkat dengan tiga variasi sudut kemirigan
sudu. Spesifikasi bahan atau batasan masalah yang akan digunakan dalam
penelitian sebagai berikut:
a. Kincir angin yang digunakan untuk penelitian memiliki dua tingkat, setiap
tingkat terdapat 3 buah sudu. Penempatan tiap sudu berdasar satu pertiga
keliling lingkaran.
b. Penampang sudu berbentuk airfoil NACA 0018 dengan chord 15 cm dan
panjang sekitar 47 cm. Titik sumbu sudut kemiringan sudu pada satu per
empat panjang chord dari arah depan penampang.
c. Diameter kincir angin sebesar 75 cm.
d. Tiga variasi sudut kemiringan sudu, yaitu: sudut kemiringan sudu sebesar 0o,
5o, dan 10o tegak lurus dengan garis pusat dan titik sumbu sudut.
e. Blower penggerak kincir angin menggunakan blower yang ada di
Laboratorium Konversi Energi milik Universitas Sanata Dharma dengan
kecepatan angin diantara 7 – 7,5 m/s.
f. Pembebanan kincir angin menggunakan alat pembebanan kincir angin yang
ada di Laboratorium Konversi Energi milik Universitas Sanata Dharma.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Energi Angin
Energi merupakan kemampuan suatu benda yang dapat melakukan usaha atau
gerak. Angin adalah udara yang bergerak dari suatu tempat dengan tekanan udara
yang lebih tinggi ke daerah tempat dengan tekanan udara yang lebih rendah. Pada
daerah yang panas tekanan udaranya lebih rendah, karena udara pada daerah
tersebut menjadi mengembang dan menjadi ringan. Udara yang ringan itu
bergerak naik ke atas menuju daerah yang lebih dingin sehingga udara menjadi
dingin dan kembali menjadi berat, maka udara yang telah dingin akan bergerak ke
bawah, dengan demikian terjadi siklus perputaran udara dan pergerakan udara
atau angin. Kemampuan udara yang bergerak tersebut disebut dengan energi
angin.
Energi angin sudah cukup lama digunakan oleh umat manusia. Sebelum
adanya motor pengerak, perahu menggunakan layar untuk memanfaatkan
dorongan dari energi angin yang meruskan energi kinetik sebagai penggerak
perahu. Energi angin dapat dikonversikan menjadi energi lain, yaitu energi
mekanik yang selanjutnya dapat diubah ke dalam energi lainnya. Proses
pengubahan energi disebut konversi energi angin dan alat yang melakukan
konversi energi angin disebut sistem konversi energi angin.
2.2. Kincir Angin
Kincir angin merupakan suatu teknologi yang dibuat untuk dapat mengubah
energi angin menjadi energi mekanik. Dengan adanya proses konversi energi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
tersebut dapat memudahkan pekerjaan manusia yang membutuhkan tenaga besar
namun hemat tenaga seperti menggiling gandum (kincir angin pertama di Persia –
Iran), memompa air (kincir angin American multiblade), dan mengeringkan tanah
berrawa (kincir angin Belanda). Seiring berjalannya waktu perkembangan kincir
angin kini digunakan untuk memutar generator sebagai pembangkit listrik. Kincir
angin modern adalah mesin yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik,
disebut juga dengan turbin angin. Turbin angin kebanyakan ditemukan di Eropa
dan Amerika Utara. Prinsip kerja suatu turbin angin adalah kincir angin yang
berperan sebagai turbin angin menerima energi angin untuk memutar poros rotor
yang diteruskan memalui suatu transmisi ke rotor generator listrik untuk akhirnya
dapat menghasilkan listrik.
Gambar 2.1 Kincir angin pertama di Persia
(Sumber: https://govschoolagriculture.com/2015/07/24/whats-up-with-wind-
turbines/)
Walaupun ada berbagai macam bentuk dan ukuran, kincir angin
dikelompokan menjadi dua berdasarkan kedudukan poros terhadap permukaan
tanah, yaitu: kincir angin dengan poros mendatar atau Horizontal Axis Wind
Turbine (HAWT) dan kincir angin poros tegak atau Vertical Axis Wind Turbine
(VAWT).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
Horizontal Axis Wind Turbine (HWAT) atau kincir angin poros mendatar
adalah kincir angin dengan rotor parallel atau sejajar dengan permukaan tanah.
Pada kincir angin jenis ini diperlukan peralatan tambahan agar kedudukan rotor
dapat selalu searah dengan arah datangnya angin, jika tidak, kincir ini tidak dapat
memberikan efisiensi atau unjuk kerja yang maksimum pada saat arah datangnya
angin berubah-ubah. Kincir angin yang berukuran kecil diberikan sebuah ekor
pada sisi belakang rotor agar rotor dapat berbelok dengan gaya angin, sedangkan
untuk kincir angin yang berukuran besar menggunakan sensor pembaca arah
angin. Sensor tersebut akan membaca arah angin kemudian mengirim sinyal ke
sistem kontrol dan diteruskan dengan pergerakan motor yang akan mengarahkan
rotor kincir angin kearah datangnya angin.
Kincir angin poros mendatar dikelompokan menjadi 2, yaitu upwind turbine
and downwind turbine. Upwind turbine adalah kincir angin yang posisi rotornya
menghadap ke arah angin dan rotor berada di sisi depan menara. Downwind
turbine adalah kincir angin yang rotornya di sisi belakang menara dari arah
datangnya angin. Kincir angin downwind turbine biasanya berukuran kecil.
Gambar 2.2 Upwind dan downwind
(Sumber: https://govschoolagriculture.com/2015/07/24/whats-up-with-wind-
turbines/)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
Vertical Axis Win Turbine (VAWT) atau kincir angin poros tegak adalah
kincir angin dengan rotor tegak lurus dengan permukaan tanah. American Wind
Energy Association (AWEA) mengelompokan VAWT menjadi dua, yaitu: drag-
type dan lift-type. Contoh kincir angin lift-type VAWT adalah kincir angin
giromill dan darrieus yang memiliki sudu aerodinamis. Kincir angin yang
termasuk kelompok drag-type adalah kincir angin cupanemometer yang biasa
digunakan untuk mengukur kecepatan angin dan kincir angin savonius yang pada
awalnya dikembangkan di Finlandia.
(a) (b)
(c)
Gambar 2.3 (a) Kincir angin giromill (lift-type);
(b) Kincir angin darrieus (lift-type); dan
(c) Kincir angin savonius (drag-type)
(Sumber: coolmyplanet.com/windpower/)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
Pada kincir angin poros tegak tidak diperlukan alat pengarah dengan arah
datangnya angin, karena kincir angin dalam kelompok ini dapat menerima angin
dari segala arah. Kincir poros tegak juga tidak memerlukan menara yang tinggi
sehingga mudah dirawat karena dekat dengan permukaan tanah. Akan tetapi,
kekurangan dari kincir angin kelompok ini adalah kincir angin sulit untuk
mengawali putarannya sendiri atau perlu bantuan untuk memutar rotor, terlebih
bagi kincir angin lift-type. Berbeda dengan kincir angin drag-type yang mudah
berputar dengan kecepatan angin yang rendah, sehingga dibuatlah kombinasi dari
kincir angin drag-type dan lift-type. Kincir angin drag-type digunakan sebagai
rotor yang mengawali putaran bagi kincir angin lift-type dan kincir angin lift-type
yang berperan sebagai rotor yang bekerja dalam putaran tinggi.
Gambar 2.4 Kombinasi kincir angin drag-type (Savonius) dan lift-type (Darrieus)
(Sumber: https://wind-turbine-models.com/fotos?manufacturer=102)
2.3. Airfoil
Airfoil atau aerofoil biasa digunakan untuk bentuk penampang sayap, sudu,
dan layar. Bentuk dari airfoil menghasilkan gaya aerodinamis fluida. Pada
penampang airfoil terdapat gaya lift yaitu gaya yang tegak lurus dengan arah
gerak fluida. Gaya drag adalah gaya yang sejajar dengan arah gerak fluidanya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
Karakteristik bentuk dari airfoil adalah bagian muka yang melengkung diikuti
dengan ujung belakang yang meruncing, seringkali dengan bentuk melengkung
yang simetris pada permukaan bagian atas dan bawah. Pada penelitian ini
digunakan bentuk airfoil simetris. Airfoil yang dikhususkan untuk fluida cair yaitu
air disebut dengan hydrofoil.
National Advisory Committee for Aerounatics (NACA) adalah sebuah
lembaga pengembang bentuk dari sayap atau aerofoil. Bentuk dari airfoil NACA
dideskripsikan menggunakan angka seri yang mengikuti kata “NACA”. Penelitian
ini menggunakan seri NACA empat digit yang dapat diartikan sebagai berikut:
a. Angka pertama seri NACA empat digit merupakan persentase besar chamber
maksimal seperseratus panjang chord.
b. Angka kedua seri NACA empat digit merupakan persentase posisi chamber
maksimal dalam sepersepuluh dari total panjang chord. Posisi chamber
maksimal sesuai persentase angka kedua diukur dari leading edge.
c. Dua angka terakhir seri NACA empat digit merupakan persentase besar
ketebalan maksimal airfoil seperseratus panjang chord. Posisi ketebalan
maksimal 30 % diukur dari leading edge.
Sebagai contoh seri NACA 2414 dengan chord 20 cm, maka dapat
dideskripsikan bahwa airfoil memiliki besar chamber maksimal sebesar 0,4 cm
(2% × 20 cm) terletak pada posisi 8 cm dari leading edge (40% × 20 cm) dan
ketebalan maksimal airfoil 2.8 cm (14% × 20 cm) terletak pada posisi 6 cm dari
leading edge (30% × 20 cm). Penampang sudu yang digunakan untuk penelitian
ini adalah airfoil dengan seri NACA 0018, sehingga dapat diketahui bahwa airfoil
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
yang digunakan berbentuk simetris (besar dan posisi chamber 0 % panjang chord)
dan tebal airfoil sebesar 2,7 cm (18 % pada posisi 30 % panjang chord). Panjang
chord dibuat sebesar 15 cm.
Gambar 2.5 Airfoil atau Aerofoil
(Sumber: https://www.researchgate.net/figure/267488491_fig5_Figure-5-Airfoil-
nomenclature-25)
Keterangan dari istilah-istilah pada Gambar 2.5 sebagai berikut:
a. Leading edge adalah titik pada bagian ujung airfoil paling depan yang
melengkung.
b. Thickness adalah besar ketebalan dari suatu airfoil.
c. Mean camber line adalah garis semu yang membagi sebuah airfoil.
d. Trailing edge adalah titik pada bagian ujung airfoil paling belakang yang
mengerucut.
e. Camber adalah jarak antara mean camber line dan chord line.
f. Chord line adalah garis yang menghubungkan antara leading edge dan
trailing edge.
g. Chord c adalah panjang total dari suatu airfoil.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
2.4. Rumus Perhitungan
Rumus perhitungan yang digunakan untuk menghitung parameter-parameter
yang digunakan untuk menunjukan unjuk kerja dari variasi kincir angin yang
diteliti sebagai berikut:
a. Daya pada Angin
Daya yang tersedia pada angin (Pin) berbanding lurus dengan pangkat tiga
kecepatannya.
(1)
dengan keterangan sebagai berikut:
Pin : Daya yang terdapat dalam angin (watt)
: Densitas udara atau massa jenis (kg/m3)
: Swept area atau luasan frontal kincir (m2)
: Kecepatan angin (m/s)
Swept area atau luasan frontal kincir angin dapat dicari dengan mengukur
luas muka dari kincir angin yang dibuat oleh rotor kincir angin saat berputar. Di
bawah ini adalah rumus perhitungan swept area.
(2)
dengan keterangan sebagai berikut:
h : Tinggi sudu kincir angin (m)
d : Diameter kincir (m)
Intermediate Technology Development Group / ITDG (http://www.itdg.org)
mengelompokan kecepatan angin menjadi tiga kelompok :
1. Kecepatan angin rendah : < 3 m/s
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
2. Kecepatan angin sedang : 3 m/s – 4,5 m/s
3. Kecepatan angin tinggi : > 4,5 m/s
b. Daya Kincir Angin
Daya kincir angin adalah daya yang dihasilkan oleh poros kincir akibat energi
angin yang melewati sudu-sudu. Rumus daya kincir angin dapat ditulis sebagai
berikut:
(3)
dengan keterangan sebagai berikut:
: Daya yang dihasilkan kincir angin (watt)
: Torsi yang dihasilkan kincir angin (Nm)
ω : Kecepatan sudut (rad/s)
Untuk menghitung Pout perlu diketahui dahulu besar nilai dari kecepatan sudut
yang dapat dihitung menggunakan rumus, yaitu :
(4)
dengan keterangan sebagai berikut:
n : Kecepatan putaran (rpm)
c. Torsi Kincir Angin
Torsi adalah sebuah gaya yang dihasilkan oleh gaya dorong kincir angin,
dimana gaya dorong ini memiliki jarak terhadap sumbu poros yang berputar
dirumuskan menjadi:
(5)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
dengan keterangan sebagai berikut:
: Besar torsi (Nm)
: Gaya yang dihasilkan kincir angin (N)
: Panjang lengan torsi (m)
d. Tip Speed Ratio (TSR)
Kecepatan bagian terluar/ujung sudu tidak terlalu sama dengan kecepatan
angin. Perbandingan kecepatan linier ujung sudu dengan kecepatan angin biasa
disebut dengan tip speed ratio (TSR) yang dapat dihitung dengan rumus
perhitungan di bawah ini:
(6)
dengan keterangan sebagai berikut:
TSR : Tip Speed Ratio
ω : Kecepatan sudut (rad/s)
r : Jari-jari rotor kincir angin (m)
v : Kecepatan angina (m/s)
e. Koefisien Daya
Koefisien daya (power coefficient / Cp), digunakan untuk menggantikan
istilah efisiensi atau untuk kerja. Koefisien daya adalah bilangan tak berdimensi
yang menunjukan perbandingan antara daya yang tersedia dengan daya yang
dihasilkan oleh sistem kincir angin. Perhitungan koefisien daya dirumuskan
sebagai berikut:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
(7)
dengan keterangan sebagai berikut:
Cp : Koefisien daya kincir angin
P out : Daya yang dihasilkan kincir angin (watt)
Pin : Daya yang terdapat pada angin (watt)
Koefisien daya untuk tiap jenis kincir angin harganya berbeda dan harganya
berubah-ubah sesuai dengan TSR-nya. Harga Cp maksimum yang mungkin secara
teoritis adalah 0,593 atau 59,3 % yang biasa disebut dengan Bezt Limit.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Objek Penelitian
Objek yang akan diteliti adalah kincir angin model giromill yang memiliki
dua tingkat dengan enam buah sudu airfoil NACA 0018. Panjang chord airfoil
sebesar 15 cm. Setiap tingkat terdapat tiga buah sudu yang peletakannya terbagi
pada enam titik berdasarkan satu per enam lingkaran. Tinggi kincir angin tanpa
besi poros 1 m dan diameter titik sudu pada 0,75 m. Pada Gambar 3.1
digambarkan skematik dari kincir angin yang akan digunakan untuk penelitian.
Gambar 3.1 Skematik kincir angin giromill dua tingkat dengan NACA 0018
Penampang sudu yang digunakan untuk penelitian ini adalah airfoil dengan
seri NACA 0018, sehingga dapat diketahui bahwa airfoil yang digunakan
berbentuk simetris (besar dan posisi chamber 0 % panjang chord) dan tebal airfoil
sebesar 2,7 cm (18 % pada posisi 30 % panjang chord). Panjang chord dibuat
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
sebesar 15 cm. Skematik bentuk dari penampang sudu airfoil NACA 0018
digambarkan pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Skematik airfoil NACA 0018 dengan panjang chord 15 cm
3.2. Diagram Alur Penelitian
Alur pengerjaan penelitian model kincir angin tipe giromill enam sudu airfoil
NACA 0018 dua tingkat ditampilkan dalam bentuk gambar diagram alir yang
dapat dilihat pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Diagram alur penelitian
Mulai
Perancangan kincir angin giromill
dua tingkat dengan sudu airfoil NACA 0018
Persiapan alat dan bahan untuk kincir angin
Pembuatan kincir angin
Pengujian Kincir angin
Pengambilan data kincir angin
Pengolahan data, analisis data, dan pembahasan
Selesai
Tidak Baik
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
3.3. Variasi Penelitian
Penelitian akan dilakukan dengan tiga variasi sudut kemiringan sudu yang
akan dijabarkan di bawah ini:
a. Variasi Sudut Kemiringan Sudu
Tabel 3.1 Variasi sudut kemiringan sudu
Variasi Keterangan
1 Sudut kemiringan sudu sebesar 0o dari garis tegak lurus
dengan poros kincir angin.
2 Sudut kemiringan sudu sebesar 5o dari garis tegak lurus
dengan poros kincir angin.
3 Sudut kemiringan sudu sebesar 10o dari garis tegak lurus
dengan poros kincir angin.
b. Variasi Pembebanan
Memberi beban terhadap putaran kincir angin menggunakan alat mekanisme
pembebanan. Pembebanan diberikan secara bertahap. Batas pembebanan jika
kincir angin berhenti berputar.
3.4. Peralatan dan Bahan Penelitian
a. Bahan Kincir Angin
Bahan yang dibutuhkan untuk pembuatan komponen kincir angin dalam
penelitian sebagai berikut:
1. Papan Kayu Bekas Palet (Jati Belanda)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
Papan kayu ini akan dibentuk dan digunakan sebagai penampang dari bentuk
sudu. Ketebalan yang dibutuhkan sebesar 2 cm. Bahan ini dipilih karena
kekerasan dan beratnya cukup.
2. Pipa Stainless Steel 0,8 mm
Pipa ini digunakan sebagai penyangga dan rangka dari papan kayu
penampang sudu. Menggunakan bahan stainless steel dikarenakan bahan ini
kuat. Setiap sudu membutuhkan satu buah pipa sepanjang 47 cm.
3. Pipa Aluminium 0,8 mm
Pipa ini digunakan sebagai tambahan penyangga dan rangka dari papan kayu
penampang sudu selain dari pipa stainless steel. Bahan aluminium dipilih
karena memiliki beban yang ringan. Setiap sudu membutuhkan satu buah pipa
sepanjang 47 cm.
4. Lem Kayu/Besi
Lem digunakan untuk merekatkan pipa stainless steel dan pipa aluminium
dengan penampang airfoil agar tidak berubah posisi atau bentuk.
5. Seng Lembaran 0,3mm
Seng lembaran digunakan untuk menutup rangka sudu atau sebagai selimut
dari sudu kincir angin.
6. Paku
Paku digunakan untuk mengikat seng lembaran pada rangka sudu kincir
angin.
7. Isolasi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
Penggunaan isolasi untuk merekatkan seng lembaran yang membentuk
rongga pada bagian belakang sudu.
8. Rail Alumunium
Rail ini digunakan sebagai mounting antara sudu dan papan hub. Bahan ini
biasa digunakan sebagai rail pintu etalase kaca. Setiap sudu membutuhkan 2
potong rail aluminium sepanjang 12,5 cm.
9. Sekrup
Sekrup digunakan sebagai pengikat rail aluminium dengan sudu kincir angin.
10. Mur, Baut, dan Ring
Bahan ini digunakan sebagai pengikat rail alumunium dengan papan hub.
Selain itu juga digunakan sebagai pengikat mounting poros dengan papan
hub.
11. Papan Kayu Triplek
Kayu triplek akan dibentuk sebagai papan hub kincir angin. Bahan ini dipilih
karena mudah dibentuk/dipotong.
12. Pipa Besi 3 cm
Pipa ini digunakan sebagai poros dari kincir angin. Bahan besi dipilih agar
dapat dilakukan proses penyambungan dengan las.
13. Besi Strip
Besi ini digunakan sebagai mounting hub yang akan dilas pada poros kincir
angin.
14. Socket Sock Paralon PVC
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
Bahan ini digunakan untuk menambah diameter dari pipa poros agar dapat
dipasang dan dikunci pada bearing stand kincir angin poros vertikal.
b. Peralatan Pendukung Penelitian
Peralatan yang digunakan untuk penelitian ini mencakup alat pembuatan dan
pengujian kincir angin. Peralatan pembuatan kincir angin yang diperlukan
meliputi: alat tulis, jigsaw, mesin gerinda tangan dan duduk, mesin bor tangan dan
duduk, palu, gunting seng, obeng, las listrik, mesin bubut, dan kunci pas.
Peralatan yang digunakan untuk pengujian kincir angin yang digunakan
sebagai berikut:
1. Stand Kincir Angin Poros Vertikal
Alat ini digunakan sebagai tempat berdirinya atau dipasangnya kincir angin
untuk melakukan pengujian. Poros dari kincir angin diletakan dan dikunci
pada bantalan (bearing) agar mudah berputar.
Gambar 3.4 Stand kincir angin poros vertikal
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
2. Kunci L dan Kunci Pas
Kunci L diperlukan untuk mengendurkan dan mengencangkan baut pengunci
poros kincir angin yang terdapat pada bantalan (bearing) stan kincir angin.
Sedangkan kunci pas (ukuran 10) digunakan untuk melepas mur dan baut
kincir angin saat merubah sudut kemiringan sudu.
3. Anemometer
Sebuah alat untuk mengukur kecepatan angin. Anemometer akan diletakan
diantara blower dan kincir angin, tepat didepan kincir angin. Maka akan
diketahui kecepatan angin yang akan diterima oleh kincir angin.
Gambar 3.5 Anemometer
4. Tachometer
Tachometer digunakan untuk mengukur kecepatan putaran dari sebuah objek
yang berputar. Pengukuran kecepatan putaran diambil pada bagian poros
objek.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
Gambar 3.6 Tachometer
5. Neraca Pegas
Alat untuk mengukur gaya pembebanan. Alat ini akan dihubungan dengan
lengan torsi yang ter dapat pada komponen pembebanan kincir angin.
Gambar 3.7 Neraca pegas
6. Blower
Sebuah mesin atau alat yang digunakan untuk menggerakan udara untuk
menghasilkan angin untuk menguji kincir angin. blower terhubung dengan
inverter untuk mengatur kecepatan angin yang dihasilkan blower.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
3.5. Proses Pembuatan Kincir Angin
Tahap-tahap pengerjaan yang dilakukan dalam pembuatan kincir angin
giromill untuk penelitian ini sebagai berikut:
a. Membuat pola penampang sudu airfoil NACA 0018 dengan chord 15 cm
seperti Gambar 3.2 pada papan kayu jati Belanda. Papan kayu dipotong sesuai
pola sebanyak 18 buah. Melubangi penampang sudu dengan diameter 8 mm
pada jarak ¼ dan 5/8 panjang chord dari ujung depan penampang sudu.
Gambar 3.8 Penampang sudu airfoil NACA 0018 dengan chord 15 cm
b. Memotong pipa stainless steel dan aluminium, masing-masing sepanjang 47
cm sebanyak 6 buah. Memasang pipa stainless steel pada lubang bagian
depan penampang sudu dan pipa aluminium pada lubang bagian belakang.
c. Penampang sudu diletakan pada kedua ujung pipa dan setengah panjang pipa.
Memastikan setiap penampang sudu dengan setiap pipa tegak lurus. Setelah
rangka sudu selesai dibuat, kemudian memberi lem cepat kering atau lem
jenis dengan tingkat rekatan tinggi pada lubang penampang sudu agar
posisinya tidak berubah saat pemasangan selimut sudu.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
Gambar 3.9 Rangka sudu dengan penampang airfoil NACA 0018
d. Memotong lembaran seng talang dengan lebar 47 cm dan panjang melebihi
keliling dari pola airfoil NACA 0018. Melipat seng selebar 1 cm pada sisi
lebar potongan seng. Meletakan rangka sudu dengan bagian belakang pada
bagian dalam lipatan seng, kemudian seng dipaku dengan rangka pada bagian
kayu penampang sampai menyelimuti seluruh rangka sudu. Memotong
kelebihan panjang seng sesuai ujung belakang sudu. Memberikan isolasi
secara memanjang pada ujung potongan kelebihan seng agar tidak ada lubang
rongga pada sudu. Mengulangi tahap ini hingga menghasilkan 6 sudu.
e. Memotong rail aluminium sebanyak 12 buah dengan panjang 12,5 cm. Setiap
mounting aluminium dibuat 2 lubang untuk sekrup. Membuat 2 lubang baut
dekat ujung dan bagian tengah untuk 6 buah mounting dan 1 lubang baut
hanya pada bagian tengah untuk sisa mounting yang belum dilubangi.
Memasukan baut pada lubang mounting, kemudian memasang mounting
dengan sekrup pada bagian tengah dari penampang ujung sudu. Setiap sudu
dipasang 1 buah mounting aluminium dengan 2 lubang baut dan 1 buah
mounting aluminium dengan 1 lubang baut.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
Gambar 3.10 Mounting aluminium dengan 1 lubang baut
f. Memotong papan triplek menjadi 1 buah lingkaran berdiameter 80 cm (pola
hub 1), 4 buah lingkarang berdiameter 40 cm (pola hub 2), dan 6 buah persegi
panjang dengan segitiga pada salah satu ujungnya dengan panjang 40 cm dan
lebar 20 cm (pola hub 3). Untuk pola hub 1 dan 2 dilubangi bagian tengah
dengan ukuran diameter 3 cm.
Gambar 3.11 (a) Pola hub 1; (b) Pola hub 2; dan (c) Pola hub 3
g. Menyatukan 3 buah pola hub 3 menjadi pola palang tiga. Memberi lem pada
sisi pola hub 3 yang saling menempel, kemudian menyatukan pola hub 2 pada
bagian atas dan bawah pola palang 3 untuk membuat lubang tengah dengan
diameter 3 cm dan lubang baut sebagai penguat hub. Memasang baut, ring,
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
dan mur kemudian dikencangkan. Mengulangi tahap ini hingga menghasilkan
2 buah hub berbentuk palang tiga.
Gambar 3.12 Pola hub palang 3
h. Membuat lubang untuk memasang sudu pada ketiga hub dengan jarak
diameter 75 cm. Lubang untuk memasang sudu ini dibuat agar sudu dapat
diposisikan miring dengan sudut kemiringan sebesar 0o, 5o, dan 10o tegak
lurus titik poros.
Gambar 3.13 Lubang untuk memposisikan kemiringan sudu
i. Memotong besi strip sebanyak 6 buah dengan panjang 10 cm. Membuat
bentuk melingkar kedalam pada ujung besi strip yang telah dipotong,
kemudian mengelas besi strip pada pipa besi poros sebagai mounting hub
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
bagian atas dan tengah. Mounting hub bagian bawah mengguakan socket pipa
pvc dengan lubang baut sebagai pengunci hub agar tidak turun.
j. Memotong kemudian membubut socket pipa pvc sebanyak 2 buah dengan
ukuran diameter luar masing-masing 38 cm dan 37 cm. Ukuran diameter
dalam sekitar 3 cm.
k. Merakit keseluruhan komponen kincir angin agar siap digunakan untuk
penelitian.
3.6. Parameter yang Diukur
a. Kecepatan angin,
b. Kecepatan putar rotor kincir angin,
c. Gaya pengimbang.
3.7. Langkah Pengambilan Data Penelitian
Pengambilan data dilakukan di Laboratorium Konversi Energi milik
Universitas Sanata Dharma denga skematik pengujian seperti pada Gambar 3.13.
Gambar 3.14 Skematik pengujian
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
a. Mempersiapkan kincir angin yang telah dibuat dan peralatan yang menunjang
pengambilan data penelitian.
b. Memasang kincir angin pada porosnya dengan dikencangkan menggunakan
baut pada bantalan (bearing) stand kincir angin. Anemometer dipasang tepat
di depan muka kincir angin yang berhadapan dengan blower.
c. Menghubungkan poros mekanisme pembebanan dan poros kincir angin
menggunakan kopling. Menambahkan timbangan pada mekanisme
pembebanan dengan posisi vertikal. Mengatur jarak antara blower dan kincir
angin.
d. Memulai penelitian dengan menyalakan blower. Kemudian mengatur
kecepatan angin yang dihasilkan blower dengan inverter. Kemudian tunggu
sesaat sampai hembusan angin dari blower dan putaran kincir steady.
e. Mencatat data yang terukur pada tachometer, anemometer, dan neraca pegas.
f. Menambahkan beban pada mekanisme pembebanan. Kemudian lakukan
kembali langkah e.
g. Menambahkan beban secara bertahap pada mekanisme pembebanan. Setiap
penambahan beban, lakukan kembali langkah e.
h. Matikan blower jika kincir berhenti berputar karena pembebanan.
i. Merubah kemiringan sudut sudu dengan variasi sudut kemiringan sudu
berikutnya.
j. Kemudian ulangi kembali langkah d - j (setelah mengulangi langkah h untuk
variasi sudut kemiringan sudu yang terakhir atau kelima, maka pengujian
kincir angin telah selesai, diteruskan ke langkah k).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
k. Jika kelima variasi kemiringan sudut sudu kincir angin sudah didapatkan,
lepas kincir angin dari stand kincir angin poros vertikal.
l. Mematikan, melepas, dan merapikan seluruh peralatan untuk penelitian.
3.8. Parameter yang Dihitung
a. Torsi (T),
b. Kecepatan sudut (ω),
c. Daya Angin (Pin),
d. Daya Kincir (Pout),
e. Koefisien Daya (Cp),
f. Tip Speed Ratio (TSR).
3.9. Pengolahan Data
Seluruh data terukur yang didapatkan dari penelitian/pengujian kemudian
diolah. Pengolahan data dengan menghitung daya pada angin (Pin), daya yang
dihasilkan kincir (Pout), koefisien gaya (Cp), Tip Speed Ratio (TSR), dan torsi (T)
menggunakan data yang telah didapat dari pengujian/penelitian. Setelah mendapat
hasil perhitungan dibuatlah grafik hubungan antara koefisien gaya (Cp) dan Tip
Speed Ratio (TSR). Grafik dibuat sesuai perbedaan variasi sudut kemiringan sudu
dan pembebanan. Hal tersebut akan mempermudah penulis dalam
membandingkan dan menetukan karakteristik dari kelima variasi sudut
kemiringan sudu yang diteliti.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
BAB IV
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Hasil Penilitian
Dari hasil pengujian kincir angin didapatkan data yang meliputi: kecepatan
angin yang menerpa kincir angin (v; m/s), besar beban yang diterima kincir angin
(F; newton), dan kecepatan putaran yang dihadikan kincir angin (n; rpm). Data
yang diambil menggunakan tiga variasi sudut kemiringan sudu sebesar 0o, 5o, dan
10o dengan kecepatan angin yang dihasilkan oleh blower diantara 7 – 7,5 m/s.
Pengambilan data pengujian dilakukan sebanyak tiga kali dari setiap variasi sudut
kemiringan sudu dan didapatkan sebanyak 33 data setiap variasi.
Pada sudut kemiringan sudu sebesar 0o, 5o, dan 10o, data yang dihasilkan dari
pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.1, Tabel 4.2, dan Tabel 4.3. Data hasil
pengujian pada ketiga table tersebut diolah menggunakan bantuan software
Microsoft Office Excel untuk menghitung parameter yang dibutuhkan, yaitu
meliputi: besar torsi yang diberikan (T; Nm), kecepatan sudut kincir angin (ω;
rad/s), daya yang terdapat dalam angin (Pin; watt), daya yang dihasilkan kincir
angin (Pout; watt), tip speed ratio (TSR), dan koefisien daya atau bisa disebut
effisiensi kincir angin (Cp; %).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
Tabel 4.1 Data hasil penelitian dengan variasi sudut kemiringan sudu 0o
No Gaya Kecepatan Putaran
F (N) n (rpm)
1
0
262.67
2 267.00
3 267.00
4
0.6
245.00
5 247.00
6 248.00
7
1
238.00
8 238.67
9 240.33
10
1.5
226.33
11 225.33
12 227.67
13
2
211.67
14 221.33
15 217.33
16
2.6
202.33
17 203.67
18 203.33
19
3.1
192.33
20 192.00
21 192.67
22
3.5
180.33
23 180.00
24 176.33
25
3.7
175.67
26 174.67
27 173.00
28
3.9
169.67
29 168.00
30 169.00
31
4.1
162.00
32 154.00
33 157.00
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
Tabel 4.2 Data hasil penelitian dengan variasi sudut kemiringan sudu 5o
No Gaya Kecepatan Putaran
F (N) n (rpm)
1
0
208.67
2 206.33
3 210.67
4
0.6
188.67
5 190.00
6 191.00
7
1
181.33
8 181.67
9 180.33
10
1.5
166.67
11 165.67
12 166.00
13
1.7
164.67
14 164.67
15 163.33
16
1.8
158.00
17 160.67
18 157.67
19
2
154.00
20 155.67
21 154.00
22
2.2
148.33
23 148.00
24 149.33
25
2.4
136.00
26 137.00
27 135.33
28
2.5
130.33
29 130.67
30 130.33
31
2.6
126.33
32 123.33
33 123.33
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
Tabel 4.3 Data hasil penelitian dengan variasi sudut kemiringan sudu 10o
No Gaya Kecepatan Putaran
F (N) n (rpm)
1
0
237.00
2 235.00
3 233.00
4
0.3
214.00
5 220.67
6 216.33
7
0.6
210.33
8 211.00
9 209.00
10
0.8
204.33
11 204.67
12 203.00
13
1
196.33
14 196.67
15 196.67
16
1.3
189.33
17 190.67
18 188.00
19
1.5
180.00
20 182.33
21 183.33
22
1.8
174.33
23 175.00
24 174.33
25
2
170.00
26 171.00
27 170.33
28
2.2
162.33
29 162.00
30 162.67
31
2.6
140.67
32 139.00
33 139.00
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
4.2. Pengolahan Data
Pengolahan data dilakukan dengan memasukan data hasil pengujian kedalam
rumus-rumus perhitungan. Pengolahan data secara tertulis dijabarkan di bawah ini
dengan contoh perhitungan menggunakan data hasil pengujian pada Table 4.2
pada baris 30. Data tersebut meliputi ; kecepatan angin (v) 7,31 m/s, gaya beban
(F) 2,5 newton, dan kecepatan putar (n) 130,33 rpm.
a. Torsi
Besar torsi yang dihasilkan oleh kincir angin dapat dicari dengan rumus
perhitungan pada Persamaan 5 (Bab 2). Berdasar data yang diperoleh, besar nilai
gaya beban (F) sebesar 2,5 newton dan panjang lengan torsi (l) sebesar 0,2 meter,
maka besar nilai torsi dapat diketahui pada perhitungan di bawah ini:
T =
=
=
Jadi, berdasarkan data hasil perhitungan, maka besar nilai torsi yang
diperoleh sebesar 0.5 Nm.
b. Kecepatan sudut
Kecepatan sudut dihitung lebih dahulu, karena akan digunakan untuk
menghitung besar nilai dari daya yang dihasilkan oleh kincir angin menggunakan
Persamaan 4 (Bab 2). Berdasar data yang diperoleh besar nilai kecepatan putaran
kincir angin sebesar (n) 130,33 rpm, maka besar nilai kecepatan sudu dapat
diketahui pada perhitungan di bawah ini:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
ω =
=
=
Jadi, berdasarkan data hasil perhitungan, maka besar nilai kecepatan sudut
yang diperoleh sebesar 13,65 rad/s.
c. Daya Angin (Pin)
Besar daya yang terdapat pada angin dapat dicari dengan rumus perhitungan
pada Persamaan 1 (Bab 2). Berdasar data yang diperoleh besar nilai massa jenis
udara (ρ) sebesar 1.18 kg/m3 dan kecepatan angin (v) sebesar 7,31 m/s. Untuk
besar nilai swept area (A) dihitung menggunakan Persamaan 2 (Bab 2) dengan
perhitungan dibawah ini:
A =
=
=
Besar nilai daya yang tedapat pada angin dapat diketahui pada perhitungan di
bawah ini:
Pin =
=
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
=
Jadi, berdasarkan data hasil perhitungan, maka besar nilai daya yang tedapat
pada angin diperoleh sebesar 172,85 watt.
d. Daya Kincir (Pout)
Besar daya yang dihasilkan kincir angin dapat dicari dengan rumus
perhitungan pada persamaan 3 (Bab 2). Berdasar perhitungan pertama dan kedua
diperoleh besar nilai torsi (T) sebesar 0,5 Nm dan kecepatan sudut (ω) sebesar
13,65 rad/s, maka besar nilai daya yang dihasilkan kincir angin dapat diketahui
pada perhitungan di bawah ini:
Pout =
=
=
Jadi, berdasarkan data hasil perhitungan, maka besar nilai daya yang
dihasilkan kincir angin diperoleh sebesar 6,82 watt.
e. Tip Speed Ratio (TSR)
Besar tip speed ratio dapat dicari dengan rumus perhitungan pada
persamaan 6 (Bab 2). Berdasar data dan perhitungan kedua diperoleh besar nilai
kecepatan sudut (ω) sebesar 13,65 rad/s, jari-jari rotor kincir angin (r) sebesar
0,375 m (d = 0,75 m), dan kecepatan angin (v) 7,31 m/s, maka besar nilai tip
speed ratio dapat diketahui pada perhitungan di bawah ini:
TSR =
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
=
=
Jadi, berdasarkan data hasil perhitungan, maka besar nilai tip speed ratio
diperoleh sebesar 0,70.
f. Koefisien Daya
Besar koefisien daya (Cp) dapat dicari dengan rumus perhitungan pada
persamaan 7 (Bab 2). Berdasar perhitungan ketiga dan keempat diperoleh besar
nilai daya yang dihasilkan kincir angin (Pout) sebesar 6,82 watt dan daya yang
terdapat dalam angin (Pin) sebesar 172,85 watt, maka besar nilai koefisien daya
dapat diketahui pada perhitungan di bawah ini:
Cp =
=
=
Jadi, berdasarkan data hasil perhitungan, maka besar nilai koefisien daya
diperoleh sebesar 3,95 %.
4.3. Hasil Pengolahan Data
Setelah pengolahan data yang dilakukan pada data hasil penelitian dengan
contoh perhitungan Subbab di atas, diperoleh parameter-parameter yang
ditampilkan dalam Tabel 4.4, Tabel 4.5, dan Tabel 4.6.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
Tabel 4.4 Hasil pengolahan data dengan variasi sudut kemiringan sudu 0o
Torsi Kecepatan sudut Daya angin Daya kincir Tip Speed Ratio Koef. Daya
T (Nm) ω (rad/s) P in (watt) P out (watt) TSR C p (%)
1 0.00 27.51 164.48 0.00 1.43 0.00
2 0.00 27.96 164.48 0.00 1.46 0.00
3 0.00 27.96 164.48 0.00 1.46 0.00
4 0.12 25.66 164.48 3.08 1.34 1.87
5 0.12 25.87 164.48 3.10 1.35 1.89
6 0.12 25.97 164.48 3.12 1.35 1.89
7 0.20 24.92 164.48 4.98 1.30 3.03
8 0.20 24.99 164.48 5.00 1.30 3.04
9 0.20 25.17 164.48 5.03 1.31 3.06
10 0.30 23.70 164.48 7.11 1.24 4.32
11 0.30 23.60 164.48 7.08 1.23 4.30
12 0.30 23.84 164.48 7.15 1.24 4.35
13 0.40 22.17 164.48 8.87 1.16 5.39
14 0.40 23.18 164.48 9.27 1.21 5.64
15 0.40 22.76 164.48 9.10 1.19 5.53
16 0.52 21.19 164.48 11.02 1.11 6.70
17 0.52 21.33 164.48 11.09 1.11 6.74
18 0.52 21.29 164.48 11.07 1.11 6.73
19 0.62 20.14 164.48 12.49 1.05 7.59
20 0.62 20.11 164.48 12.47 1.05 7.58
21 0.62 20.18 164.48 12.51 1.05 7.61
22 0.70 18.88 164.48 13.22 0.98 8.04
23 0.70 18.85 164.48 13.19 0.98 8.02
24 0.70 18.47 164.48 12.93 0.96 7.86
25 0.74 18.40 164.48 13.61 0.96 8.28
26 0.74 18.29 164.48 13.54 0.95 8.23
27 0.74 18.12 164.48 13.41 0.94 8.15
28 0.78 17.77 164.48 13.86 0.93 8.43
29 0.78 17.59 164.48 13.72 0.92 8.34
30 0.78 17.70 164.48 13.80 0.92 8.39
31 0.82 16.96 164.48 13.91 0.88 8.46
32 0.82 16.13 164.48 13.22 0.84 8.04
33 0.82 16.44 164.48 13.48 0.86 8.20
No
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
Tabel 4.5 Hasil pengolahan data dengan variasi sudut kemiringan sudu 5o
Torsi Kecepatan sudut Daya angin Daya kincir Tip Speed Ratio Koef. Daya
T (Nm) ω (rad/s) P in (watt) P out (watt) TSR C p (%)
1 0.00 21.85 172.85 0.00 1.12 0.00
2 0.00 21.61 172.85 0.00 1.11 0.00
3 0.00 22.06 172.85 0.00 1.13 0.00
4 0.12 19.76 172.85 2.37 1.01 1.37
5 0.12 19.90 172.85 2.39 1.02 1.38
6 0.12 20.00 172.85 2.40 1.03 1.39
7 0.20 18.99 172.85 3.80 0.97 2.20
8 0.20 19.02 172.85 3.80 0.98 2.20
9 0.20 18.88 172.85 3.78 0.97 2.19
10 0.30 17.45 172.85 5.24 0.90 3.03
11 0.30 17.35 172.85 5.20 0.89 3.01
12 0.30 17.38 172.85 5.22 0.89 3.02
13 0.34 17.24 172.85 5.86 0.88 3.39
14 0.34 17.24 172.85 5.86 0.88 3.39
15 0.34 17.10 172.85 5.82 0.88 3.36
16 0.36 16.55 172.85 5.96 0.85 3.45
17 0.36 16.82 172.85 6.06 0.86 3.50
18 0.36 16.51 172.85 5.94 0.85 3.44
19 0.40 16.13 172.85 6.45 0.83 3.73
20 0.40 16.30 172.85 6.52 0.84 3.77
21 0.40 16.13 172.85 6.45 0.83 3.73
22 0.44 15.53 172.85 6.83 0.80 3.95
23 0.44 15.50 172.85 6.82 0.80 3.95
24 0.44 15.64 172.85 6.88 0.80 3.98
25 0.48 14.24 172.85 6.84 0.73 3.95
26 0.48 14.35 172.85 6.89 0.74 3.98
27 0.48 14.17 172.85 6.80 0.73 3.94
28 0.50 13.65 172.85 6.82 0.70 3.95
29 0.50 13.68 172.85 6.84 0.70 3.96
30 0.50 13.65 172.85 6.82 0.70 3.95
31 0.52 13.23 172.85 6.88 0.68 3.98
32 0.52 12.92 172.85 6.72 0.66 3.89
33 0.52 12.92 172.85 6.72 0.66 3.89
No
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
Tabel 4.6 Hasil pengolahan data dengan variasi sudut kemiringan sudu 10o
Torsi Kecepatan sudut Daya angin Daya kincir Tip Speed Ratio Koef. Daya
T (Nm) ω (rad/s) P in (watt) P out (watt) TSR C p (%)
1 0.00 24.82 154.39 0.00 1.32 0.00
2 0.00 24.61 154.39 0.00 1.31 0.00
3 0.00 24.40 154.39 0.00 1.30 0.00
4 0.06 22.41 154.39 1.34 1.19 0.87
5 0.06 23.11 154.39 1.39 1.23 0.90
6 0.06 22.65 154.39 1.36 1.21 0.88
7 0.12 22.03 154.39 2.64 1.17 1.71
8 0.12 22.10 154.39 2.65 1.18 1.72
9 0.12 21.89 154.39 2.63 1.17 1.70
10 0.16 21.40 154.39 3.42 1.14 2.22
11 0.16 21.43 154.39 3.43 1.14 2.22
12 0.16 21.26 154.39 3.40 1.13 2.20
13 0.20 20.56 154.39 4.11 1.10 2.66
14 0.20 20.59 154.39 4.12 1.10 2.67
15 0.20 20.59 154.39 4.12 1.10 2.67
16 0.26 19.83 154.39 5.16 1.06 3.34
17 0.26 19.97 154.39 5.19 1.06 3.36
18 0.26 19.69 154.39 5.12 1.05 3.32
19 0.30 18.85 154.39 5.65 1.00 3.66
20 0.30 19.09 154.39 5.73 1.02 3.71
21 0.30 19.20 154.39 5.76 1.02 3.73
22 0.36 18.26 154.39 6.57 0.97 4.26
23 0.36 18.33 154.39 6.60 0.98 4.27
24 0.36 18.26 154.39 6.57 0.97 4.26
25 0.40 17.80 154.39 7.12 0.95 4.61
26 0.40 17.91 154.39 7.16 0.95 4.64
27 0.40 17.84 154.39 7.13 0.95 4.62
28 0.44 17.00 154.39 7.48 0.91 4.84
29 0.44 16.96 154.39 7.46 0.90 4.83
30 0.44 17.03 154.39 7.50 0.91 4.85
31 0.52 14.73 154.39 7.66 0.78 4.96
32 0.52 14.56 154.39 7.57 0.78 4.90
33 0.52 14.56 154.39 7.57 0.78 4.90
No
4.4. Grafik Hasil Pengolahan Data
Dari data perhitungan yang telah diperoleh pada Tabel 4.4, Tabel 4.5, dan
Tabel 4.6, disederhanakan dengan gambar grafik untuk melihat hubungan antara
besar nilai torsi dengan kecepatan putaran dan grafik hubungan antara koefisien
daya dengan tip speed ratio dari setiap variasi kemiringan sudut sudu.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
43
a. Grafik Kincir Angin Variasi Kemiringan Sudu 0o
Berdasarkan hasil pengolahan data penelitian kincir angin giromill dengan
variasi kemiringan sudut sudu sebesar 0o yang ditampilkan pada Tabel 4.4, maka
dapat digunakan untuk menggambar grafik hubungan antara torsi (T) dengan
kecepatan putaran poros kincir (n) pada Gambar 4.1 dan garfik hubungan antara
tip speed ratio (TSR) dengan koefisien daya (Cp) pada Gambar 4.2.
Gambar 4.1 Grafik hubungan antara torsi dan kecepatan putar kincir dengan
variasi kemiringan sudu 0o
Pada penelitian kincir angin giromill dengan variasi kemiringan sudu 0o
kecepatan angin (v) rata-rata yang dihasilkan oleh blower adalah sebesar 7,19 m/s.
Kecepatan angin tersebut mampu memutar kincir angin dengan rata-rata
kecepatan putaran maksimal sebesar 265,6 rpm tanpa diberikan pembebanan dan
menghasilkan torsi maksimal sebesar 0.82 Nm pada kecepatan rata-rata putaran
kincir sebesar 157,7 rpm. Grafik hubungan antara torsi dan kecepatan putaran
poros kincir menjelaskan bahwa semakin besar nilai torsi yang dihasilkan,maka
semakin rendah kecepatan putaran poros kincir angin atau dapat disebutkan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
44
bahwa hubungan torsi dengan kecepatan putaran poros kincir adalah berbanding
terbalik.
Gambar 4.2 Grafik hubungan antara tip speed ratio dan koefisien daya kincir
dengan variasi kemiringan sudu 0o
Persamaan kuadrat yang didapatkan dari Gambar 4.2 adalah Cp = -
21,148TSR2 + 33,84TSR – 4,9323 yang merupakan pendekatan fitur trendline.
Persamaan kuadarat ini dapat digunakan untuk mencari koefisien daya maksimal
dan tip speed ratio optimal dengan perhitungan di bawah ini:
Cp = - 21,148TSR2 + 33,84TSR – 4,9323
= 0
0 = 2(-21,148TSR) + 33,84
0 = -42,296TRS + 33,84
42,296TSR = 33,84
TSR =
TSR = 0,8
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
45
Cp = - 21,148TSR2 + 33,84TSR – 4,9323
= - 21,148(0,8)2 + 33,84(0,8) – 4,9323
= 8,6 %
Berdasarkan pendekatan dengan perhitungan persamaan kuadrat di atas,
koefisien daya maksimal yang didapatkan adalah sebesar 8,6 % pada tip speed
ratio optimal sebesar 0,8, sedangkan berdasarkan data yang diperoleh koefisien
daya maksimal sebesar 8,46 % pada tip speed ratio optimal sebesar 0,88.
b. Grafik Kincir Angin Variasi Kemiringan Sudu 5o
Berdasarkan hasil pengolahan data penelitian kincir angin giromill dengan
variasi kemiringan sudut sudu sebesar 5o yang ditampilkan pada Tabel 4.5, maka
dapat digunakan untuk menggambar grafik hubungan antara torsi (T) dengan
kecepatan putaran poros kincir (n) pada Gambar 4.3 dan garfik hubungan antara
tip speed ratio (TSR) dengan koefisien daya (Cp) pada Gambar 4.4.
Gambar 4.3 Grafik hubungan antara torsi dan kecepatan putar kincir dengan
variasi kemiringan sudu 5o
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
46
Pada penelitian kincir angin giromill dengan variasi kemiringan sudu 5o
kecepatan angin (v) rata-rata yang dihasilkan oleh blower adalah sebesar 7,31 m/s.
Kecepatan angin tersebut mampu memutar kincir angin dengan rata-rata
kecepatan putaran maksimal sebesar 208,6 rpm tanpa diberikan pembebanan dan
menghasilkan torsi maksimal sebesar 0.52 Nm pada kecepatan rata-rata putaran
kincir sebesar 124,3 rpm. Grafik hubungan antara torsi dan kecepatan putaran
poros kincir menjelaskan bahwa semakin besar nilai torsi yang dihasilkan,maka
semakin rendah kecepatan putaran poros kincir angin atau dapat disebutkan
bahwa hubungan torsi dengan kecepatan putaran poros kincir adalah berbanding
terbalik.
Gambar 4.4 Grafik hubungan antara tip speed ratio dan koefisien daya kincir
dengan variasi kemiringan sudu 5o
Persamaan kuadrat yang didapatkan dari Gambar 4.4 adalah Cp = -
23,695TSR2 + 33,294TSR – 7,6916 yang merupakan pendekatan fitur trendline.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
47
Persamaan kuadarat ini dapat digunakan untuk mencari koefisien daya maksimal
dan tip speed ratio optimal dengan perhitungan di bawah ini:
Cp = -23,695TSR2 + 33,294TSR – 7,6916
= 0
0 = 2(-23,695TSR) + 33,294
0 = -47,39TRS + 33,294
47,39TSR = 33,294
TSR =
TSR = 0,7
Cp = -23,695TSR2 + 33,294TSR – 7,6916
= -23,695(0.7)2 + 33,294(0,7) – 7,6916
= 4,0 %
Berdasarkan pendekatan dengan perhitungan persamaan kuadrat di atas,
koefisien daya maksimal yang didapatkan adalah sebesar 4,0 % pada tip speed
ratio optimal sebesar 0,7, sedangkan berdasarkan data yang diperoleh koefisien
daya maksimal sebesar 3,98 % pada tip speed ratio optimal sebesar 0,68.
c. Grafik Kincir Angin Variasi Kemiringan Sudu 10o
Berdasarkan hasil pengolahan data penelitian kincir angin giromill dengan
variasi kemiringan sudut sudu sebesar 10o yang ditampilkan pada Tabel 4.6, maka
dapat digunakan untuk menggambar grafik hubungan antara torsi (T) dengan
kecepatan putaran poros kincir (n) pada Gambar 4.5 dan garfik hubungan antara
tip speed ratio (TSR) dengan koefisien daya (Cp) pada Gambar 4.6.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
48
Gambar 4.5 Grafik hubungan antara torsi dan kecepatan putar kincir dengan
variasi kemiringan sudu 10o
Pada penelitian kincir angin giromill dengan variasi kemiringan sudu 10o
kecepatan angin (v) rata-rata yang dihasilkan oleh blower adalah sebesar 7,04 m/s.
Kecepatan angin tersebut mampu memutar kincir angin dengan rata-rata
kecepatan putaran maksimal sebesar 235 rpm tanpa diberikan pembebanan dan
menghasilkan torsi maksimal sebesar 0.52 Nm pada kecepatan rata-rata putaran
kincir sebesar 139,6 rpm. Grafik hubungan antara torsi dan kecepatan putaran
poros kincir menjelaskan bahwa semakin besar nilai torsi yang dihasilkan,maka
semakin rendah kecepatan putaran poros kincir angin atau dapat disebutkan
bahwa hubungan torsi dengan kecepatan putaran poros kincir adalah berbanding
terbalik.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
49
Gambar 4.6 Grafik hubungan antara tip speed ratio dan koefisien daya kincir
dengan variasi kemiringan sudu 10o
Persamaan kuadrat yang didapatkan dari Gambar 4.6 adalah Cp = -13,98TSR2
+ 18,731TSR - 0,8917 yang merupakan pendekatan fitur trendline. Persamaan
kuadarat ini dapat digunakan untuk mencari koefisien daya maksimal dan tip
speed ratio optimal dengan perhitungan di bawah ini:
Cp = -13,98TSR2 + 18,731TSR - 0,8917
= 0
0 = 2(-13,98TSR) + 18,731
0 = -27,96TRS + 18,731
27,96TSR = 18,731
TSR =
TSR = 0,67
Cp = -13,98TSR2 + 18,731TSR - 0,8917
= -13,98(0,67)2 + 18,731(0,67) - 0,8917
= 5,4 %
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
50
Berdasarkan pendekatan dengan perhitungan persamaan kuadrat di atas,
koefisien daya maksimal yang didapatkan adalah sebesar 5,4 % pada tip speed
ratio optimal sebesar 0,67, sedangkan berdasarkan data yang diperoleh koefisien
daya maksimal sebesar 4,96 % pada tip speed ratio optimal sebesar 0,78.
4.5. Pembahasan
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui unjuk kerja terbaik dari
setiap variasi kemiringan sudu kincir angin giromill dua tingkat dengan sudu
airfoil NACA 0018 dan diameter 0,75 m, maka dilakukan perbandingan dari
grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putaran kincir dari setiap variasi
kemiringan sudu yang ditampilkan pada Gambar 4.7.
Pada Gambar 4.7 dapat disimpulkan bahwa kincir angin giromill yang
menggunakan sudu airfoil NACA 0018 dengan sudut kemiringan sudu sebesar 0o
menghasilkan nilai torsi yang paling besar dibandingkan dengan variasi sudut
kemiringan sudu yang lain sebesar 0,82 Nm pada kecepatan putaran kincir rata-
rata 157,7 rpm. Kincir angin giromill dengan sudut kemiringan 10o dan 5o
menghasilkan torsi yang sama sebesar 0,52 Nm, akan tetapi kecepatan putaran
kincir dengan sudut kemiringan sudu 5o lebih rendah.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
51
Gambar 4.7 Grafik hubungan antara torsi dan kecepatan putaran kincir untuk
semua variasi kemiringan sudu
Perbandingan grafik hubungan antara tip speed ratio dan koefisien daya juga
dilakukan untuk memperkuat bahwa unjuk kerja dari kincir angin giromill
bersudu airfoil NACA 0018 dengan sudut kemiringan sudu 0o merupakan yang
terbaik pada penelitian ini. Grafik perbandingan tersebut ditampilkan pada
Gambar 4.8.
Gambat 4.8 Grafik hubungan antara tip speed ratio dan koefisien daya untuk
semua variasi kemiringan sudu
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
52
Dari Gambar 4.8 dapat disimpulkan bahwa kincir angin giromill yang
menggunakan sudu airfoil NACA 0018 dengan sudut kemiringan sudu sebesar 0o
menghasilkan koefisien daya maksimal dari data yang diperoleh dengan
persentase 8,46 % (Cp maksimal dengan pendekatan trendline sebesar 8,6 %)
dibandingkan dengan variasi sudut kemiringan sudu yang lain pada tip speed ratio
optimal dengan nilai 0,88.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
53
BAB V
PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Dari pengujian kincir angin giromill enam sudu airfoil NACA 0018 dua
tingkat dengan lima variasi sudut kemiringan sudu diperoleh kesimpulan sebagai
berikut:
a. Telah berhasil dibuat model kincir angin tipe giromill enam sudu airfoil
NACA 0018 dua tingkat berdiameter 0,75 m dengan tinggi 1 m dengan tiga
variasi sudut kemiringan sudu sebesar 0o, 5o, dan 10o dan sudah digunakan
dalam penelitian.
b. Variasi sudut kemiringan sudu kincir angin model giromill enam sudu airfoil
NACA 0018 dua tingkat sebesar 0o, 5o, dan 10o menghasilkan data yang
sudah diolah dalam penelitian ini.
c. Pada variasi sudut kemiringan sudu 0o dari data hasil penelitian yang
diperoleh dapat diketahui koefisien daya maksimal 8,46 % pada tip speed
ratio optimal sebesar 0,88. Pada variasi sudut kemiringan sudu 5o dari data
hasil penelitian yang diperoleh dapat diketahui koefisien daya maksimal 3,98
% pada tip speed ratio optimal sebesar 0,68. Pada variasi sudut kemiringan
sudu 10o dari data hasil penelitian yang diperoleh dapat diketahui koefisien
daya maksimal 4,96 % pada tip speed ratio optimal sebesar 0,78.
d. Unjuk kerja kincir angin terbaik adalah kincir angin giromill enam buah sudu
airfoil NACA 0018 dua tingkat dengan sudut kemiringan sudu 0o pada
kecepatan angin rata-rata (v) 7,19 m/s didapatkan koefisien daya sebesar (Cp)
8,46 % pada tip speed ratio sebesar (TSR) 0,88.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
54
5.2. Saran
Beberapa saran peneliti setelah melakukan penelitian ini untuk penelitian
berikutnya, sebagai berikut:
1. Meneliti model kincir angin ini dengan variasi serupa untuk jumlah sudu atau
jumlah tingkat yang lebih banyak atau sedikit.
2. Meneliti model kincir angin dengan variasi serupa untuk bentuk sudu yang
berbeda.
3. Saat pembuatan sudu dengan bentuk airfoil, usahakan untuk selimut dari sudu
terpaku atau ditambah lem agar tidak mengelupas, berhati-hati saat
pemasangan selimut sudu agar tidak terjadi lekukan yang tidak diinginkan,
dan tutup ujung selimut sudu dengan lem atau isolasi tipis agar tidak terjadi
rongga.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
55
DAFTAR PUSTAKA
Deca, V.T. 2016. Unjuk Kerja Kincir Angin Giromill dengan Sudu NACA 0015
dan Panjang Chord 12 cm. Skripsi, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas
Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
Nugroho, A.B.P. 2013. Unjuk Kerja Kincir Angin Jenis Wepower Sudu Pipa PVC
dengan Variasi Kemiringan Sudu. Skripsi, Program Studi Teknik Mesin,
Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
Rines. 2015. Bahan Ajar Rekayasa Energi Angin. Teknik Mesin, Universitas
Sanata Dharma, Yogyakarta.
Siregar, I.H. 2014. Komparasi Kinerja Turbin Angin Sumbu Vertikal Darrieus
Tipe-H dengan Bilah Profil NACA 0018 dengan dan Tanpa Wind
Deflector. Artikel Jurnal, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik,
Universitas Negeri Surabaya.
Sukamto. 2012. Karakteristik Turbin Angin Vertikal Axis Profil NACA 0018
dengan 3 Blade Berbantuan Guide vane. Artikel Jurnal, S1 Pend. Teknik
Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI