i
UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PROPELER TIGA SUDU BERBAHAN
KOMPOSIT, BERDIAMETER 1 M, LEBAR MAKSIMUM 12 CM BERJARAK 18,5
CM DARI PUSAT POROS, DENGAN VARIASI PANJANG SIRIP
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu persyaratan
mencapai derajat Sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin
Oleh:
PIUS BRIAN SATRIA KURNIAWAN
NIM : 125214089
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2017
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
THE PERFORMANCE OF PROPELLER WINDMILL 3 BLADES WITH
COMPOSITE MATERIAL, 1 M DIAMETER, MAXIMUM WIDTH 12 CM WITH 18,5
CM FROM CENTRAL SHAFT WITH LONG VARIATION FLIP
FINAL PROJECT
Presented as partitial fulfilment of the requirement
to obtain Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
By:
PIUS BRIAN SATRIA KURNIAWAN
Student Number : 125214089
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
Kebutuhan energi di Indonesia pada era modern ini sudah menjadi kebutuhan
pokok bagi kelangsungan hidup masyarakat. Salah satu energi yang sangat sering
digunakan untuk kehidupan sehari – hari yaitu energi listrik . Namun sumber daya
alam lama – kelamaan akan semakin menipis. Maka dari itu perlu adanya
kebijakan tentang energi terbarukan. Energi terbarukan yaitu energi yang dapat
diperoleh berulang – ulang dan bersifat berkelanjutan. Salah satu energi
terbarukan yaitu energi yang diperoleh dari angin. Maka dari itu dibuat penelitian
dengan tujuan untuk mengetahui unjuk kerja dari variasi masing – masing
kecepatan angin dan variasi panjang sirip seperti unjuk kerja rpm, torsi, daya
kincir mekanis, daya listrik, serta mengetahui nilai tip speed ratio dan
Koefisien daya dari kincir angin tersebut.
Model kincir angin yang diteliti adalah kincir angin propeler tiga sudu
berbahan komposit, berdiameter 1 m, dengan lebar maksimum 12 cm dan 18,5 cm
dari pusat poros serta variasi panjang sirip. Kemudian desain sudu yang
digunakan adalah desain bilah dari potongan pipa pvc 8 inchi. Sedangkan untuk
mekanisme pembebanan (dump load), pada sistem kincir angin yaitu
menggunakan beban lampu pijar sebanyak 14 buah, dengan pemasangan
generator DC magnet permanen pada poros kincir angin. Sedangkan untuk
mendapat variasi kecepatan angin rata – rata 10 m/s, 8 m/s, dan 6 m/s maka kincir
angin diletakan di depan blower 15 HP 1450 rpm. Penelitian ini dilaksanakan di
laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma.
Dari hasil penelitian ini, kincir angin propeler tiga sudu menghasilkan putaran
poros kincir terbesar adalah 790 rpm pada variasi panjang sirip 10 cm dengan
kecepatan angin rata – rata 10,4 m/s, beban torsi terbesar yang dihasilkan adalah
1,38 N.m pada variasi panjang sirip 10 cm dengan kecepatan angin 10,4 m/s, daya
kincir mekanis terbesar yang dihasilkan adalah 73,23 watt pada variasi panjang
sirip 10 cm dengan kecepatan angin 10,4 m/s, daya listrik terbesar yang dihasilkan
adalah 54,54 watt pada variasi panjang sirip 13 cm dengan kecepatan angin 10,4
m/s, koefisien daya maksimal yang dihasilkan adalah 43,69 % dengan nilai tip
speed ratio sebesar 3,89 pada variasi panjang sirip 13 cm pada kecepatan angin 6,3
m/s.
Kata kunci : Kincir angin sumbu horisontal, propeler, koefisien daya, tip speed
ratio.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
viii
ABSTRACT
The need of energy in Indonesia in this modern era has become a major
necessity for people. One of the most used energy in daily life is electricity.
However, the resources are getting scarce. As a result, there should be the policy
of renewable energy. Renewable energy is the energy that can be repeatedly
collected and is sustainable. One of the renewable energy is the energy which is
collected from wind. Therefore, the research was conducted in order to assess the
performance of each wind speed variation and fin length variation as the
performances of rpm, torque, mechanical turbine power, electricity power, also
knowing tip speed ratio value and coefficient of power of the wind
turbine.
The model of wind turbine which is examined in this research is a three –
blade propeller wind turbine made of composite, with diameter of 1 m, maximum
wide of 12 cm and at length of 18.5 cm from axial center with long fins variation.
The used blade design is blade design from 8 inch – PVC pipe pieces. As for the
dump load of wind turbine system, the researcher used 14 incandescent light bulbs
by installing permanent magnet DC generator on the wind turbine’s axis. As for
obtaining average wind speed variation 10 m/s, 8 m/s, and 6 m/s then wind turbine
is placed in front of the 15 HP 1450 rpm blower. This research was conducted in
Laboratorium Konversi Energi in Sanata Dharma University.
From this research, a three – blade propeller wind turbine produces the
biggest axis rotation which is 790 rpm on 10 cm fin variation with average wind
speed 10.4 m/s. The biggest torque load produced is 1.38 N.m on 10 cm fin length
variation and average wind speed 10.4 m/s. The biggest mechanic power produced
is 73.23 watt on 10 cm fin length variation and wind speed 10.4 m/s. The biggest
electricity power produced is 54.54 watt on 13 cm fin length variation and wind
speed 10.4 m/s. The maximum coefficient of power produced is 43.60% with tip
speed ratio point of 3.89 on 13 cm length fin variation and wind speed 6.3 m/s.
Keyword: horizontal wind turbine, propeller, coefficient of power, tip speed
ratio.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan atas kasih, karunia dan rahmat yang berlimpah dari
Tuhan Yesus Kristus sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi
dengan judul “Unjuk Kerja Kincir Angin Propeler Tiga Sudu Berbahan Komposit,
Berdiameter 1 m, Lebar Maksimum 12 cm Berjarak 18,5 cm dari Pusat Poros,
dengan Variasi Panjang Sirip”.
Laporan tugas akhir ini merupakan salah satu persyaratan bagi para
mahasiswa/mahasiswi untuk dapat menyelesaikan jenjang pendidikan S1 pada
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata
Dharma Yogyakarta.
Dalam penyusunan skripsi ini penulis banyak menerima bantuan, semangat
dan doa dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan kerendahan hati, penulis
ingin menyampaikan rasa syukur dan terima kasih yang sebesar – besarnya
kepada :
1. Sudi Mungkasi S.Si., M.Math.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin.
3. Doddy Purwadianto, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir
4. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin yang telah mendidik dan
memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.
5. Seluruh staf Fakultas Sains dan Teknologi atas kerja sama dan dukungan
kepada penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
x
6. Vincentius Sarpana dan Maria Setyarti, S.Pd. sebagai orang tua dari penulis,
serta Felix Ade Agusta Kurniawan dan Agnes Cyntia Hapsari sebagai saudara
dari penulis yang selalu berdoa, mendukung secara material dan yang lain –
lain kepada penulis.
7. Teman-teman seperjuangan Andy Prabowo dan Anselmus Suryawan terima
kasih untuk dukungan pembuatan kincir angin ini.
8. Teman-teman seangkatan (Damar, Sano, Robertus, Puput Suntoro, Septian,
Juanda, Yerikho, Andra, Anggi). Terima kasih atas bantuan dan semangatnya
dalam penyelesaian kincir ini.
9. Rekan – rekan mahasiswa Teknik Mesin, angkatan 2012 khususnya, yang
telah memberi saran, kritik, dan dukungan kepada penulis dalam penyelesaian
Skripsi ini.
10. Semua pihak yang tidak mungkin disebut satu per satu, yang telah berperan
serta membantu penulis untuk dapat menyelesaikan skripsi ini.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki dalam
penulisan skripsi ini, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritikan yang
membangun untuk menyempurkan skripsi. Akhir kata seperti penulis harapkan
semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi para pembacanya.
Yogyakarta, 08 Juni 2017
Penulis
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xi
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan
........................................ Massa jenis (kg/m3)
........................................ Jari-jari kincir (m)
....................................... Luas penampang (m2)
........................................ Kecepatan angin (m/s)
....................................... Kecepatan sudut (rad/s)
........................................ Kecepatan putar rotor (rpm)
....................................... Gaya pengimbang (N)
........................................ Torsi (Nm)
Pin ..................................... Daya angin (watt)
Po ...................................... Daya listrik (watt)
Pout ................................... Daya kincir (watt)
..................................... tip speed ratio
Cp ...................................... Koefisien daya (%)
....................................... massa udara (kg)
Ek ...................................... Energi kinetik (Joule)
........................................ Volume (m3)
....................................... Tegangan (Volt)
........................................ Arus (Ampere)
........................................ Panjang (m)
........................................ Waktu (s)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................................. i
TITTLE PAGE ....................................................................................................... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................. iii
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ILMIAH ................................................ v
LEMBAR PERNYATAAN PUBLLIKASI KARYA ILMIAH .......................... vi
ABSTRAK ............................................................................................................ vii
ABSTRACT ........................................................................................................... viii
KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix
DAFTAR SIMBOL .............................................................................................. xi
DAFTAR ISI ......................................................................................................... xii
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiv
DAFTAR TABEL ................................................................................................ xvi
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah .................................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ........................................................................................... 3
1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................................ 3
1.4 Batasan Masalah.............................................................................................. 4
1.5 Manfaat Penelitian .......................................................................................... 5
BAB II DASAR TEORI
2.1 Energi Angin ................................................................................................... 6
2.1.1 Jenis Angin ............................................................................................ 8
2.2 Kincir Angin ................................................................................................... 10
2.2.1 Jenis Kincir ........................................................................................... 11
2.3 Rumus Perhitungan ......................................................................................... 16
2.3.1 Energi Kinetik ....................................................................................... 16
2.3.2 Daya Angin ........................................................................................... 17
2.4 Komposit ......................................................................................................... 21
2.4.1 Fasa Penyusun Kompisit ....................................................................... 22
2.5 Fiberglass ........................................................................................................ 29
2.6 Resin Epoksi ................................................................................................... 31
2.7 Tinjauan Pustaka ............................................................................................. 31
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Penelitian .......................................................................................... 33
3.2 Alat dan Bahan ................................................................................................ 34
3.3 Desain Kincir .................................................................................................. 40
3.4 Pembuatan Sudu / Blade Kincir Angin ........................................................... 41
3.4.1 Alat dan Bahan ...................................................................................... 41
3.4.2 Proses Pembuatan Sudu / Blade ............................................................ 42
3.5 Langkah Penelitian .......................................................................................... 46
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiii
BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Pengujian ....................................................................................... 48
4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan .................................................................. 51
4.2.1 Perhitungan Daya Angin ....................................................................... 51
4.2.2 Perhitungan Torsi .................................................................................. 51
4.2.3 Perhitungan Daya Kincir Mekanis ........................................................ 52
4.2.4 Perhitungan Daya Listrik ...................................................................... 52
4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr) ......................................................... 53
4.2.6 Perhitungan Koefisiean Daya (Cp) ....................................................... 53
4.3 Data Hasil Perhitungan ................................................................................... 54
4.4 Grafik Hasil Perhitungan................................................................................. 57
4.4.1 Grafik Hubungan antara Putaran Poros Kincir (n) dan Beban Torsi (F)
pada Tiga Variasi Kecepatan Angin dengan Panjang Sirip 10 cm ........ 57
4.4.2 Grafik Hubungan antara Putaran Poros Kincir (n) dan Beban Torsi (F)
pada Tiga Variasi Kecepatan Angin Dengan Panjang Sirip 13 cm ....... 58
4.4.3 Grafik Hubungan antara Daya Kincir Mekanis ( dan Beban
Torsi (F) pada Tiga Variasi Kecepatan Angin Dengan Panjang Sirip
Sirip 10 cm ............................................................................................ 59
4.4.4 Grafik Hubungan antara Daya Kincir Mekanis ( dan Beban
Torsi (F) pada Tiga Variasi Kecepatan Angin Dengan Panjang Sirip
13 cm .................................................................................................... 61
4.4.5 Grafik Hubungan antara Daya Listrik ( ) dan Beban Torsi (F)
Untuk Tiga Variasi Kecepatan Angin dengan Panjang Sirip 10 cm ..... 62
4.4.6 Grafik Hubungan antara Daya Listrik ( ) dan Beban Torsi (F)
pada Tiga Variasi Kecepatan Angin dengan Panjang Sirip 13 cm ........ 63
4.4.7 Grafik Hubungan antara Koefisien Daya ( ) dan Tip Speed Ratio
(tsr) pada Tiga Variasi Kecepatan Angin Dengan Panjang Sirip 10
cm ......................................................................................................... 64
4.4.8 Grafik Hubungan antara Koefisien Daya ( ) dan Tip Speed Ratio
(tsr) pada Tiga Variasi Kecepatan Angin Dengan Panjang Sirip 13
cm ......................................................................................................... 65
4.4.9 Grafik Perbandingan antara Panjang Sirip 10 cm dan 13 cm dalam
Hubungan Koefisien Daya ( ) dengan Tip Speed Ratio (tsr) pada
Kecepatan Angin 6,3 m/s ..................................................................... 66
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ..................................................................................................... 68
5.2 Saran ................................................................................................................ 69
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 70
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Angin Laut ....................................................................................... 8
Gambar 2.2 Angin Darat ..................................................................................... 8
Gambar 2.3 Angin Lembah ................................................................................ 9
Gambar 2.4 Angin Gunung .............................................................................. 10
Gambar 2.5 Contoh Kincir Propeller Tiga Sudu ................................................ 12
Gambar 2.6 Contoh Kincir American Multi Blade ............................................ 12
Gambar 2.7 Contoh Kincir Angin Dutch Four Arm .......................................... 13
Gambar 2.8 Contoh Kincir Angin Quet Revolution........................................... 14
Gambar 2.9 Contoh Kincir Angin Wepower...................................................... 15
Gambar 2.10 Contoh Kincir Angin Darrieus Wind Turbine ................................ 15
Gambar 2.11 Contoh Kincir Angin Savonius Wind Turbine ............................... 16
Gambar 2.12 Hubungan Antara Koefisien Daya dan Tip Speed Ratio ................ 20
Gambar 2.13 Contoh Komponen Bahan Komposit.............................................. 22
Gambar 2.14 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Bentuk Matriksnya ................. 23
Gambar 2.15 Contoh Particulate Composites ...................................................... 25
Gambar 2.16 Contoh Fibre Composites ............................................................... 26
Gambar 2.17 Contoh Structural Composites Laminate ....................................... 28
Gambar 2.18 Contoh Structural Composites Sanwich Panel............................... 28
Gambar 2.19 Contoh Fiberglass ........................................................................... 29
Gambar 2.20 Contoh Resin Epoksi ...................................................................... 31
Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin .................................. 33
Gambar 3.2 Sudu Kincir ................................................................................... 35
Gambar 3.3.a Dudukan Sudu ....................................................................................... 35
Gambar 3.3.b Kincir Angin .......................................................................................... 35
Gambar 3.4 Blower ............................................................................................ 36
Gambar 3.5 Tachometer ..................................................................................... 36
Gambar 3.6 Timbangan Digital .......................................................................... 37
Gambar 3.7 Anemometer .................................................................................... 38
Gambar 3.8 Voltmeter ........................................................................................ 38 25
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xv
Gambar 3.9 Ampermeter .................................................................................... 39 41 41
Gambar 3.10 Skema Pembebanan Lampu ............................................................ 39
Gambar 3.11 Desain kincir ................................................................................... 40
Gambar 3.12 Proses Pemotongan Pipa ................................................................. 42 41 41
Gambar 3.13 Proses Menggambar Cetakan pada Pipa ......................................... 43
Gambar 3.14 Proses Pelapisan Sudu dengan Aluminium Foil ............................. 44
Gambar 4.1 Grafik Hubungan antara Putaran Poros Kincir (n) dan Beban
Torsi (F) Kincir Angin Propeler Tiga Sudu, Bahan Komposit,
Dia. 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm pada Jarak 18,5 cm
dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm ................... 58
Gambar 4.2 Grafik Hubungan antara Putaran Poros Kincir (n) dan Beban
Torsi (F) Kincir Angin Propeler Tiga Sudu, Bahan Komposit,
Dia. 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm pada Jarak 18,5 cm dari
Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm ........................... 59
Gambar 4.3 Grafik Hubungan antara Daya Kincir Mekanis ( dan Beban
Torsi (F) Kincir Angin Propeler Tiga Sudu, Bahan Komposit,
Dia. 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm pada Jarak 18,5 cm dari
Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm ........................... 60
Gambar 4.4 Grafik Hubungan antara Daya Kincir Mekanis ( dan Beban
Torsi (F) Kincir Angin Propeler Tiga Sudu, Bahan Komposit,
Dia. 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm pada Jarak 18,5 cm dari
Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm ........................... 61
Gambar 4.5 Grafik Hubungan antara Daya Listrik ( ) dan Beban Torsi
(F) Kincir Angin Propeler Tiga Sudu, Bahan Komposit, Dia. 1
m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm pada Jarak 18,5 cm dari Pusat
Poros dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm .................................... 62
Gambar 4.6 Grafik Hubungan antara Daya Listrik ( ) dan Beban Torsi
(F) Kincir Angin Propeler Tiga Sudu, Bahan Komposit, Dia. 1
m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm pada Jarak 18,5 cm dari Pusat
Poros dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm .................................... 63
Gambar 4.7 Grafik Hubungan antara Koefisien Daya ( ) dan Tip Speed
Ratio (tsr) Kincir Angin Propeler Tiga Sudu, Bahan Komposit,
Dia. 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm pada Jarak 18,5 cm dari
Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm ........................... 64
Gambar 4.8 Grafik Hubungan antara Koefisien Daya ( ) dan Tip Speed
Ratio (tsr) Kincir Angin Propeler Tiga Sudu, Bahan Komposit,
Dia. 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm pada Jarak 18,5 cm
dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm ................... 65
Gambar 4.9 Grafik Perbandingan antara Panjang Sirip 10 cm dan 13 cm pada
Hubungan Koefisien Daya ( ) dengan Tip Speed Ratio (tsr)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xvi
Kincir Angin Propeler Tiga Sudu, Bahan Komposit, Dia. 1 m,
Lebar Maksimum Sudu 12 cm pada Jarak 18,5 cm dari Pusat
Poros dengan Variasi Kecepatan Angin 6,3 m/s ............................ 67
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Tingkat Kecepatan Angin...................................................................... 7
Tabel 2.2 Contoh Jenis dan Karakteristik Material Komposit ............................ 24
Tabel 2.3 Typical Properties of Reinforcing Fiber ............................................. 27
Tabel 2.4 Sifat-sifat Dari Berbagai Jenis Fiberglass ........................................... 30
Tabel 2.5 Komposisi Kimia Jenis – Jenis Fiberglass .......................................... 30
Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu ........................................................ 41
Tabel 4.1 Data Pengujian Tiga Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm dan
Kecepatan Angin 6,3 m/s .................................................................... 48
Tabel 4.2 Data Pengujian Tiga Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm dan
Kecepatan Angin 6,3 m/s .................................................................... 48
Tabel 4.3 Data Pengujian Tiga Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm dan
Kecepatan Angin 8,2 m/s .................................................................... 49
Tabel 4.4 Data Pengujian Tiga Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm dan
Kecepatan Angin 8,2 m/s .................................................................... 49
Tabel 4.5 Data Pengujian Tiga Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm dan
Kecepatan Angin 10,3 m/s .................................................................. 50
Tabel 4.6 Data Pengujian Tiga Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm dan
Kecepatan Angin 10,3 m/s .................................................................. 50
Tabel 4.7 Data Perhitungan Tiga Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm
dan Kecepatan Angin 6,3 m/s ............................................................. 54
Tabel 4.8 Data Perhitungan Tiga Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm
dan Kecepatan Angin 8,2 m/s ............................................................. 55
Tabel 4.9 Data Perhitungan Tiga Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm
dan Kecepatan Angin 10,3 m/s ........................................................... 55
Tabel 4.10 Data Perhitungan Tiga Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm
dan Kecepatan Angin 6,3 m/s ............................................................. 56
Tabel 4.11 Data Perhitungan Tiga Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm
dan Kecepatan Angin 8,2 m/s ............................................................. 56
Tabel 4.12 Data Perhitungan Tiga Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm
dan Kecepatan Angin 10,4 m/s ........................................................... 57
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Kebutuhan energi di Indonesia pada era modern ini sudah menjadi
kebutuhan pokok bagi kelangsungan hidup masyarakat. Salah satu energi yang
sangat sering digunakan untuk kehidupan sehari – hari yaitu energi listrik. Namun
untuk saat ini kebutuhan energi listrik di Indonesia belum bisa terpenuhi hingga
ke seluruh pelosok negeri. Padahal teknologi – teknologi yang berkembang saat
ini hampir seluruhnya menggunakan sumber dari energi listrik. Contoh sederhana
saja, gadget yang banyak digunakan oleh masyarakat tersebut menggunakan
pasokan energi listrik. Sampai alat transportasi terkini pun banyak yang beralih
menggunakan pasokan energi listrik. Mulai dari mobil hingga kereta cepat semua
beralih menggunakan pasokan energi listrik.
Sumber daya alam yang banyak digunakan saat masih pada energi minyak,
gas, dan batubara, yang semakin menipis dan sifatnya butuh waktu ratusan tahun
untuk memperbaruinya. Kesadaran masyarakat untuk penghematan energi ini pun
juga dirasa masih kurang. Maka dari itu perlunya penekanan untuk beralih
menggunakan energi terbarukan. Energi terbarukan yaitu energi yang dapat
diperoleh berulang – ulang dan bersifat berkelanjutan karena dapat diperoleh
kapan saja dan senantiasa tersedia di alam raya. Contoh energi terbarukan yaitu
energi yang diperoleh dari sinar surya, angin, aliran air, dan gas bumi. Oleh
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
karena itu banyak para ahli yang menciptakan teknoligi pengembangan dari energi
terbarukan ini.
Di Indonesia sendiri memiliki banyak peluang untuk mengembangkan
energi terbarukan khususnya energi yang bersumber dari angin. Kita patut
bersyukur karena di negara kita ini memiliki bentang pantai yang sangat panjang,
sehingga banyak peluang untuk mendapatkan sumber energi dari angin. Di sini
penulis tertarik untuk mengembangkan energi terbarukan khusunya energi angin
untuk mendapat pasokan listrik agar dapat membantu memenuhi kebutuhan energi
listrik masyarakat. Dengan kincir angin, energi listrik dapat diperoleh dari energi
angin yang ada.
Menurut jenisnya, kincir angin dibagi menjadi dua jenis yaitu, kincir angin
poros horisontal dan kincir angin poros vertikal. Pada penelitian ini, penulis ingin
meneliti kincir angin poros horizontal yang berjenis propeller dengan sudu
berbahan komposit. Karakterisitk komposit yang ringan, kuat, dan juga mampu
menopang beban yang cukup besar sehingga dirasa cocok untuk penelitian kali
ini. Dengan kincir yang memiliki 3 sudu dan berdiameter 1 m dan juga
menggunakan variasi penambahan sirip yang dipasang di ujung sudu, penulis
ingin mencari berapa besar daya dan torsi yang didapat dibanding dengan kincir
tanpa variasi sirip.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
1.2 Perumusan Masalah
Permasalahan yang dapat dirumuskan untuk penelitian ini adalah :
1. Diperlukan bentuk atau tipe kincir angin yang cocok dan mampu
mengkonversi energi angin dengan efisiensi secara maksimal.
2. Memaksimalkan potensi energi angin yang ada di Indonesia dengan kincir
angin yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.
3. Menggunakan bahan komposit dalam pembuatan sudu.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dilaksanakannya penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Membuat dan merancang kincir angin poros horisontal tiga sudu berbahan
komposit dengan diameter 1 m, lebar maksimum sudu 12 cm pada jarak antar
poros 18,5 cm dari pusat poros, dengan variasi panjang sirip 10 cm dan 13 cm
pada setiap ujung sirip.
2. Mengetahui unjuk kerja kincir angin poros horisontal tiga sudu dari masing –
masing kecepatan angin dan variasi panjang sirip untuk mengetahui :
a) Unjuk kerja rpm
b) Unjuk kerja Torsi
c) Unjuk kerja Daya Kincir Mekanis
d) Unjuk kerja Daya Listrik.
3. Mengetahui nilai tip speed ratio (tsr) dan Koefisien daya (Cp) dari kincir
angin tersebut.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
4. Membandingkan hasil dari unjuk kerja kincir angin poros horisontal yang
didapat dari variasi panjang sirip.
1.4 Batasan Masalah
Batasan-batasan yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah sebagai
berikut :
1. Kincir angin propeler tiga sudu menggunakan desain bilah dari potongan pipa
pvc 8 inch, berbahan komposit berdiameter 1 m, berat masing – masing sudu
adalah 210 gram, lebar maksimum 12 cm berjarak 18,5 cm dari pusat poros,
dengan variasi panjang sirip 10 cm dan 13 cm.
2. Dilakukan 3 variasi kecepatan angin yaitu pada kecepatan angin 10 m/s , 8
m/s, dan 6 m/s. dan juga variasi panjang sirip yaitu 13 cm dan 10 cm.
3. Penelitian dilaksanakan dengan cara meletakkan sistem kincir di depan
blower 15 HP 1450 rpm dan volume 2250 m3/m.
4. Penelitian dilaksanakan di laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata
Dharma.
1.5 Manfaat Penelitian
Kegunaan yang diperoleh dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Bisa menjadi lahan informasi bagi masyarakat yang membutuhkan energi
alternatif selain energi dengan menggunakan fosil.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
2. Dapat menjadi referensi bagi masyarakat yang daerahnya berpotensi dengan
energi angin agar bisa mengembangkan energi terbarukan dengan
menggunakan bantuan angin.
3. Dapat menambah literatur (pustaka) mengenai kincir angin yang dapat
dikembangkan sebagai pembangkit listrik dan bagi energi terbarukan,
khususnya energi terbarukan dengan menggunakan bantuan angin.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Energi Angin
Angin merupakan sumber daya alam terbarukan dan melimpah. Angin
adalah udara yang bergerak karena adanya perbedaan tekanan udara di sekitarnya.
Angin bergerak dari tekanan udara tinggi ke tekanan udara yang lebih rendah.
Perbedaan tekanan ini diakibatkan karena perbedaan penerimaan dan penyerapan
panas matahari oleh bumi. Udara yang terkena panas akan memuai dan menjadi
lebih ringan sehingga naik. Hal ini mengaikibatkan tekanan udara akan turun
karena udaranya berkurang. Sedangkan udara dingin akan mengalir ke tempat
yang bertekanan udara rendah. Udara menyusut menjadi lebih berat dan turun ke
permukaan tanah dan udara berubah menjadi panas lagi sehingga kembali naik.
Aliran naiknya udara panas dan turunnya udara dingin disebut dengan konveksi.
Energi angin dimanfaatkan sebagai sumber Pembangkit Listrik Tenaga
Angin (PLTA) dengan memanfaatkan turbin angin atau kincir angin. Cara
kerjanya cukup sederhana, angin memutar kincir angin yang kemudian memutar
rotor pada generator yang dipasang dibagian belakang kincir angin, sehingga akan
menghasilkan listrik dan biasanya disimpan dengan menggunakan baterai.
Syarat dan kondisi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan
energi listrik dapat dilihat pada Tabel 2.1.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
Tabel 2.1 Tingkat Kecepatan Angin
Tingkat Kecepatan Angin 10 meter diatas Permukaan Tanah
Kelas
Angin
Kecepatan angin
(m/d) 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-daun bergoyang
pelan, petunjuk arah angin bergerak.
5 5.5 – 7.9 Debu dijalan, 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
berombak kecil.
8 13.9 – 17.1 Ujung pohon melengkung, hembusan angin
terasa ditelinga.
9 17.2 – 20.7 Dapat mematahkan ranting pohon, jalan berat
melawan arah angin.
10 20.9 – 24.4 Dapat mematahkanranting pohon, rumah
rubuh.
11 24.5 – 28.4 Dapat merubuhkan pohon, dapat menimbulkan
kerusakan.
12 28.5 – 32.5 Dapat menimbulkan kerusakan parah.
13 32.6 – 42.3 Tornado
Sumber : http://www.kincirangin.info/pdf/kondisi-angin.pdf, diakses Oktober
2016
Batas minimum untuk menggerakan kincir adalah angin kelas 3 dan batas
maksimumnya adalah angin kelas 8 sehingga dapat menghasilkan energi listrik.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
2.1.1 Jenis Angin
Jenis – jenis angin antara lain :
1. Angin laut
Gambar 2.1 Angin Laut
Sumber : http://imangeografi10.blogspot.co.id, diakses Oktober 2016
Angin laut adalah angin yang berhembus dari laut menuju daratan dan
seringkali terjadi saat siang hari. Hal ini terjadi karena udara di permukaan daratan
mengalami pemanasan lebih cepat dibandingkan udara di permukaan laut,
sehingga tekanan udara di permukaan daratan lebih rendah dibandingkan udara di
permukaan laut seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2.1.
2. Angin darat
Gambar 2.2 Angin Darat
Sumber : http://imangeografi10.blogspot.co.id, diakses Oktober 2016
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
Angin darat adalah angin yang berhembus dari daratan menuju lautan dan
sering kali angin darat terjadi saat malam hari. Hal ini terjadi karena temperatur
udara di permukaan laut lebih tinggi dibandingkan temperatur udara di permukaan
daratan seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2.2.
3. Angin lembah
Gambar 2.3 Angin lembah
Sumber : http://imangeografi10.blogspot.co.id, diakses Oktober 2016
Angin lembah adalah angin yang berhembus dari lembah menuju gunung
dan sering kali terjadi saat siang hari di sekitar pegunungan. Hal ini terjadi karena
udara di permukaan gunung mengalami pemanasan lebih cepat dibandingkan
udara di permukaan lembah, sehingga tekanan udara di permukaan gunung
menjadi lebih rendah dibandingkan di permukaan lembah seperti yang dapat
dilihat pada Gambar 2.3.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
4. Angin gunung
Gambar 2.4 Angin Gunung
Sumber : http://imangeografi10.blogspot.co.id, diakses Oktober 2016
Angin gunung adalah angin yang berhembus dari gunung menuju lembah
dan sering kali terjadi saat malam hari di sekitar pegunungan. Hal ini terjadi
karena udara di permukaan gunung mengalami pendinginan lebih cepat
dibandingkan udara di permukaan lembah, sehingga tekanan udara di permukaan
lembah menjadi lebih rendah dibandingkan udara di permukaan gunung seperti
yang dapat dilihat pada Gambar 2.4.
2.2 Kincir Angin
Kincir angin adalah alat yang mampu bergerak dengan energi angin untuk
dirubah menjadi energi mekanik. Kincir angin dulu awalnya banyak dijumpai di
negara – negara Eropa khususnya Denmark dan Belanda yang pada saat itu
banyak digunakan untuk irigasi, menumbuk hasil pertanian, penggilingan
gandum, dan pembangkit tenaga listrik hingga saat ini terus dikembangkan.
Secara umum, menurut porosnya kincir angin digolongkan menjadi dua jenis,
yaitu kincir angin poros horisontal dan kincir angin poros vertikal.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
2.2.1 Jenis Kincir
Kincir angin dapat dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu :
1. Turbin Angin Sumbu Horisontal (TASH) / Horizontal Axis Wind Turbine
(HAWT)
Turbin angin atau kincir angin sumbu horisontal memiliki sumbu utama
yang sejajar dengan permukaan tanah, dan arah poros utama sesuai dengan arah
datangnya angin. Turbin ini terdiri dari sebuah menara, sebuah kincir yang
dipasang di ujung menara, dan generator yang dipasang bersama kincir.
Keunggulan dari kincir angin sumbu horisontal adalah :
a. Mampu mengkonversi energi angin saat kecepatan tinggi.
b. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi.
c. Memiliki faktor keamanan yang baik karena posisi sudu yang berada
dipuncak menara.
d. Material yang digunakan lebih sedikit.
e. Memiliki efisiensi yang tinggi.
Kelemahan dari kincir angin sumbu horisontal adalah :
a. Biaya pemasangan lebih mahal dibandingkan dengan kincir angin sumbu
vertical.
b. Proses pembuatan dan pemasangan kincir angin sumbu horizontal cukup
sulit karena memiliki konstruksi yang tinggi.
c. Riskan apabila dipasang di daerah padat penduduk.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
Beberapa jenis kincir angin horizontal yang sudah umum dikenal dan
dikembangkan :
a.) Kincir Angin Propeler Tiga Sudu
Gambar 2.5 Contoh Kincir Propeler Tiga Sudu
Sumber : https://repository.usd.ac.id/, diakses Oktober 2016
b.) Kincir Angin America Multi Blade
Gambar 2.6 Contoh Kincir American Multi Blade
Sumber : http://en.wikipedia.org/wiki/File:, diakses Oktober 2016
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
c.) Kincir Angin Dutch Four Arm
Gambar 2.7 Contoh Kincir Angin Dutch Four Arm
Sumber : http://en.wiktionary.org/wiki/windmill, diakses Oktober 2016
2. Turbi Angin Sumbu Vertikal (TASV) / Vertical Axis Wind Turbine (VAWT)
Turbin angin atau kincir angin sumbu vertikal ini adalah salah satu kincir
angin yang arah posisi porosnya tegak lurus dengan datangnya angin atau sering
kali dipahami bahwa jenis kincir seperti ini dapat mengkonversi tenaga angin dari
segala arah.
Keunggulan dari kincir angin jenis VAWT adalah :
a. Dapat menerima angin dari segala arah.
b. Memiliki torsi yang besar walaupun putaran porosnya rendah.
c. Mampu bekerja pada putaran yang rendah.
d. Memiliki luasan frontal yang besar karna dalam perhitungan luasan
berbentuk persegi panjang.
Kelemahan dari kincir angin jenis VAWT adalah :
a. Bekerja pada angin rendah, sehingga energi yang dihasilkan sangat kecil.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
b. Pemasangan kincir angin poros vertikal yang rendah membuat resiko
kecelakaan yang besar bagi manusia.
c. Sudu yang mampu mendapatkan energi angin dinamakan downwind dan
sudu yang menolak angin dinamakan upwind, sudu bagian ini cenderung
menghambat putaran poros.
d. Dari desainnya, berat poros dan sudu yang bertumpu pada bantalan
(bearing) menjadi suatu beban tambahan dari beberapa desain kincir
angin poros vertikal yang ada.
Beberapa jenis kincir angina vertikal yang sudah umum dikenal dan
dikembangkan :
a.) Kincir Angin Quet Revolution
Gambar 2.8 Contoh Kincir Angin Quet Revolution
Sumber : http://www.bdonline.co.uk, diakses Oktober 2016
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
b.) Kincir Angin Wepower
Gambar 2.9 Contoh Kincir Angin Wepower
Sumber : http://www.alternativeconsumer.com, diakses Oktober 2016
c.) Kincir Angin Darrieus Wind Turbine
Gambar 2.10 Contoh Kincir Angin Darrieus Wind Turbine
Sumber : https://en.wikipedia.org, diakses Oktober 2016
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
d.) Kincir Angin
Gambar 2.11 Contoh Kincir Angin Savonius Wind Turbine
Sumber : www.pinterest.com, diakses Oktober 2016
2.3 Rumus Perhitungan
Rumus perhitungan yang digunakan untuk mengetahui unjuk kerja kincir
angin adalah :
2.3.1 Energi Kinetik
Energi Kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda akibat
pergerakan benda tersebut, yang dapat dirumuskan sebagai berikut :
(1)
dimana :
: massa udara
: kecepatan angin ⁄
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
2.3.2 Daya Angin
Daya Angin adalah daya yang tersedia oleh angin, dimana daya ini
berbanding lurus dengan pangkat tiga kecepatannya dan dapat dirumuskan sebagai
berikut :
(2)
dimana:
: daya yang tersedia pada angin
: luas penampang sudu
: massa jenis udara ⁄
: kecepatan angin ⁄
1. Torsi
Torsi adalah hasil perkalian besarnya gaya pembebanan dengan
panjang lengan torsinya sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut :
(3)
dimana:
: torsi
: gaya pembebanan
: panjang lengan torsi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
2. Daya Kincir
Daya Kincir adalah daya yang dihasilkan oleh kincir akibat adanya
angin yang ditangkap oleh sudu kincir sehingga sudu kincir bergerak melingkar.
Daya yang dihasilkan oleh sudu kincir yang berputar adalah :
(4)
Untuk menentukan kecepatan sudut, digunakan persamaan :
⁄
Dengan demikian daya yang dihasilkan oleh kincir angin dinyatakan dengan
persamaan sebagai berikut :
dimana:
: daya yang dihasilkan kincir
: torsi
: putaran poros kincir
: kecepatan sudut ⁄
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
3. Daya Listrik
Daya listrik adalah besarnya energi yang mengalir atau diserap oleh alat
setiap detik, dirumuskan sebagai berikut :
(5)
Dimana :
: daya listrik
: tegangan listrik
: arus listrik
4. Tip Speed Ratio
Tip Speed Ratio adalah perbandingan antara kecepatan di ujung sudu
kincir angin dengan kecepatan anginnya sehingga dapat dirumuskan sebagai
berikut :
(6)
dimana :
: tip speed ratio
: kecepatan putar poros kincir angin
: jari – jari sudu kincir angin
: kecepatan angin ⁄
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
5. Koefisien Daya
Koefisien Daya (Cp) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan
oleh kincir angin dengan daya yang tersedia oleh angin sehingga bisa dirumuskan
sebagai berikut :
(7)
dimana :
: koefisien daya
: daya yang dihasilkan oleh kincir angin
: daya yang tersedia oleh angin
Hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio dari berbagai
jenis kincir angin adalah 59%. Menurut Albert Betz, teorinya tersebut dinamakan
dengan Betz Limit dengan grafik sebagai berikut :
Gambar 2.12 Hubungan Antara Koefisien Daya dan Tip Speed Ratio
Sumber : www.windturbine-performance.com, diakses Oktober 2016
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
2.4 Komposit
Secara umum komposit diartikan sebagai paduan dari dua atau lebih
material yang tidak saling bercampur yang hasilnya membentuk sifat karakteristik
material yang baru sehingga menghasilkan material yang memiliki sifat lebih baik
dari material penyusunnya.
. Analoginya, material A digabungkan dengan material B membentuk
paduan material A-B yang memberikan karakteristik material yang baru, lebih
baik dari material A dan B yang tidak saling bercampur. Contoh sederhananya,
misalkan pengecoran bangunan dengan menggunakan semen, apabila ditambah
dengan menggunakan besi beton neser akan lebih kokoh daripada hanya
menggunakan semen saja ataupun besi beton neser saja.
Kelebihan komposit :
1. Massa jenis rendah (ringan).
2. Perbandingan kekuatan dan berat yang menguntungkan.
3. Lebih kuat (stiff), ulet (tough), dan tidak getas.
4. Tahan terhadap cuaca dan korosi.
5. Mudah diproses (dibentuk).
Kekurangan :
1. Tidak tahan terhan beban kejut (shock) dan crash (tabrak)
dibandingkan dengan metal.
2. Kurang elastis dan lebih sulit dibentuk secara plastis.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
Gambar 2.13 Contoh Komponen Bahan Komposit
2.4.1 Fasa Penyusun Komposit
Suatu komposit tersusun atas 2 fasa, yaitu :
1. Matriks
Dalam struktur komposit bahwa matriks bisa berasal dari bahan polimer,
logam, maupun keramik. Matriks secara umum berfungsi untuk mengikat serat
menjadi satu struktur komposit. Matriks sendiri memiliki fungsi sebagai berikut :
a. Mengikat serat menjadi satu struktur.
b. Melindungi serat dari kerusakan akibat kondisi lingkungan.
c. Menstransfer dan mendistribusikan beban ke serat.
d. Menyumbangkan beberapa sifat seperti, kekakuan, ketangguhan dan
ketahanan listrik.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
Berdasarkan matriksnya, komposit dapat dibedakan menjadi 3 jenis, yaitu :
a.) Polymer Matrix Composites
Komposit Matriks Polimer merupakan jenis komposit yang sering
digunakan. Komposit jenis ini menggunakan suatu polimer berbahan resin
sebagai matriksnya. Kelebihan dari komposit jenis ini adalah mudah dibentuk
mengikuti profil yang digunakan, memiliki ketangguhan yang baik, dan lebih
ringan dibanding jenis komposit yang lainnya.
b.) Metal Matirx Composites
Komposit Matriks Logam merupakan jenis komposit yang
menggunakan suatu logam seperti aluminium sebagai matriksnya. Kelebihan
dari jenis komposit ini adalah tahan terhadap temperatur tinggi, memiliki
kekuatan tekan dan geser yang baik, dan tidak menyerap kelembapan.
c.) Ceramic Matrix Composites
Komposit Matriks Keramik merupakan jenis komposit yang
menggunakan bahan keramik sebagai penguatnya. Kelebihan dari jenis ini
adalah memiliki kekuatan dan ketangguhan yang baik, tahan terhadap korosi,
dan tahan terhadap temperatur tinggi.
Gambar 2.14 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Bentuk Matriksnya
Sumber : yudiprasetyo53.wordpress.com, diakses Oktober 2016
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
2. Reinforcement
Reinforcement memiliki fungsi untuk meningkatkan kekuatan dan
kekakuan matrik. Penguatan ini biasanya dalam bentuk serat (fiber), atau serbuk.
Serat yang sering digunakan dalam pembuatan komposit antara lain serat E –
Glass, Boron (unsur non logam berupa serbuk abu dan lainnya), Karbon, Aramid,
Keramik dan lain sebagainya.
Tabel 2.2 Contoh Jenis dan Karakteristik Material Komposit
Apabila menggunakan fiber sebagai penguat, fiber yang digunakan harus
mempunyai diameter yang lebih kecil dari diameter matriksnya namun harus lebih
kuat dari matriksnya dan harus mempunyai kekuatan tarik yang tinggi. Sedangkan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
matriks yang digunakan juga harus memiliki modulus elastisitas yang lebih
rendah daripada fiber, mempunyai ikatan yang bagus antara matriks dan fiber dan
biasanya secara umum yang digunakan adalah polimer dan logam.
Matriks yang dipadukan dengan fiber itu sendiri berfungsi sebagai :
a. Pemisah antara fiber dan juga mencegah timbulnya perambatan retak dari
suatu fiber ke fiber lain.
b. Penjepit fiber.
c. Melindungi fiber dari kerusakan permukaan.
d. Berfungsi sebagai media dimana tekanan dari luar yang diaplikasikan
pada komposit, ditransmisikan dan didistribusikan ke fiber.
Berdasarkan jenisnya, penguat dibagi menjadi 3 jenis sebagai berikut :
a.) Particulate Composite
Gambar 2.15 Contoh Particulate Composites
Sumber : www.studyblue.com, diakses Oktober 2016
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
Material komposit pertikel terdiri dari satu atau lebih partikel yang
tersuspensi di dalam matriks dari matriks lainnya. Partikel logam dan non –
logam dapat digunakan sebagai matriks.
b.) Fibre Composite
Penguat Berupa Serat merupakan komposit yang terdiri dari satu
lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat (fiber).
Serat yang digunakan berupa serat kaca, serat karbon, serat aramid dan masih
banyak yang lainnya. Serat ini dapat disusun secara acak maupun orientasi
tertentu, bahkan dapat pula dalam bentuk yang lebih kompleks seperti
anyaman.
Gambar 2.16 Contoh Fibre Composites
Sumber : www.studyblue.com, diakses Oktober 2016
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
Setiap jenis serat mempunyai karakteristik tersendiri, berikut ini contoh
jenis bahan yang mempengaruhi kekuatan serat :
Tabel 2.3 Typical Properties of Reinforcing Fiber
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
c.) Structural Composite
Penggabungan Komposit terdiri dari, minimal dua material berbeda
yang direkatkan bersama – sama. Proses pelapisan dilakukan dengan
mengkombinasikan aspek terbaik dari masing – masing lapisan untuk
mendapat bahan yang berguna.
Gambar 2.17 Contoh Structural Composites Laminate
Sumber : www.fao.org, diakses Oktober 2016
Gambar 2.18 Contoh Structural Composites Sanwich Panel
Sumber : www.acmgf.com, diakses Oktober 2016
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
2.5 Fiberglass
Adalah kaca cair yang ditarik menjadi serat tipis dengan garis
tengah sekitar 0,005 mm – 0,01 mm. Serat ini dapat dipintal menjadi benang atau
ditenun menjadi kain, yang kemudian diresapi dengan resin sehingga menjadi
bahan yang kuat dan tahan korosi.
Gambar 2.19 Contoh Fiberglass
Sifat – sifat dari fiberglass yaitu sebagai berikut :
1. Tahan korosi.
2. Tensile strength cukup tinggi.
3. Density cukup rendah.
4. Resisten terhadap dingin dan panas.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
Tabel 2.4 Sifat – sifat Dari Berbagai Jenis Fiberglass
Keuntungan dari penggunaan fiberglass sebagai berikut :
1. Tahan terhadap korosi.
2. Biaya murah.
Beberapa jenis fiberglass antara lain sebagai berikut :
1. E-glass
2. C-glass
3. S-glass
Tabel 2.5 Komposisi Kimia Jenis – Jenis Fiberglass
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
2.6 Resin Epoksi
Epoksida adalah senyawa eter siklik dengan cincin yang memiliki tiga
anggota. Struktur dasar dari epoksida terdiri dari sebuah atom oksigen yang diikat
oleh dua atom karbon berdekatan yang berasal dari hidrokarbon. Tegangan dari
ketiga anggota tersebut membuat senyawa epoksida menjadi lebih reaktif daripada
senyawa eter siklik.
Gambar 2.20 Contoh Resin Epoksi
Sumber : www.slideshare.net, diakses Oktober 2016
2.7 Tinjauan Pustaka
Pada penelitian kincir angin poros horizontal berbahan komposit, diameter
100 cm dengan variasi penambahan sirip pada ujung sudu. Pengujian dilakukan
dengan wind tunnel menghasilkan koefisien daya tertinggi 29,5% pada tip speed
ratio 5. Diperoleh dengan model kincir angin bersudut 34o, menurut Isiodorus
(2013).
Selain itu, pada Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII
(SNTTM XII) di Bandar Lampung (Doddy Purwadianto dan Trio Pordomuan)
dengan judul “Pengaruh Posisi Sirip Sudu Terhadap Karakteristik Kincir Angin
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
Petani Garam di Pantai Utara Jawa“ dengan model kincir angin sudu plat datar
bersirip, diameter 80 cm, ukuran sirip 3 cm x 7 cm, jumlah sudu 2 dengan 4
variasi posisi sirip sudu ( 10o, 20
o, 30
o, 40
o ) di depan wind tunnel menghasilkan
koefisien daya maksimum sebesar 21% dengan posisi sirip 10o pada kecepatan
angin sekitar 7 m/detik.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
33
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Penelitian
Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perencanaan kincir hingga
analisis data. Langkah kerja dalam penelitian ini terlihat pada gambar diagram alir
seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.1.
Mulai
Konsultasi dan Studi
Perancangan kincir angin
jenis propeller
Pembuatan kincir angin
jenis propeller
Pengujian kincir angin
Pengambilan data
Pengolahan data
Pembahasan dan Laporan
BAIK
TIDAK
BAIK
Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin.
kecepatan angin
putaran poros
kincir
tegangan
arus listrik
pembebanan
kincir angin
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
34
Ada tiga jenis perlakuan metode untuk melakukan penelitian ini, yaitu :
1. Penelitian Kepustakaan
Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur – literatur
yang berhubungan dengan penulisan tugas akhir ini serta dapat dipertanggung
jawabkan kebenarannya.
2. Pembuatan Alat
Pembuatan alat uji kincir angin tipe ini dilakukan di Laboratorium
Konversi Energi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Kincir yang sudah
dibuat dipasang pada wind tunnel dan motor listrik sebagai sumber tenaga untuk
menghasilkan tenaga angin untuk memutar kincir.
3. Pengamatan Secara Langsung
Metode observasi ini dilakukan dengan mengamati secara langsung
terhadap objek yang diteliti yaitu kincir angin sumbu horisontal pada wind tunnel.
3.2 Alat dan Bahan
Model kincir angin horisontal ini d i bu a t dengan bahan dasar komposit
serat e – glass dengan 5 lapisan yang di susun secara teratur dan cara
pembuatannya memerlukan cetakan yang sudah dibuat menggunakan bahan pipa
PVC dan dengan diameter kincir 100 cm.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
1. Sudu kincir angin.
Gambar 3.2 Sudu Kincir
Ukuran panjang sudu kincir menentukan daerah sapuan angin yang
menerima energi angin sehingga dapat membuat dudukan sudu atau turbin
berputar. Semua sudu memiliki bentuk, ukuran, dan berat yang sama, sudu kincir
angin yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.2.
2. Dudukan Sudu
Gambar 3.3.a Dudukan Sudu. Gambar 3.3.b Kincir Angin.
Dudukan sudu merupakan sebuah komponen yang berfungsi untuk
pemasangan sudu dan juga untuk mengatur kemiringan sudu. Dudukan sudu
ini memiliki dua belas buah lubang untuk pemasangan sudu dan untuk mengatur
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
kemiringan sudu dengan cukup memutar kemiringan plat dudukan sudu. Posisi plat
dudukan dapat disesuaikan dengan kebutuhan yang diperlukan, seperti yang
ditunjukan pada Gambar 3.3.a.
3. Fan Blower
Gambar 3.4 Blower
Fan blower berfungsi untuk menggantikan energi angin agar dapat
memutar kincir angin, fan blower dengan power sebesar 15 Hp, seperti yang
ditunjukan pada Gambar 3.4.
4. Tachometer
Gambar 3.5 Tachometer
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan
putaran poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (rotation per minute).
Jenis tachometer yang digunakan adalah digital light tachometer, cara kerjanya
cukup sederhana meliputi 3 bagian, yaitu : Sensor, pengolah data, dan penampil
data yang dibaca alat ini, seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.5.
5. Timbangan Digital
Gambar 3.6 Timbangan Digital
Timbangan Digital digunakan untuk mengetahui beban generator pada
saat kincir angin berputar. Timbangan digital ini diletakan pada bagian lengan
generator, seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.6.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
6. Anemometer
Gambar 3.7 Anemometer
Anemometer berfungsi untuk mengukur atau menentukan kecepatan angin.
Selain mengukur kecepatan angin, alat ini juga dapat mengukur besarnya tekanan
angin, cuaca, dan tinggi gelombang laut, seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.7.
7. Voltmeter
Gmbar 3.8 Voltmeter
Voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan yang dihasilkan kincir
angin oleh setiap variasinya, seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.8.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
8. Amperemeter
Gambar 3.9 Ampermeter
Ampermeter digunakan untuk mengukur arus yang dihasilkan oleh kincir
angin dengan setiap variasinya, seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.9.
9. Pembebanan
Gambar 3.10. Skema Pembebanan Lampu.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
Pembebanan yang dilakukan dengan menggunakan lampu bermaksud
untuk mengetahui performa kincir angin. Variasi voltase lampu yang diberikan
bermaksud supaya data yang dihasilkan lebih bervariasi. Gambar pembebanan
lampu seperti ditunjukkan oleh Gambar 3.10 Pembebanan lampu.
3.3 Desain Kincir
Desain kincir angin yang dibuat seperti yang ditunjukan pada Gambar
3.11. Gambar tersebut menunjukan bahwa kincir angin yang dibuat panjang
diameternya berukuran 100 cm dengan lebar maksimum sudu 12 cm.
18,5 cm
Gambar 3.11 Desain kincir.
50 cm
2 cm
2 cm 2 cm
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
3.4 Pembuatan Sudu (Blade) Kincir Angin
3.4.1 Alat dan Bahan
Pembuatan sebuah sudu merupakan proses yang dilakukan secara bertahap
serta membutuhkan alat dan bahan, seperti yang ditunjukkan oleh Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu.
ALAT BAHAN
Mesin Bor Pipa 8 Inchi
Mesin Gerinda Tangan Katalis
Ampelas Resin
Timbangan Serat gelas
Kertas Karton Aluminium foil
Kuas Plat Aluminium
Gergaji Besi
Gunting
Gelas Ukur
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
3.4.2 Proses Pembuatan Sudu
Dalam proses pembuatan sudu dilakukan dengan beberapa tahapan,
tahapan – tahapan pembuatan sudu seperti berikut :
1. Pembuatan Cetakan Pipa PVC
a. Memotong Pipa PVC 8 inchi dengan Panjang 50 cm.
Gambar 3.12 Proses Pemotongan Pipa
Pipa PVC 8 inchi berfungsi sebagai mal / cetakan dari proses
pembuatan sudu kincir angin yang mana bahan yang digunakan adalah
komposit. Proses memotong menggunakan gerinda dengan panjang pipa yang
diinginkan adalah 50 cm.
Setelah pipa dipotong, kemudian pipa di belah dua. Hal ini bertujuan
pada saat pembentukan pipa dengan mal kertas agar lebih mudah dilakukan
dan Pipa yang digunakan adalah Pipa PVC Wavin D 8 inchi, seperti yang
ditunjukkan oleh Gambar 3.12.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
43
b. Membentuk Mal / Cetakan Kertas.
Mal atau cetakan kertas mempermudah pembentukan pipa menjadi
sebuah sudu. Mal ditempelkan pada pipa kemudian pipa ditandai sesuai
dengan mal menggunakan spidol.
c. Membentuk pipa dengan mal kertas.
Gambar 3.13 Proses Menggambar Cetakan pada Pipa
Pipa yang telah ditandai oleh mal ketas, kemudian dipotong
menggunakan gerinda. Proses pembentukan ini dilakukan secara bertahap,
pemotongan di mulai dari garis mal yang mudah dipotong. Proses
pembentukan pipa seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 3.13.
d. Menghaluskan Pipa PVC
Setelah pipa yang telah dibentuk sesuai dengan bentuk dari mal kertas,
kemudian pinggiran pipa dihaluskan. Hal ini bertujuan untuk mencapai sebuah
presisi ukuran dan estetika dari pipa.
2. Pembuatan Sudu (Komposit)
a. Pelapisan Cetakan Pipa PVC
Setelah cetakan dari pipa PVC telah siap, kemudian dilanjutkan pada
tahap kedua yaitu pembuatan sudu. Sebelum perpaduan dari resin dan katalis
dioleskan dipermukaan cetakan, mal pipa PVC dilapisi dengan allumunium
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
44
foil. Hal ini bertujuan agar cetakan dengan sudu yang telah jadi tidak
menempel pada cetakan, seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 3.14.
Gambar 3.14 Proses Pelapisan Sudu dengan Alluminium Foil
b. Pencampuran Resin dan Katalis
Pencampuran resin dan katalis dilkakukan didalam wadah / gelas.
Katalis berfungsi untuk mengeraskan campuran sedangkan resin adalah bahan
yang dikeraskan.
c. Pembuatan Sudu
Dalam membuat sebuah sudu dengan bahan komposit yang terdiri dari
resin, katalis, dan serat kaca. Proses pembuatan sudu dilakukan secara
berulang dan cepat. Karena penulis mengharapkan sebuah sudu yang jadi
nantinya terdiri dari lima lapis serat kaca. Di antara lapisan kedua dan ketiga
serat kaca diberikan sebuah plat allumunium pada pangkal sudu yang
berukuran 2 cm x 6 cm. Pemberian sebuah plat pada lapisan serat kaca
bertujuan untuk menambah kekuatan pada pangkal sudu terhadap gaya tekan
yang diberikan oleh baut untuk pemasangan sudu pada dudukan sudu.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
45
Langkah – langkah pembuatan sudu sebagai berikut :
a.) Mengoleskan campuran resin dan katalis pada permukaan pipa
cetakan yang telah dilapisi allumunium foil menggunakan kuas.
b.) Menempelkan lapisan pertama serat kaca pada cetakan yang telah
dioleskan campuran resin dan katalis.
c.) Mengoleskan campuran resin dan katalis pada lapisan serat kaca
pertama.
d.) Menempelkan lapisan kedua serat kaca kedua.
e.) Mengoleskan campuran resin dan katalis pada lapisan serat kaca
kedua.
f.) Menempelkan plat alumuium diantara lapisan kedua dan ketiga serat
kaca.
g.) Menempelkan lapisan ketiga serat kaca.
h.) Mengoleskan campuran resin dan katalis pada lapisan ketiga serat
kaca.
i.) Menempelkan lapisan keempat serat kaca.
j.) Mengoleskan campuran resin dan katalis pada lapisan keempat serat
kaca.
k.) Menempelkan lapisan kelima serat kaca.
l.) Mengoleskan campuran resin dan katalis pada lapisan kelima serat
kaca.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
46
d. Pengeringan Sudu
Setelah proses pembuatan sudu selesai dilakukan, kemudian sudu
dikeringkan dengan cara diangin – anginkan saja dan jangan dijemur dibawah
sinar matahari secara langsung. Proses pengeringan yang dilkukan diangin –
anginkan saja memerlukan waktu 2 – 3 jam.
e. Finishing Sudu
Proses finishing sudu meliputi : pemotongan, penghalusan,
penimbangan berat sudu. Penimbangan berat sudu yang dimaksud adalah
menyamakan berat sudu menjadi 215 gram untuk satu sudunya ditimbang
dengan menggunakan timbangan duduk digital.
f. Pembuatan Lubang Baut
Pembuatan lubang pada sudu dilakukan menggunakan bor dengan
diameter lubang baut 10 mm.
3.5 Langkah Penelitian
Langkah yang dilakukan sebelum pengambilan data penelitian adalah
pemaasangan kincir angin di depan fan blower dan pemasangan komponen poros
penghubung kincir angin dengan sistem pembebanan lampu yang berada di
bagian belakang kincir angin. Proses pengambilan data kecepatan angin, putaran
poros (rpm), tegangan, arus listrik, dan pembebanan kincir angin ada beberapa hal
yang perlu dilakukan yaitu :
1. Poros kincir dihubungkan dengan mekanisme pembebanan lampu.
2. Memasang sudu pada dudukan sudu.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
47
3. Memasang anemometer pada tiang di depan kincir angin untuk mengukur
kecepatan angin.
4. Memasang timbangan digital pada lengan generator.
5. Memasang generator pada poros kincir angin.
6. Merangkai pembebanan lampu pada generator.
7. Jika sudah siap, fan blower dihidupkan untuk memutar kinicir.
8. Percobaan pertama kincir angin tiga sudu dengan kecepatan angin 10 m/s,
percobaan kedua dengan kecepatan 8 m/s, percobaan ketiga dengan kecepatan
angin 6 m/s.
9. Untuk mengatur kecepatan angin dalam terowongan angin dengan cara
memundurkan jarak gawang kincir angin terhadap fan blower agar dapat
menentukan variasi kecepatan angin.
10. Bila kecepatan angin dan variasi beban telah sesuai dengan yang
diinginkan, maka pengukuran dapat dilakukan dengan membaca massa
pengimbang yang terukur pada timbangan digital.
11. Mengukur kecepatan angin dengan menggunakan anemometer dan kecepatan
kincir angin dengan mengunakan tachometer.
12. Mengamati pengambilan data penelitian selama waktu yang telah ditentukan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
48
BAB IV
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Pengujian
Tabel 4.1 Data Pengujian Tiga Sudu dengan Variasi
Panjang Sirip 10 cm dan Kecepatan Angin 6,3 m/s.
Tabel 4.2 Data Pengujian Tiga Sudu dengan Variasi
Panjang Sirip 13 cm dan Kecepatan Angin 6,3 m/s.
Kec. Angin Putaran Kincir Tegangan ArusGaya
Pengimbang
m/s n (rpm) Volt Ampere F (gram)
1 6,3 611 41,20 0,00 120
2 6,3 593 38,60 0,18 150
3 6,3 586 36,80 0,25 180
4 6,3 579 35,90 0,39 210
5 6,3 557 35,00 0,50 240
6 6,3 527 33,50 0,61 260
7 6,3 500 32,80 0,73 300
8 6,3 489 30,50 0,79 310
9 6,3 479 29,80 0,87 330
10 6,3 462 28,70 0,97 350
11 6,3 454 27,60 1,08 370
12 6,3 442 25,60 1,14 380
13 6,3 408 22,50 1,19 400
14 6,3 338 17,60 1,22 420
15 6,3 310 13,40 1,26 440
NO.
Kec. Angin Putaran Kincir Tegangan ArusGaya
Pengimbang
m/s n (rpm) Volt Ampere F (gram)
1 6,3 620 41,40 0,00 100
2 6,3 595 40,90 0,13 140
3 6,3 589 38,80 0,25 160
4 6,3 578 34,70 0,39 200
5 6,3 565 34,00 0,48 230
6 6,3 558 33,90 0,59 260
7 6,3 544 32,70 0,73 290
8 6,3 539 30,60 0,80 310
9 6,3 521 28,90 0,86 320
10 6,3 508 26,80 0,93 340
11 6,3 492 24,10 0,99 360
12 6,3 472 23,30 1,09 370
13 6,3 468 21,30 1,14 390
14 6,3 450 16,60 1,21 400
15 6,3 380 15,80 1,23 430
NO.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
49
Tabel 4.3 Data Pengujian Tiga Sudu dengan Variasi
Panjang Sirip 10 cm dan Kecepatan Angin 8,2 m/s.
Tabel 4.4 Data Pengujian Tiga Sudu dengan Variasi
Panjang Sirip 13 cm dan Kecepatan Angin 8,2 m/s.
Kec. Angin Putaran Kincir Tegangan ArusGaya
Pengimbang
m/s n (rpm) Volt Ampere F (gram)
1 8,2 682 46,80 0,00 120
2 8,2 673 45,80 0,11 140
3 8,2 640 44,10 0,22 170
4 8,2 626 42,80 0,33 220
5 8,2 612 40,50 0,42 240
6 8,2 580 37,80 0,53 270
7 8,2 569 36,60 0,63 290
8 8,2 552 35,20 0,75 320
9 8,2 546 34,30 0,85 330
10 8,2 530 33,70 0,96 350
11 8,2 510 31,50 1,08 380
12 8,2 490 30,30 1,15 400
13 8,2 465 27,00 1,25 410
14 8,2 435 26,90 1,29 430
15 8,2 392 23,20 1,39 470
NO.
Kec. Angin Putaran Kincir Tegangan ArusGaya
Pengimbang
m/s n (rpm) Volt Ampere F (gram)
1 8,2 702 48,00 0,00 120
2 8,2 673 45,70 0,12 150
3 8,2 657 43,10 0,22 170
4 8,2 639 42,90 0,33 200
5 8,2 613 41,90 0,44 220
6 8,2 590 39,10 0,54 240
7 8,2 582 38,30 0,64 280
8 8,2 578 37,50 0,74 300
9 8,2 535 36,00 0,85 310
10 8,2 527 32,70 0,99 340
11 8,2 495 29,20 1,04 350
12 8,2 485 28,90 1,18 380
13 8,2 473 28,30 1,24 400
14 8,2 430 26,60 1,34 420
15 8,2 336 22,30 1,44 440
NO.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
50
Tabel 4.5 Data Pengujian Tiga Sudu dengan Variasi
Panjang Sirip 10 cm dan Kecepatan Angin 10,3 m/s.
Tabel 4.6 Data Pengujian Tiga Sudu dengan Variasi
Panjang Sirip 13 cm dan Kecepatan Angin 10,3 m/s.
Kec. Angin Putaran Kincir Tegangan ArusGaya
Pengimbang
m/s n (rpm) Volt Ampere F (gram)
1 10,4 790 52,20 0,00 110
2 10,4 764 51,20 0,14 150
3 10,4 743 49,40 0,26 190
4 10,4 710 46,80 0,40 230
5 10,4 690 46,10 0,56 260
6 10,4 675 44,80 0,69 290
7 10,4 650 43,50 0,81 300
8 10,4 645 42,80 0,95 340
9 10,4 630 41,50 1,08 370
10 10,4 610 39,80 1,19 390
11 10,4 583 37,80 1,29 420
12 10,4 570 36,60 1,36 460
13 10,4 546 35,80 1,43 480
14 10,4 528 34,30 1,55 500
15 10,4 485 33,60 1,61 520
NO.
Kec. Angin Putaran Kincir Tegangan ArusGaya
Pengimbang
m/s n (rpm) Volt Ampere F (gram)
1 10,4 777 53,40 0,00 100
2 10,4 748 51,20 0,15 140
3 10,4 720 50,00 0,29 180
4 10,4 700 48,50 0,44 220
5 10,4 680 47,00 0,56 240
6 10,4 672 44,90 0,69 270
7 10,4 655 43,30 0,82 290
8 10,4 630 42,60 0,92 320
9 10,4 615 41,60 1,02 350
10 10,4 600 40,80 1,12 370
11 10,4 580 39,60 1,23 400
12 10,4 550 38,40 1,34 430
13 10,4 525 37,30 1,43 460
14 10,4 500 35,20 1,47 480
15 10,4 470 34,30 1,59 500
NO.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
51
4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan
Dalam pengolahan data yang digunakan beberapa asumsi untuk
mempermudah pengolahan dan perhitungan data sebagai berikut :
a. Percepatan gravitasi bumi = 9,81 ⁄
b. Massa jenis udara = 1,18 ⁄
c. Luas penampang = 0,785
4.2.1 Perhitungan Daya Angin
Sebagai contoh perhitungan di bawah ini menggunakan data pengujian
kincir angin tiga sudu dengan variasi panjang sirip 10 cm dan kecepatan angin 6,3
⁄ . Maka diketahui bahwa massa jenis udara = 1,18 ⁄ , luas
penampang = 0,785 , dan kecepatan angin = 6,3 ⁄ . Sehingga dapat
dihitung daya angina sebesar :
⁄
⁄
Jadi daya angin yang dihasilkan sebesar 116 watt.
4.2.2 Perhitungan Torsi
Sebagai contoh perhitungan diambil dari pengujian yang dilakukan besar
torsi dapat kita hitung. Diambil dari Table 4.1 pada pengujian kesepuluh. Dari data
diperoleh besaran gaya = 3,43 N dan jarak lengan torsi ke poros sebesar
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
52
0,27 m, maka torsi dapat dihitung :
Jadi torsi yang dihasilkan sebesar 0,93 N.m.
4.2.3 Perhitungan Daya Kincir Mekanis
Sebagai contoh perhitungan diambil dari Table 4.1 pada pengujian
kesepuluh diperoleh putaran poros sebesar 462 rpm, dan torsi yang telah
diperhitungkan pada sub bab 4.2.2 sebesar = 0,93 N.m, maka besarnya daya
kincir dapat dihitung :
Jadi daya kincir yang diperoleh sebesar 44,85 watt.
4.2.4 Perhitungan Daya Listrik
Sebagai contoh perhitungan daya listrik diambil dari Tabel 4.1 pada
pengujian kesepuluh. Diperoleh tegangan sebesar 28,70 volt dan arus sebesar 0,97
ampere, maka daya listrik dapat dihitung :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
53
Jadi Daya listrik yang dihasilkan sebesar 27,84 watt.
4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr)
Sebagai contoh perhitungan diambil dari Table 4.1 pada pengujian
kesepuluh diperoleh putaran poros kincir angin sebesar 462 rpm, jari–jari kincir
angin sebesar = 0,5 m, dan kecepatan angin sebesar 6,3 m/s, maka tip speed
ratio dapat dihitung :
=
= 3,84
Jadi tip speed ratio yang diperoleh sebesar 3,84.
4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya
Sebagai contoh perhitungan diambil dari perhitugan di atas yakni, daya
angin pada sub bab 4.2.1 sebesar 116 watt dan daya yang dihasilkan kincir angin
pada sub bab 4.2.3 sebesar 44,85 watt, maka koefisien daya dapat dihitung :
Jadi koefisien daya yang diperoleh sebesar 38,71 %
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
54
4.3 Data Hasil Perhitungan
Parameter yang telah didapat dari penelitian diolah dengan software
Microsoft Excel untuk menampilkan tabel dan grafik hubungan antara beban torsi
dan putaran poros kincir , grafik hubungan antara torsi dan daya kincir
mekanis , grafik hubungan antara torsi dan daya listrik , dan
grafik hubungan antara tip speed ratio (tsr) dan koefisien daya Pada Tabel
4.7, Tabel 4.8, Tebel 4.9, Tabel 4.10, Tabel 4.11, dan Tabel 4.12 menampilkan
data hasil perhitungan untuk setiap variasi panjang sirip dan kecepatan angin.
Tabel 4.7 Data Perhitungan Tiga Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm dan
Kecepatan Angin 6,3 m/s.
Gaya
Pengimbang
Kecepatan
SudutTorsi Daya Angin
Daya Kincir
MekanisDaya Listrik
Tip Speed
RatioTegangan Arus
Koefisien
Daya
N rad/s N.m Pin (watt) Pout (watt) P (watt) TSR Volt Ampere Cp (%)
1 1,18 63,98 0,32 116 20,34 0,00 5,08 41,20 0,00 17,55
2 1,47 62,10 0,40 116 24,67 6,95 4,93 38,60 0,18 21,29
3 1,77 61,37 0,48 116 29,26 9,20 4,87 36,80 0,25 25,25
4 2,06 60,63 0,56 116 33,73 14,00 4,81 35,90 0,39 29,11
5 2,35 58,33 0,64 116 37,08 17,50 4,63 35,00 0,50 32,00
6 2,55 55,19 0,69 116 38,01 20,44 4,38 33,50 0,61 32,80
7 2,94 52,36 0,79 116 41,61 23,94 4,16 32,80 0,73 35,91
8 3,04 51,21 0,82 116 42,05 24,10 4,06 30,50 0,79 36,29
9 3,24 50,16 0,87 116 43,84 25,93 3,98 29,80 0,87 37,84
10 3,43 48,38 0,93 116 44,85 27,84 3,84 28,70 0,97 38,71
11 3,63 47,54 0,98 116 46,59 29,81 3,77 27,60 1,08 40,21
12 3,73 46,29 1,01 116 46,59 29,18 3,67 25,60 1,14 40,21
13 3,92 42,73 1,06 116 45,27 26,78 3,39 22,50 1,19 39,07
14 4,12 35,40 1,11 116 39,38 21,47 2,81 17,60 1,22 33,98
15 4,32 32,46 1,17 116 37,83 16,88 2,58 13,40 1,26 32,65
NO.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
55
Tabel 4.8 Data Perhitungan Tiga Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm dan
Kecepatan Angin 8,2 m/s.
Tabel 4.9 Data Perhitungan Tiga Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm dan
Kecepatan Angin 10,4 m/s.
Gaya
Pengimbang
Kecepatan
SudutTorsi Daya Angin
Daya Kincir
MekanisDaya Listrik
Tip Speed
RatioTegangan Arus
Koefisien
Daya
N rad/s N.m Pin (watt) Pout (watt) P (watt) TSR Volt Ampere Cp (%)
1 1,18 71,42 0,32 255 22,70 0,00 4,35 46,80 0,00 8,88
2 1,37 70,48 0,37 255 26,13 5,04 4,30 45,80 0,11 10,23
3 1,67 67,02 0,45 255 30,18 9,70 4,09 44,10 0,22 11,81
4 2,16 65,55 0,58 255 38,20 14,12 4,00 42,80 0,33 14,95
5 2,35 64,09 0,64 255 40,74 17,01 3,91 40,50 0,42 15,95
6 2,65 60,74 0,72 255 43,44 20,03 3,70 37,80 0,53 17,00
7 2,84 59,59 0,77 255 45,77 23,06 3,63 36,60 0,63 17,91
8 3,14 57,81 0,85 255 48,99 26,40 3,52 35,20 0,75 19,18
9 3,24 57,18 0,87 255 49,98 29,16 3,49 34,30 0,85 19,56
10 3,43 55,50 0,93 255 51,45 32,35 3,38 33,70 0,96 20,14
11 3,73 53,41 1,01 255 53,75 34,02 3,26 31,50 1,08 21,04
12 3,92 51,31 1,06 255 54,36 34,85 3,13 30,30 1,15 21,28
13 4,02 48,69 1,09 255 52,88 33,75 2,97 27,00 1,25 20,70
14 4,22 45,55 1,14 255 51,88 34,70 2,78 26,90 1,29 20,31
15 4,61 41,05 1,24 255 51,10 32,25 2,50 23,20 1,39 20,00
NO.
Gaya
Pengimbang
Kecepatan
SudutTorsi Daya Angin
Daya Kincir
MekanisDaya Listrik
Tip Speed
RatioTegangan Arus
Koefisien
Daya
N rad/s N.m Pin (watt) Pout (watt) P (watt) TSR Volt Ampere Cp (%)
1 1,08 82,73 0,29 521 24,10 0,00 3,98 52,20 0,00 4,62
2 1,47 80,01 0,40 521 31,79 7,17 3,85 51,20 0,14 6,10
3 1,86 77,81 0,50 521 39,16 12,84 3,74 49,40 0,26 7,51
4 2,26 74,35 0,61 521 45,29 18,72 3,57 46,80 0,40 8,69
5 2,55 72,26 0,69 521 49,76 25,82 3,47 46,10 0,56 9,55
6 2,84 70,69 0,77 521 54,30 30,91 3,40 44,80 0,69 10,42
7 2,94 68,07 0,79 521 54,09 35,24 3,27 43,50 0,81 10,38
8 3,34 67,54 0,90 521 60,83 40,66 3,25 42,80 0,95 11,67
9 3,63 65,97 0,98 521 64,66 44,82 3,17 41,50 1,08 12,40
10 3,83 63,88 1,03 521 65,99 47,36 3,07 39,80 1,19 12,66
11 4,12 61,05 1,11 521 67,92 48,76 2,94 37,80 1,29 13,03
12 4,51 59,69 1,22 521 72,73 49,78 2,87 36,60 1,36 13,95
13 4,71 57,18 1,27 521 72,69 51,19 2,75 35,80 1,43 13,95
14 4,91 55,29 1,32 521 73,23 53,17 2,66 34,30 1,55 14,05
15 5,10 50,79 1,38 521 69,95 54,10 2,44 33,60 1,61 13,42
NO.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
56
Tabel 4.10 Data Perhitungan Tiga Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm dan
Kecepatan Angin 6,3 m/s.
Tabel 4.11 Data Perhitungan Tiga Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm dan
Kecepatan Angin 8,2 m/s.
Gaya
pengimbang
Kecepatan
sudutTorsi Daya angin
Daya kincir
mekanisDaya Listrik
Tip speed
ratioTegangan Arus
Koefisien
Daya
N rad/s N.m Pin (watt) Pout (watt) P (watt) tsr Volt Ampere Cp (%)
1 0,98 64,93 0,26 116 17,20 0,00 5,15 41,40 0,00 14,84
2 1,37 62,31 0,37 116 23,11 5,32 4,95 40,90 0,13 19,94
3 1,57 61,68 0,42 116 26,14 9,70 4,90 38,80 0,25 22,56
4 1,96 60,53 0,53 116 32,06 13,53 4,80 34,70 0,39 27,67
5 2,26 59,17 0,61 116 36,04 16,32 4,70 34,00 0,48 31,11
6 2,55 58,43 0,69 116 40,24 20,00 4,64 33,90 0,59 34,73
7 2,84 56,97 0,77 116 43,76 23,87 4,52 32,70 0,73 37,77
8 3,04 56,44 0,82 116 46,35 24,48 4,48 30,60 0,80 40,00
9 3,14 54,56 0,85 116 46,24 24,85 4,33 28,90 0,86 39,91
10 3,34 53,20 0,90 116 47,91 24,92 4,22 26,80 0,93 41,35
11 3,53 51,52 0,95 116 49,13 23,86 4,09 24,10 0,99 42,40
12 3,63 49,43 0,98 116 48,44 25,40 3,92 23,30 1,09 41,81
13 3,83 49,01 1,03 116 50,63 24,28 3,89 21,30 1,14 43,69
14 3,92 47,12 1,06 116 49,93 20,09 3,74 16,60 1,21 43,09
15 4,22 39,79 1,14 116 45,32 19,43 3,16 15,80 1,23 39,12
NO.
Gaya
Pengimbang
Kecepatan
SudutTorsi Daya Angin
Daya Kincir
MekanisDaya Listrik
Tip speed
ratioTegangan Arus
Koefisien
Daya
N rad/s N.m Pin (watt) Pout (watt) P (watt) tsr Volt Ampere Cp (%)
1 1,18 73,51 0,32 255 23,37 0,00 4,48 48,00 0,00 9,15
2 1,47 70,48 0,40 255 28,00 5,48 4,30 45,70 0,12 10,96
3 1,67 68,80 0,45 255 30,98 9,48 4,20 43,10 0,22 12,13
4 1,96 66,92 0,53 255 35,45 14,16 4,08 42,90 0,33 13,87
5 2,16 64,19 0,58 255 37,41 18,44 3,91 41,90 0,44 14,64
6 2,35 61,78 0,64 255 39,28 21,11 3,77 39,10 0,54 15,37
7 2,75 60,95 0,74 255 45,20 24,51 3,72 38,30 0,64 17,69
8 2,94 60,53 0,79 255 48,10 27,75 3,69 37,50 0,74 18,82
9 3,04 56,03 0,82 255 46,00 30,60 3,42 36,00 0,85 18,01
10 3,34 55,19 0,90 255 49,70 32,37 3,37 32,70 0,99 19,45
11 3,43 51,84 0,93 255 48,05 30,37 3,16 29,20 1,04 18,81
12 3,73 50,79 1,01 255 51,12 34,10 3,10 28,90 1,18 20,01
13 3,92 49,53 1,06 255 52,48 35,09 3,02 28,30 1,24 20,54
14 4,12 45,03 1,11 255 50,09 35,64 2,75 26,60 1,34 19,61
15 4,32 35,19 1,17 255 41,01 32,11 2,15 22,30 1,44 16,05
NO.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
57
Tabel 4.12 Data Perhitungan Tiga Sudu dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm dan
Kecepatan Angin 10,4 m/s.
4.4 Grafik Hasil Perhitungan
Pengolahan data yang dilakuakan pada Sub Bab 4.1, 4.2, dan 4.3
mendapatkan hasil grafik. Grafik – grafik hubungan tersebut antara lain grafik
hubungan antara putaran poros kincir (n) dan torsi (F), grafik hubungan antara
daya kincir mekanis ( dan torsi (F), grafik hubungan antara daya listrik
( ) dan torsi (F), dan grafik hubungan antara koefisien daya ( ) dan tip
speed ratio (tsr). Penjelasan untuk grafik di atas, lebih lengkapnya dapat dilihat
pada grafik – grafik berikut ini :
4.4.1 Grafik Hubungan antara Putaran Poros Kincir (n) dan Torsi (F) pada
Tiga Variasi Kecepatan Angin dengan Panjang Sirip 10 cm.
Data dari Tabel 4.7, Tabel 4.8, dan Tabel 4.9 yang sudah diperoleh pada
perhitungan sebelumnya, dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara
putaran poros kincir (n) dan torsi (F). Pada Gambar 4.1 menunjukan bahwa nilai
Gaya
Pengimbang
Kecepatan
SudutTorsi Daya Angin
Daya Kincir
MekanisDaya Listrik
Tip speed
ratioTegangan Arus
Koefisien
Daya
N rad/s N.m Pin (watt) Pout (watt) P (watt) tsr Volt Ampere Cp (%)
1 0,98 81,37 0,26 521 21,55 0,00 3,91 53,40 0,00 4,13
2 1,37 78,33 0,37 521 29,05 7,68 3,77 51,20 0,15 5,57
3 1,77 75,40 0,48 521 35,95 14,50 3,62 50,00 0,29 6,90
4 2,16 73,30 0,58 521 42,72 21,34 3,52 48,50 0,44 8,19
5 2,35 71,21 0,64 521 45,27 26,32 3,42 47,00 0,56 8,68
6 2,65 70,37 0,72 521 50,33 30,98 3,38 44,90 0,69 9,66
7 2,84 68,59 0,77 521 52,69 35,51 3,30 43,30 0,82 10,11
8 3,14 65,97 0,85 521 55,92 39,19 3,17 42,60 0,92 10,73
9 3,43 64,40 0,93 521 59,70 42,43 3,10 41,60 1,02 11,45
10 3,63 62,83 0,98 521 61,58 45,70 3,02 40,80 1,12 11,81
11 3,92 60,74 1,06 521 64,35 48,71 2,92 39,60 1,23 12,35
12 4,22 57,60 1,14 521 65,60 51,46 2,77 38,40 1,34 12,58
13 4,51 54,98 1,22 521 66,99 53,34 2,64 37,30 1,43 12,85
14 4,71 52,36 1,27 521 66,57 51,74 2,52 35,20 1,47 12,77
15 4,91 49,22 1,32 521 65,18 54,54 2,37 34,30 1,59 12,51
NO.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
58
puncak putaran poros kincir (n) yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin
6,3 m/s adalah 611 rpm pada torsi (F) sebesar 0,32 N.m. Sedangkan nilai puncak
putaran poros kincir (n) yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 8,2 m/s
adalah 682 rpm pada torsi (F) sebesar 0,32 N.m. Dan nilai puncak putaran poros
kincir (n) yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 10,4 m/s adalah 790 rpm
pada torsi (F) sebesar 0,29 N.m.
Gambar 4.1. Grafik Hubungan antara Putaran Poros Kincir (n) dan Torsi (F)
Kincir Angin Propeler Tiga Sudu, Bahan Komposit, Dia. 1 m, Lebar Maksimum
Sudu 12 cm pada Jarak 18,5 cm dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 10
cm.
Dari Gambar 4.1 dapat ditarik kesimpulan bahwa kincir angin dengan
variasi panjang sirip 10 cm pada kecepatan angin 10,4 m/s memiliki nilai putaran
poros kincir (n) dan torsi (F) tertinggi diantara variasi kecepatan angin lainnya.
4.4.2 Grafik Hubungan antara Putaran Poros Kincir (n) dan Torsi (F) pada
Tiga Variasi Kecepatan Angin Dengan Panjang Sirip 13 cm.
Data dari Tabel 4.10, Tabel 4.11 dan Tabel 4.12 yang sudah diperoleh pada
perhitungan sebelumnya, dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara
putaran poros kincir (n) dan torsi (F). Pada Gambar 4.2 menunjukan bahwa nilai
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
59
puncak putaran poros kincir (n) yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin
6,3 m/s adalah 620 rpm pada torsi (F) 0,26 N.m. Sedangkan nilai puncak putaran
poros kincir (n) yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 8,2 m/s adalah 702
rpm pada torsi (F) 0,32 N.m. Dan nilai puncak putaran poros kincir (n) yang
dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 10,4 m/s adalah 777 rpm pada torsi (F)
0,26 N.m.
Gambar 4.2. Grafik Hubungan antara Putaran Poros Kincir (n) dan Torsi (F)
Kincir Angin Propeler Tiga Sudu, Bahan Komposit, Dia. 1 m, Lebar Maksimum
Sudu 12 cm pada Jarak 18,5 cm dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 13
cm.
Dari Gambar 4.2 dapat ditarik kesimpulan bahwa kincir angin dengan
variasi sirip 13 cm pada kecepatan angin 10,4 m/s memiliki nilai putaran poros
kincir (n) dan torsi (F) tertinggi diantara variasi kecepatan angin lainnya.
4.4.3 Grafik Hubungan antara Daya Kincir Mekanis ( dan Torsi (F)
pada Tiga Variasi Kecepatan Angin Dengan Panjang Sirip 10 cm
Data dari Tabel 4.7, Tabel 4.8 dan Tabel 4.9 yang sudah diperoleh pada
perhitungan sebelumnya, dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara
daya kincir mekanis ( ) dan torsi (F). Pada Gambar 4.3 menunjukan bahwa
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
60
nilai daya kincir mekanis (Pout) puncak yang dihasilkan dengan variasi kecepatan
angin 6,3 m/s adalah 46,59 watt pada torsi (F) sebesar 0,98 N.m. Sedangkan nilai
daya kincir mekanis (Pout) puncak yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin
8,2 m/s adalah 54,36 watt pada torsi (F) sebesar 1,06 N.m. Dan nilai daya kincir
mekanis (Pout) puncak yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 10,4 m/s
adalah 73,23 watt pada torsi (F) sebesar 1,32 N.m.
Gambar 4.3. Grafik Hubungan antara Daya Kincir Mekanis ( dan Torsi (F)
Kincir Angin Propeler Tiga Sudu, Bahan Komposit, Dia. 1 m, Lebar Maksimum
Sudu 12 cm pada Jarak 18,5 cm dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 10
cm.
Dari Gambar 4.3 dapat ditarik kesimpulan bahwa kincir angin dengan
variasi panjang sirip 10 cm pada kecepatan angin 10,4 m/s memiliki nilai daya
mekanis ( ) dan torsi (F) tertinggi diantara variasi kecepatan angin lainnya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
61
4.4.4 Grafik Hubungan antara Daya Kincir Mekanis ( Torsi (F) pada
Tiga Variasi Kecepatan Angin Dengan Panjang Sirip 13 cm
Data dari Tabel 4.10, Tabel 4.11 dan Tabel 4.12 yang sudah diperoleh pada
perhitungan sebelumnya, dapat digunakan untuk membuat hubungan antara daya
kincir mekanis ( ) dan torsi (F). Pada Gambar 4.4 menunjukan bahwa nilai
daya kincir mekanis (Pout) puncak yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin
6,3 m/s adalah 50,63 watt pada torsi (F) sebesar 1,03 N.m. Sedangkan nilai daya
kincir mekanis (Pout) puncak yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 8,2
m/s adalah 52,48 watt pada torsi (F) sebesar 1,06 N.m. Dan nilai daya kincir
mekanis (Pout) puncak yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 10,4 m/s
adalah 66,99 watt pada torsi (F) sebesar 1,22 N.m.
Gambar 4.4. Grafik Hubungan antara Daya Kincir Mekanis ( dan Torsi (F)
Kincir Angin Propeler Tiga Sudu, Bahan Komposit, Dia. 1 m, Lebar Maksimum
Sudu 12 cm pada Jarak 18,5 cm dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 13
cm.
Dari Gambar 4.4 dapat ditarik kesimpulan bahwa kincir angin dengan
variasi sirip 13 cm pada kecepatan angin 10,4 m/s memiliki nilai daya mekanis
( ) dan torsi (F) tertinggi diantara variasi kecepatan angin lainnya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
62
4.4.5 Grafik Hubungan antara Daya Listrik ( ) dan Torsi (F) Untuk
Tiga Variasi Kecepatan Angin dengan Panjang Sirip 10 cm
Data dari Tabel 4.7, Tabel 4.8 dan Tabel 4.9 yang sudah diperoleh pada
perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara
daya listrik ( ) dan torsi (F). Pada Gambar 4.5 menunjukan bahwa nilai daya
listrik ( ) puncak yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 6,3 m/s
adalah 29,81 watt pada torsi (F) sebesar 0,98 N.m. Sedangkan nilai daya daya
listrik ( ) puncak yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 8,2 m/s
adalah 34,85 watt pada torsi (F) sebesar 1,06 N.m. Dan nilai daya listrik ( )
puncak yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 10,4 m/s adalah 54,10 watt
pada torsi (F) sebesar 1,38 N.m.
Gambar 4.5. Grafik Hubungan antara Daya Listrik ( ) dan Torsi (F) Kincir
Angin Propeler Tiga Sudu, Bahan Komposit, Dia. 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12
cm pada Jarak 18,5 cm dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 10 cm.
Dari Gambar 4.5 dapat ditarik kesimpulan bahwa kincir angin dengan
variasi sirip 10 cm pada kecepatan angin 10,4 m/s memiliki nilai daya listrik
( ) dan torsi (F) tertinggi diantara variasi kecepatan angin lainnya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
63
4.4.6 Grafik Hubungan antara Daya Listrik ( ) dan Torsi (F) pada Tiga
Variasi Kecepatan Angin dengan Panjang Sirip 13 cm
Data dari Tabel 4.10, Tabel 4.11 dan Tabel 4.12 yang sudah diperoleh pada
perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan ntara
daya listrik ( ) dan torsi (F). Pada Gambar 4.6 menunjukan bahwa nilai daya
daya listrik ( ) puncak yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 6,3
m/s adalah 25,40 watt pada torsi (F) sebesar 0,98 N.m. Sedangkan nilai daya daya
listrik ( ) puncak yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 8,2 m/s
adalah 35,64 watt pada torsi (F) sebesar 1,11 N.m. Dan nilai daya listrik ( )
puncak yang dihasilkan dengan variasi kecepatan angin 10,4 m/s adalah 54,54 watt
pada torsi (F) sebesar 1,32 N.m.
Gambar 4.6. Grafik Hubungan antara Daya Listrik ( ) dan Torsi (F) Kincir
Angin Propeler Tiga Sudu, Bahan Komposit, Dia. 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12
cm pada Jarak 18,5 cm dari Pusat Poros dengan Variasi Panjang Sirip 13 cm.
Dari Gambar 4.6 dapat ditarik kesimpulan bahwa kincir angin dengan
variasi panjang sirip 13 cm pada kecepatan angin 10,4 m/s memiliki nilai daya
listrik ( ) dan torsi (F) tertinggi diantara variasi kecepatan angin lainnya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
64
4.4.7 Grafik Hubungan antara Koefisien Daya ( ) dan Tip Speed Ratio (tsr)
pada Tiga Variasi Kecepatan Angin Dengan Panjang Sirip 10 cm.
Data dari Tabel 4.7, Tabel 4.8 dan Tabel 4.9 yang sudah diperoleh pada
perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara
koefisien daya (Cp) dan tip speed ratio (tsr). Pada Gambar 4.7 menunjukkan bahwa
nilai koefisien daya maksimal (Cpmax) kincir dengan variasi kecepatan angin 6,3
m/s adalah 40,21 % dengan nilai tip speed ratio (tsr) sebesar 3,77. Sedangkan
nilai koefisien daya maksimal (Cpmax) kincir dengan variasi kecepatan angin 8,2
m/s adalah 21,28 % dengan nilai tip speed ratio (tsr) sebesar 3,13. Dan nilai
koefisien daya maksimal (Cpmax) kincir dengan variasi kecepatan angin 10,4 m/s
adalah 14,05 % dengan nilai tip speed ratio (tsr) sebesar 2,66.
Gambar 4.7. Grafik Hubungan antara Koefisien Daya ( ) dan Tip Speed Ratio
(tsr) Kincir Angin Propeler Tiga Sudu, Bahan Komposit, Dia. 1 m, Lebar
Maksimum Sudu 12 cm pada Jarak 18,5 cm dari Pusat Poros dengan Variasi
Panjang Sirip 10 cm.
Dari Gambar 4.7 dapat ditarik kesimpulan bahwa kincir angin dengan
variasi sirip 10 cm pada kecepatan angin 6,3 m/s memiliki nilai koefisien daya
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
65
maksimal (Cpmax) dan tip speed ratio (tsr) tertinggi diantara variasi kecepatan angin
lainnya.
4.4.8 Grafik Hubungan antara Koefisien Daya ( ) dan Tip Speed Ratio (tsr)
pada Tiga Variasi Kecepatan Angin Dengan Panjang Sirip 13 cm.
Data dari Tabel 4.10, Tabel 4.11 dan Tabel 4.12 yang sudah diperoleh pada
perhitungan sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara
koefisien daya (Cp) dan tip speed ratio (tsr). Pada Gambar 4.8 menunjukkan bahwa
nilai koefisien daya maksimal (Cpmax) kincir dengan variasi kecepatan angin 6,3
m/s adalah 43,69 % dengan nilai tip speed ratio (tsr) sebesar 3,89. Sedangkan
nilai koefisien daya maksimal (Cpmax) kincir dengan variasi kecepatan angin 8,2
m/s adalah 20,54 % dengan nilai tip speed ratio (tsr) sebesar 3,02. Dan nilai
koefisien daya maksimal (Cpmax) kincir dengan variasi kecepatan angin 10,4 m/s
adalah 12,85 % dengan nilai tip speed ratio (tsr) sebesar 2,64.
Gambar 4.8. Grafik Hubungan antara Koefisien Daya ( ) dan Tip Speed Ratio
(tsr) Kincir Angin Propeler Tiga Sudu, Bahan Komposit, Dia. 1 m, Lebar
Maksimum Sudu 12 cm pada Jarak 18,5 cm dari Pusat Poros dengan Variasi
Panjang Sirip 13 cm.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
66
Dari Gambar 4.8 dapat ditarik kesimpulan bahwa kincir angin dengan
variasi panjang sirip 13 cm pada kecepatan angin 6,3 m/s memiliki nilai koefisien
daya maksimal (Cpmax) dan tip speed ratio (tsr) tertinggi diantara variasi kecepatan
angin lainnya.
4.4.9 Grafik Perbandingan antara Panjang Sirip 10 cm dan 13 cm dalam
Hubungan Koefisien Daya ( ) dengan Tip Speed Ratio (tsr) pada
Kecepatan Angin 6,3 m/s.
Data dari Tabel 4.7 dan Tabel 4.10 yang sudah diperoleh pada perhitungan
sebelumnya dapat digunakan untuk membuat grafik perbandingan antara panjang
sirip 10 cm dan 13 cm pada hubungan koefisien daya (Cp) dan tip speed ratio (tsr).
Pada Gambar 4.9 menunjukkan bahwa nilai koefisien daya maksimal (Cpmax)
kincir dengan variasi panjang sirip 10 cm pada kecepatan angin 6,3 m/s adalah
40,21 % dengan nilai tip speed ratio (tsr) sebesar 3,77. Sedangkan nilai koefisien
daya maksimal (Cpmax) kincir dengan variasi panjang sirip 13 cm pada kecepatan
angin 6,3 m/s adalah 43,69 % dengan nilai tip speed ratio (tsr) sebesar 3,89.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
67
Gambar 4.9. Grafik Perbandingan antara Panjang Sirip 10 cm dan 13 cm pada
Hubungan Koefisien Daya ( ) dengan Tip Speed Ratio (tsr) Kincir Angin
Propeler Tiga Sudu, Bahan Komposit, Dia. 1 m, Lebar Maksimum Sudu 12 cm
pada Jarak 18,5 cm dari Pusat Poros dengan Variasi Kecepatan Angin 6,3 m/s.
Dari Gambar 4.8 dapat ditarik kesimpulan bahwa kincir angin dengan
variasi panjang sirip 13 cm pada kecepatan angin 6,3 m/s memiliki nilai koefisien
daya maksimal (Cpmax) dan tip speed ratio (tsr) lebih tinggi daripada kincir angin
dengan variasi panjang sirip 10 cm pada kecepatan angin 6,3 m/s.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
68
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Setelah melakukan pengujian sudu, pengambilan data dan analisis data dapat
disimpulkan bahwa sebagai berikut :
1. Telah berhasil dibuat kincir angin tipe propeller, tiga sudu, berbahan
komposit, menggunakan serat kaca jenis e – glass, diameter sudu 1 m,
lebar maksimum 12 cm pada jarak 18,5 cm dari pusat poros, dengan
variasi panjang sirip 10 cm dan 13 cm.
2. Unjuk kerja kincir angin poros horisontal tiga sudu dari masing – masing
kecepatan angin dan variasi panjang sirip :
a) Putaran poros kincir (n) terbesar yang dihasilkan kincir angin adalah
790 rpm pada variasi panjang sirip 10 cm dengan kecepatan angin 10,4
m/s.
b) Torsi (N.m) terbesar yang dihasilkan kincir angin adalah 1,38 pada
variasi panjang sirip 10 cm dengan kecepatan angin 10,4 m/s.
c) Daya kincir mekanis (Pout) terbesar yang dihasilkan kincir angin
adalah 73,23 watt pada variasi panjang sirip 10 cm dengan kecepatan
angin 10,4 m/s.
d) Daya listrik ( ) terbesar yang dihasilkan kincir angin adalah
54,54 watt pada variasi panjang sirip 13 cm dengan kecepatan angin
10,4 m/s.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
69
3. Koefisien daya maksimal (Cpmax) yang dihasilkan kincir angin adalah
43,69 % dengan nilai tip speed ratio (tsr) sebesar 3,89 pada variasi panjang
sirip 13 cm pada kecepatan angin 6,3 m/s.
4. Perbandingan variasi panjang sirip mendapatkan hasil bahwa kincir angin
dengan variasi panjang sirip 13 cm memiliki hasil unjuk kerja yang lebih
tinggi daripada kincir angin dengan variasi panjang sirip 10 cm, terbukti
dalam salah satu grafik hubungan nilai dari koefisien daya maksimal
(Cpmax) dan tip speed ratio (tsr) pada variasi kecepatan angin 6,3 m/s.
5.2 Saran
1. Perlu dilakukan pengujian dengan variasi kecepatan angin lebih rendah,
seperti kecepatan angin 3 – 6 m/s, mengingat karakteristik angin yang ada
di Indonesia cenderung berkecepatan rendah, serta dilakukan penelitian
lebih lanjut tentang pengaruh berat sudu dan jumlah pembebanan pada
kincir angin ini.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
70
DAFTAR PUSTAKA
Aji, Riangga, 2011, Pengaruh Variasi Tinggi Sudu Terhadap Performansi
Vertical Axis Wind Turbine Jenis Savonius Type-U, Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Brawijaya
Bidang Konversi Energi Dirgantara, ( 2006 ), Indonesia.
Mulyani, 2008, Kajian Potensi Angin Indonesia, Central Library Institute
Technology Bandung, Bandung.
Doddy Purwadianto , 2015, KOMPOSIT Modul-1 ,Yogyakarta, Indonesia.
Doddy Purwadianto, Trio Pordomuan, 2013, Pengaruh Posisi Sirip Sudu
Terhadap Karakteristik Kincir Angin Petani Garam di Pantai Utara Jawa,
Bandar Lampung
www.kincirangin.info/pdf/kondisi-angin.pdf
http://imangeografi10.blogspot.co.id
https://repository.usd.ac.id/
http://en.wikipedia.org/wiki/File:
http://en.wiktionary.org/wiki/windmill
www.bdonline.co.uk
www.alternativeconsumer.com
www.pinterest.com
www.windturbine-performance.com
yudiprasetyo53.wordpress.com
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
71
LAMPIRAN
Skema pemasangan tiga sudu
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
72
Diagram alir pembuatan sudu
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
71
Skema alat pengambilan data
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI