Kincir Angin Poros Vertikal
-
Upload
stefanus-andryanto -
Category
Documents
-
view
4.998 -
download
4
Transcript of Kincir Angin Poros Vertikal
i
UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN POROS VERTIKAL DENGAN
EMPAT SUDU YANG MEMBUKA DAN MENUTUP SECARA
OTOMATIS DENGAN VARIASI DIAMETER
Tugas Akhir
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
Program Studi Teknik Mesin
Oleh:
Stefanus Andryanto Eko Prabowo
NIM: 095214071
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2011
ii
PERFORMANCE WINDMILL MODEL WITH FOUR BLADES THAT
OPEN AND CLOSE AUTOMATICALLY
WITH VARIATIONS IN DIAMETER
Final Project
Presented as fulfillment of the Requirements
To obtain the Sarjana Teknik Degree in
Mechanical Engineering Study Programme
By:
Stefanus Andryanto Eko Prabowo
Student Number: 095214071
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMME
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2011
iii
UNJUK KERJA MODEL KINCIR POROS VERTIKAL DENGAN EMPAT
SUDU YANG MEMBUKA DAN MENUTUP SECARA OTOMATIS
DENGAN VARIASI DIAMETER
Disusun oleh:
Nama: Stefanus Andryanto E P
NIM: 095214070
Telah Disetujui Oleh:
Pembimbing Utama:
Ir. Rines, M.T.
iv
TUGAS AKHIR
UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN POROS VERTIKAL DENGAN
EMPAT SUDU YANG MEMBUKA DAN MENUTUP SECARA
OTOMATIS DENGAN VARIASI DIAMETER
Dipersiapkan dan disusun oleh:
S. Andryanto Eko P
NIM: 095214071
Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji
pada tanggal 11 Februari 2011
Susunan Dewan Penguji:
Nama Lengkap Tanda tangan
Ketua : D Doddy Purwadianto, S.T., M.T ……………
Sekretaris : Ir. Yohanes Baptista Lukiyanto, M.T. ……………
Anggota : Ir. Rines, M.T. ...…………
Tugas Akhir ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan untuk
memperoleh gelar Sarjana Teknik
Yogyakarta, 23 Februari 2011
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma
Dekan
(Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T.)
v
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir yang saya
tulis ini, tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah
disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Surakarta, 09 Februari 2011
Penulis
Stefanus Andryanto E P
vi
vii
INTISARI
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui dan mencari torsi, daya kincir,
koefisien daya dan tip speed ratio (tsr) pada model kincir angin poros vertikal
dengan empat sudu yang membuka dan menutup secara otomatis.
Ukuran diameter kincir dibuat dengan dua variasi, yaitu 70 cm dan 100
cm. Sedangkan ukuran lebar sudu model kincir angin sebesar 40 cm saat
membuka maksimal. Untuk mengukur dan mengetahui torsi, daya kincir,
koefisien daya dan tip speed ratio, kincir dihubungkan ke generator yang
tersambung ke rangkaian lampu yang berfungsi sebagai variasi beban. Besarnya
beban pengimbang torsi diukur dengan neraca pegas, tachometer berfungsi untuk
mengukur besarnya putaran poros kincir, sedangkan untuk mengukur kecepatan
angin menggunakan anemometer.
Daya kincir maksimal sebesar 3,8 watt didapatkan pada kincir dengan
diameter 100 cm saat kecepatan angin 6,71 m/s dan menghasilkan torsi sebesar
0,69 Nm. Sedangkan koefisien daya maksimal juga didapatkan dari kincir dengan
diameter 100 cm sebesar 5,24 % saat tsr sebesar 0,41.
Kata kunci: torsi, daya kincir, koefisien daya, tip speed ratio
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan
karuniaNya, sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Tugas Akhir ini
sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 untuk program
studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.
Judul dari Tugas Akhir ini adalah “Unjuk Kerja Model Kincir Angin Poros
Vertikal Dengan Empat Sudu yang Membuka dan Menutup Secara Otomatis
Dengan Variasi Diameter”.
Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini karena adanya bantuan dan
dukungan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin berterima kasih
kepada:
1. Rm Andreas Sugijopranoto SJ, Direktur utama ATMI Surakarta.
2. Rm JB Clay Pareira SJ, Pudir 2 ATMI Surakarta.
3. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., Dekan Fakultas Sains dan Teknologi.
Universitas Sanata Dharma.
4. Budi Sugiharto, S.T, M.T., Ketua Program Studi Teknik Mesin.
5. Ir. Rines, M.T., Dosen Pembimbing Tugas Akhir.
6. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing penulis
selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.
7. Kepala Laboratorium dan Laboran Jurusan Teknik Mesin Universitas
Sanata Dharma.
8. Semua rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin.
ix
9. Semua pihak yang telah membantu atas terselesainya Tugas Akhir ini yang
tidak mungkin disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa naskah ini jauh dari sempurna, maka segala kritik
dan saran yang membangun akan penulis terima.
Semoga naskah Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi mahasiswa Teknik
Mesin dan pembaca lainnya. Penulis juga memohon maaf jika ada penulisan
dalam naskah ini yang salah, terima kasih.
Surakarta, 9 Februari 2011
x
DAFTAR ISI
Halaman Judul ........................................................................................................ i
Title Page .............................................................................................................. ii
Halaman Pengesahan ........................................................................................... iii
Daftar Dewan Penguji ........................................................................................... iv
Pernyataan Keaslian Karya .................................................................................... v
Lembar Pernyataan Persetujuan Publikasi Karya Ilmiah ...................................... vi
Intisari ................................................................................................................. vii
Kata Pengantar ................................................................................................... viii
Daftar Isi ................................................................................................................. x
Daftar Gambar ..................................................................................................... xii
Daftar Tabel ....................................................................................................... xiv
Bab I ........................................................................................................................ 1
1.1 Latar Belakang Masalah ........................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ..................................................................................... 2
1.3 Batasan Masalah ....................................................................................... 2
1.4 Tujuan Tugas Akhir .................................................................................. 2
1.5 Manfaat Tugas Akhir ................................................................................ 3
Bab II ...................................................................................................................... 4
2.1 Konsep Dasar Angin ................................................................................. 4
2.2 Kincir Angin ............................................................................................. 5
xi
2.3 Gaya Drag dan Lift ................................................................................... 7
2.4 Rumus Perhitungan ................................................................................... 7
Bab III .................................................................................................................. 12
3.1 Peralatan dan Bahan ............................................................................... 12
3.2 Variabel Penelian .................................................................................... 18
3.3 Variabel yang Diukur ............................................................................. 18
3.4 Parameter yang Dihitung ........................................................................ 19
3.5 Langkah Penelitian ................................................................................. 20
Bab IV .................................................................................................................. 22
4.1 Data Penelitian ....................................................................................... 22
4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ......................................................... 25
4.3 Hasil dan Pembahasan ........................................................................... 30
4.4 Pembahasan ........................................................................................... 42
Bab V .................................................................................................................... 44
5.1 Kesimpulan ............................................................................................ 44
5.2 Saran ..................................................................................................... 45
Daftar Pustaka ........................................................................................................ 46
Lampiran ................................................................................................................ 47
Gambar Kerja ........................................................................................................ 58
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Peta potensi angin Indonesia .............................................................. 5
Gambar 2.2. Kincir angin poros vertikal ................................................................. 6
Gambar 3.1. Kincir angin ...................................................................................... 12
Gambar 3.2. Handle shaft...................................................................................... 13
Gambar 3.3. Blade................................................................................................. 13
Gambar 3.4. Support ............................................................................................. 14
Gambar 3.5. Wind tunnel ...................................................................................... 15
Gambar 3.6. Fan blower ........................................................................................ 15
Gambar 3.7. Anemometer ..................................................................................... 16
Gambar 3.8. Stopwatch ......................................................................................... 16
Gambar 3.9. Neraca pegas .................................................................................... 16
Gambar 3.10. Rangakian beban lampu ................................................................. 17
Gambar 3.11. Generator ........................................................................................ 17
Gambar 3.12. Tachometer ..................................................................................... 18
Gambar 3.13. Pengambilan data torsi ................................................................... 19
Gambar 3.14. Setting anemometer ........................................................................ 17
Gambar 4.1. Grafik Betz limit................................................................................ 31
Gambar 4.2. Grafik hubungan F.n/(ρ.v2) terhadap n/v, untuk diameter kincir
70 cm ..................................................................................................................... 34
Gambar 4.3. Grafik hubungan F.n/(ρ.v2) terhadap n/v, untuk diameter kincir
100 cm ................................................................................................................... 34
xiii
Gambar 4.4. Grafik hubungan antara 𝐶p terhadap tsr untuk 2 model kincir ........ 40
Gambar 4.5. Grafik hubungan antara putaran poros- torsi- daya kincir, untuk
diameter kincir 70 cm............................................................................................ 42
Gambar 4.6. Grafik hubungan antara putaran poros- torsi- daya kincir, untuk
diameter kincir 100 cm.......................................................................................... 42
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data hasil pengujian kincir dengan diameter 70 cm ............................. 23
Tabel 4.2 Data hasil pengujian kincir dengan diameter 100 cm ........................... 24
Tabel 4.3 Perhitungan F/(ρxv2) dan n/v kincir angin diameter 70 cm .................. 35
Tabel 4.4 Perhitungan F/(ρxv2) dan n/v kincir angin diameter 100 cm ................ 36
Tabel L1. Data perhitungan hubungan F/(ρxv2) terhadap n/v kincir model dengan
diameter 70 cm ...................................................................................................... 48
Tabel L2. Data perhitungan hubungan F/(ρxv2) terhadap n/v kincir model dengan
diameter 100 cm .................................................................................................... 50
Tabel L3. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 70 cm, saat
kecepatan angin 6,84 m/s ...................................................................................... 52
Tabel L4. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 70 cm, saat
kecepatan angin 6,64 m/s ...................................................................................... 53
Tabel L5. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 70 cm, saat
kecepatan angin 6,06 m/s ...................................................................................... 54
Tabel L6. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 70 cm, saat
kecepatan angin 5,46 m/s ...................................................................................... 55
Tabel L7. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat
kecepatan angin 6,71 m/s ...................................................................................... 56
Tabel L8. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat
kecepatan angin 6,58 m/s ...................................................................................... 56
Tabel L9. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat
kecepatan angin 5,88 m/s ...................................................................................... 56
Tabel L10. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat
kecepatan angin 5,53 m/s ...................................................................................... 57
xv
Tabel L11. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat
kecepatan angin 5,14 m/s ...................................................................................... 57
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG MASALAH
Energi fosil khususnya minyak bumi dan batu bara adalah sumber energi
utama dan sumber devisa negara. Salah satu penggunaannya adalah sebagai
pembangkit listrik. Energi Fosil merupakan energi yang tidak terbarukan (non
renewable energy). Dimana cadangan energi fosil Indonesia jumlahnya tidak tak
terbatas, yang akan habis pada suatu saat nanti. Padahal kebutuhan energi terus
meningkat sejalan pertumbuhan ekonomi dan penduduk. Pemakaian energi fosil
juga akan menyebabkan pemanasan global akibat sisa pembakarannya yang
berupa gas CO dan CO2.
Maka perlu adanya energi alternative yang terbarukan (renewable energy)
dan ramah lingkungan sebagai sumber energi baru. Dari beberapa energi yang
terbarukan, salah satunya adalah energi angin.
Pemanfaatan tenaga angin di Indonesia belum begitu optimal, walaupun di
beberapa daerah sudah mampu memanfaatkan tenaga angin sebagai pembangkit
listrik, penggerak pompa, namun penerapannya belum bisa dibilang efektif. Maka
diperlukan sebuah mekanisme untuk merubah energi angin menjadi energi yang
tepat guna, salah satunya adalah listrik. Kincir angin adalah salah satu mekanisme
yang dapat digunakan untuk mengubah energi angin menjadi energi listrik.
Tugas Akhir ini merupakan unjuk kerja kincir angin poros vertikal dengan
4 sudu yang membuka dan menutup secara otomatis dengan variasi diameter.
2
Desain kincir angin dibuat sesederhana mungkin agar nanti setiap orang dapat
mengaplikasikan Tugas Akhir ini.
1.2 RUMUSAN MASALAH
Dalam tugas akhir ini kincir model di uji di dalam terowongan angin yang
tersedia di Universitas Sanata Dharma. Dalam proses uji tersebut diharapakan
dapat memperoleh data yang dihasilkan dari unjuk kerja kincir 4 sudu dengan
variasi diameter.
1.3 BATASAN MASALAH
Untuk memfokuskan pembahasan, maka dalam tugas akhir ini diberi
batasan masalah sebagai berikut :
1. Kincir model yang digunakan adalah kincir poros vertikal dengan 4 sudu
yang membuka dan menutup secara otomatis.
2. Diameter maksimal kincir adalah 1 meter, menyesuaikan dengan lebar
terowongan angin Universitas Sanata Dharma.
3. Jumlah sudu kincir adalah empat.
4. Variasi dilakukan pada diameter 70 cm dan 100 cm.
1.4 TUJUAN TUGAS AKHIR
Tujuan dari tugas akhir ini adalah:
1. Membuat kincir angin tipe poros vertikal 4 sudu yang membuka dan
menutup secara otomatis dengan variasi diameter.
2. Menentukan hubungan antara daya kincir dan torsi dinamis untuk variasi
kecepatan antara 5 m/s sampai dengan 7 m/s untuk 2 variasi diameter
kincir.
3
3. Menentukan hubungan antara koefisien daya (power coefficient) dan tsr
untuk tiga variasi diameter kincir.
1.5 MANFAAT TUGAS AKHIR
Adapun manfaat dari tugas ini adalah:
1. Pengembangan teknologi tepat guna.
2. Dapat membantu masyarakat terutama di daerah pedesaan untuk
pemberdayaan teknologi tepat guna.
4
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Konsep Dasar Angin.
Angin adalah udara yang bergerak yang diakibatkan oleh rotasi bumi dan
juga karena adanya perbedaan tekanan udara di sekitarnya. Angin bergerak dari
tempat bertekanan udara tinggi ke bertekanan udara rendah.
Kecepatan angin dipengaruhi oleh beberapa hal, diantaranya letak tempat
dimana kecepatan angin di dekat khatulistiwa lebih cepat dari yang jauh dari garis
khatulistiwa. Semakin tinggi tempat, semakin kencang pula angin yang bertiup,
hal ini disebabkan oleh pengaruh gaya gesekan yang menghambat laju udara. Di
permukaan bumi, gunung, pohon, dan topografi yang tidak rata lainnya
memberikan gaya gesekan yang besar. Semakin tinggi suatu tempat, gaya gesekan
ini semakin kecil.
Arah angin ditunjukan oleh arah dari mana angin berasal. Misalnya, angin
utara bertiup dari utara ke selatan. Di bandara, windsocks digunakan untuk
menunjukkan arah angin, tetapi juga dapat digunakan untuk memperkirakan
kecepatan angin dengan sudut gantungnya. Kecepatan angin biasanya diukur
dengan anemometer.
5
Indonesia seperti kebanyakan negara tropis, memiliki potensi angin yang
rendah. Dari Gambar 2.1 dapat dilihat bahwa potensi angin terbesar di Indonesia
terletak di kepulauan Sumba, Sumbawa, Lombok dan Bali, yaitu sebesar 4,6 – 6
m/s.
2.2 Kincir Angin.
Kincir angin adalah sebuah mesin yang digerakkan oleh tenaga angin
untuk menumbuk biji-bijian. Kincir angin juga digunakan untuk memompa air
untuk mengairi sawah. Kincir angin juga dapat digunakan untuk menghasilkan
energi listrik, disebut juga dengan turbin angin. (sumber:
http://id.wikipedia.org/wiki/Kincir_angin)
Berdasarkan posisi porosnya, kincir angin dibagi menjadi 2 yaitu kincir
angin poros horizontal dan kincir angin poros vertikal. Sedangkan tugas akhir ini
adalah pengembangan dari kincir angin poros vertikal.
Gambar2.1 Peta potensi angin Indonesia (sumber: konversi.wordpress.com,
6 November 2008)
6
Kincir angin poros vertikal seperti pada Gambar 2.2 memiliki keunggulan
diantaranya tidak harus mengubah posisinya jika arah angin berubah, kincir angin
poros vertikal juga memiliki kecepatan awal yang lebih rendah dibandingkan
dengan kincir angin poros horizontal, sehingga cocok untuk digunakan untuk
daerah yang memiliki potensi angin yang rendah seperti Indonesia. Namun kincir
angin poros vertikal juga memiliki beberapa kelemahan, diantaranya kebanyakan
kincir angin jenis ini membutuhkan energi awalan untuk mulai berputar. (sumber:
http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin).
Gambar 2.2 Kincir angin poros vertikal
(sumber : howtobuildwindgenerator.blogspot.com)
7
2.3 Gaya Drag dan Lift.
Dalam dinamika fluida, gaya hambat (yang kadang-kadang disebut
hambatan fluida atau hambatan seret) adalah gaya yang menghambat pergerakan
sebuah benda padat melalui sebuah fluida (cairan atau gas). Bentuk gaya hambat
yang paling umum tersusun dari sejumlah gaya gesek, yang bertindak sejajar
dengan permukaan benda, plus gaya tekanan, yang bertindak dalam arah tegak
lurus dengan permukaan benda. (sumber: http:// id.wikipedia. org/
wiki/Gaya_hambat)
Sedangkan gaya lift (gaya angkat) banyak dibahas di teknologi pesawat
terbang. Dalam teknologi pesawat terbang, gaya lift didapatkan dari desain sayap
pesawat terbang yang menyebabkan tekanan udara yang berada di bawah
permukaan sayap lebih besar daripada tekanan udara di atas permukaan sayap.
2.4 Rumus Perhitungan.
Berikut ini adalah beberapa rumus perhitungan yang mendukung analisa
unjuk kerja kincir angin
2.4.1 Energi angin.
Energi yang terdapat pada angin merupakan energi kinetik, sehingga dapat
dirumuskan sebagai berikut
𝐸𝑘 = 0,5.𝑚. 𝑣2 (1)
8
yang dalam hal ini:
𝐸𝑘 : Energi kinetic, Joule
𝑚 : massa udara, kg
𝑣 : kecepatan angin, m/s
Sedangkan daya adalah energi per satuan waktu, maka dari persamaan (1)
dapat dituliskan:
𝑃𝑎 = 0,5.𝑚 . 𝑣2 (2)
yang dalam hal ini:
𝑃𝑎 : daya angin, watt
𝑚 : massa udara yang mengalir dalam waktu tertentu, kg/s
𝜌 : massa jenis udara, kg/m3
dimana:
𝑚 = 𝜌.𝐴.𝑣 (3)
yang dalam hal ini:
𝐴 : luas penampang melintang arus angin yang ditangkap oleh kincir, m2
Dengan menggunakan persamaan (3), maka daya angin (𝑃𝑎 ) dapat
dirumuskan menjadi:
𝑃𝑎 = 0,5. 𝜌.𝐴.𝑣 .𝑣2, disederhanakan menjadi:
𝑃𝑎 = 0,5. 𝜌.𝐴. 𝑣3 (4)
9
Bila diasumsikan besarnya massa jenis udara (𝜌) adalah 1,2 kg/m3, maka
dari persamaan (4) dapat disederhanakan menjadi:
𝑃𝑎 = 0,6.𝐴. 𝑣3 (5)
2.4.2 Perhitungan torsi dan daya.
Salah satu tujuan dari tugas akhir ini adalah menentukan hubungan antara
daya kincir dan torsi dinamis.
2.4.2.1 Torsi
Torsi adalah perkalian vector antara jarak sumbu putar dengan gaya yang
bekerja pada titik yang berjarak dari sumbu pusat. Yang dapat dirumuskan sebagai
berikut:
𝑇 = 𝑟.𝐹 (6)
yang dalam hal ini:
𝑇 : torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros, Nm
𝐹 : gaya pada poros akibat puntiran, N
𝑟 : jarak lengan ke poros, m
10
2.4.2.2 Daya kincir
Perhitungan daya pada gerak melingkar pada umumnya dapat dituliskan
sebagai berikut:
𝑃 = 𝑇.𝜔 (7)
yang dalam hal ini:
𝑇: torsi dinamis, Nm
𝜔 : kecepatan sudut, rad/s
Jika pada kincir angin besarnya kecepatan sudut (𝜔) dirumuskan sebagai:
𝜔 =
2𝜋𝑛
60
(8)
Maka besarnya daya kincir berdasarkan persamaan (7) dapat dinyatakan dengan:
𝑃𝑘 = 𝑇.𝜔
𝑃𝑘 = 𝑇.2𝜋𝑛
60
𝑃𝑘 =
𝑇𝜋𝑛
30
(9)
yang dalam hal ini:
𝑃𝑘 : daya poros kincir angin, watt
𝑛 : putaran poros setiap menit, rpm
11
2.4.3 Tip speed ratio
Tip speed ratio (tsr) adalah perbadingan antara kecepatan ujung sudu
kincir angin yang berputar dengan kecepatan angin, dapat dirumuskan dengan:
𝑡𝑠𝑟 =
2𝜋𝑟𝑛
60𝑣
(10)
yang dalam hal ini:
𝑟 : jari-jari kincir, m
𝑛 : putaran poros kincir tiap menit, rpm
𝑣 : kecepatan angin, m/s
2.4.4 Koefisien daya (Cp)
Koefisien daya (Cp) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh
kincir (𝑃𝑘) dengan daya yang disediakan oleh angin (𝑃𝑎 ), sehingga dapat
dirumuskan sebagai berikut:
𝐶𝑝 =
𝑃𝑘𝑃𝑎
. 100% (11)
yang dalam hal ini:
𝐶𝑝 : koefisien daya, %
𝑃𝑘 : daya yang dihasilkan oleh kincir, watt
𝑃𝑎 : daya yang dihasilkan oleh angin, watt
12
BAB III
METODE PENELITIAN
Penelitian dilakukan di laboratorium konversi energi Universitas Sanata
Dharma selama 2 hari, mulai tanggal 22 Januari 2011 hingga tanggal 23 Januari
2011. Pengambilan data dilakukan dari pukul 08.00 hingga pukul 24.00.
3.1 Peralatan dan Bahan
Kincir angin model tugas akhir yang dapat dilihat pada Gambar 3.1
memiliki 3 bagian utama, yaitu:
Gambar 3.1 Kincir angin
model
13
1. Handle Shaft
Handle shaft seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.2
merupakan bagian yang berfungsi sebagai poros utama, sekaligus
komponen tempat sudu berada. Kesentrisan komponen ini sangat
penting, karena akan mempengaruhi efisiensi kerja kincir angin. Pada
komponen ini terdapat stopper pin yang berfungsi membatasi sudut
buka sebesar 85o dan sudut tutup sudu sebesar 5
o.
2. Blade
Blade seperti dapat dilihat pada gambar 3.3, adalah komponen
kincir yang berfungsi untuk menangkap angin. Komponen ini didisain
agar dapat membuka dan menutup secara otomatis. Pada komponen ini
saat unjuk kerja akan divariasikan menjadi 2 variasi diameter kincir.
Gambar 3.2 Handle shaft
Gambar 3.3 Blade
14
3. Support
Support seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.4, merupakan
komponen pendukung kincir yang dirancang ini. Komponen ini juga
merangkap sebagai support untuk komponen blade. Pada komponen
ini juga terdapat blade stopper yang berfungsi sebagai limit maksimal
dan minimal sudu kincir dapat membuka dan menutup.
Sedangkan peralatan yang mendukung dalam pengambilan data antara
lain:
1. Wind tunnel
Dapat dilihat pada Gambar 3.5, wind tunnel berfungsi untuk
menangkap angin yang dihisap oleh fan blower. Sekaligus menjadi
tempat untuk pengujian kincir.
Gambar 3.4 Support
15
2. Fan blower
Gambar 3.6 adalah fan blower dengan daya motor 5,5 KW yang
berfungsi untuk menghisap angin melalui wind tunnel.
3. Anemometer
Alat ini berfungsi untuk mengetahui kecepatan angin yang ada di
dalam wind tunnel, anemometer ditunjukan pada Gambar 3.7
Gambar 3.5 Wind tunnel
Gambar 3.6 Fan blower
16
4. Stopwatch
Stopwatch, seperti Gambar 3.8 digunakan untuk mencatat waktu
saat pengambilan data kincir angin.
5. Neraca pegas
Neraca pegas yang ditunjukan pada Gambar 3.9 digunakan untuk
mengukur beban pengimbang torsi dinamis.
Gambar 3.7 Anemometer
Gambar 3.8 Stopwatch
Gambar 3.9 Neraca pegas
17
6. Rangkaian beban lampu
Rangkaian lampu seperti pada Gambar 3.10 berfungsi untuk
memberikan variasi beban dalam menguji kincir angin.
7. Generator
Generator seperti dapat dilihat pada Gambar 3.11 dihubungkan
dengan rangkaian beban lampu, yang nantinya berfungsi sebagai
penghambat/ pengerem putaran kincir dalam pengambilan data torsi
dan daya kincir.
Gambar 3.10 Rangkaian beban lampu
Gambar 3.11 Generator
18
8. Tachometer
Alat ini berfungsi untuk mengetahui kecepatan putaran kincir angin
sebagai data yang dibutuhkan. Tachometer yang dipakai ditunjukan
pada Gambar 3.12.
3.2 Variabel Penelitian
Beberapa variable penelitian yang harus ditentukan sebelum penelitian
adalah:
1. Variasi ukuran diameter kincir adalah: 70 cm, 100 cm.
2. Variasi kecepatan angin dalam penelitian adalah: 5 m/s hingga 7 m/s.
3.3 Variabel yang Diukur
Variable yang diukur yang sesuai dengan tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Kecepatan angin (𝑣)
2. Putaran kincir/ poros (𝑛)
3. Gaya pengimbang torsi (F)
Gambar 3.12 Tachometer
19
3.4 Parameter yang Dihitung
Parameter yang dihitung untuk mendapatkan karakteristik kincir angin adalah:
1. Daya angin (𝑃𝑎 )
2. Daya kincir (𝑃𝑘)
3. Koefisien daya (𝐶𝑝 )
4. Tip speed ratio (𝑡𝑠𝑟)
Langkah pertama dalam pengambilan data penelitian adalah memposisikan
kincir angin seperti Gambar 3.13. Sambungkan kincir angin dengan transmisi
sabuk yang berada dibawah wind tunnel.
Gambar 3.13 Pengambilan data torsi
20
3.5 Langkah Penelitian
Pengambilan data torsi dinamis dan daya kincir dilakukan secara
bersamaan.
Saat pengambilan data torsi dinamis, hal-hal yang perlu dilakukan adalah:
1. Memasang neraca pegas pada tempat yang ditentukan.
2. Memasang tali yang dihubungkan antara neraca pegas dengan lengan
pada generator.
3. Memposisikan anemometer seperti Gambar 3.14 untuk mengukur
kecepatan angin di dalam wind tunnel.
4. Menghubungkan generator ke rangkaian lampu, yang nantinya
berfungsi sebagai rem/ penghambat.
5. Rangkaian lampu diposisikan pada posisi saklar off semua terlebih
dahulu, pengujian dilakukan hingga 4 variasi beban lampu.
6. Jika sudah siap, nyalakan blower untuk menghembuskan angin pada
wind tunnel. Atur kecepatan angin dalam wind tunnel dengan cara
Gambar 3.14 Setting anemometer
21
merubah jarak blower terhadap wind tunnel untuk menentukan variasi
angin mulai dari 7 m/s hingga 5 m/s, mulai dari yang tercepat.
7. Bila kecepatan angin sudah sesuai dengan yang diinginkan, maka
pengukuran dapat dilakukan dengan membaca massa pengimbang
yang terukur pada neraca pegas.
8. Mengukur putaran poros dengan tachometer yang diarahkan pada
pulley besar.
9. Hasil dari pengamatan kemudian dicatat.
10. Ulangi langkah 5 hingga 9, untuk 4 hingga 5 variasi kecepatan, dan 2
variasi diameter kincir.
22
BAB IV
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Penelitian
4.1.1 Data penelitian kincir dengan diameter 70 cm
Data penelitian diperoleh dari pengambilan data torsi pada kincir angin
diameter 70 cm. Pengujian dilakukan dengan variasi kecepatan angin mulai dari
yang tertinggi yaitu sekitar 7 m/s dengan penurunan 0,5 m/s hingga kincir
berhenti berputar. Pembebanan variatif menggunakan rangkaian lampu, mulai dari
0 atau tidak ada pembebanan hingga 4 lampu. Dari penelitian didapatkan data
yang dapat dilihat pada Tabel 4.1.
4.1.2 Data penelitian kincir dengan diameter 100 cm
Proses penelitian sama seperti pengujian kincir dengan diameter 70 cm.
Dari penelitian diperoleh data yang tampak pada Tabel 4.2
23
Tabel 4.1 Data hasil pengujian kincir dengan diameter 70 cm.
𝑽𝐚
(m/s)
beban
(gram) Putaran
(rpm)
6.76 140 61.49
6.57 140 61.13
6.6 140 64.3
6.84 140 64.68
6.78 140 63.43
6.92 140 64.87
6.1 110 46.95
6.1 110 51.6
5.97 110 51.8
5.46 100 34.37
5.51 100 34.86
5.41 100 37.04
6.76 180 52.08
6.57 180 51.99
6.6 180 51.37
6.84 190 54.49
6.78 190 55.75
6.92 190 54.95
6.1 150 39.9
6.1 150 39.45
5.97 150 40.07
5.46 130 25.75
5.51 130 27.64
5.41 130 27.16
6.76 210 49.53
6.57 210 47.06
6.6 210 47.72
6.84 200 50.61
6.78 200 52.12
6.92 200 50.85
𝑽𝐚
(m/s)
beban
(gram) Putaran
(rpm)
6.1 180 36.03
6.1 180 35.16
5.97 180 34.58
5.46 140 19.13
5.51 140 18.93
5.41 140 18.2
6.76 240 42.87
6.57 240 42.91
6.6 240 43.4
6.84 230 45.26
6.78 230 45.42
6.92 230 45.1
6.1 200 30.24
6.1 200 33.02
5.97 200 31.19
5.46 150 16.33
5.51 150 12.11
5.41 150 14.71
6.76 270 39.89
6.57 270 39.7
6.6 240 39.26
6.84 260 42.36
6.78 260 41.01
6.92 260 42.03
6.1 220 26.27
6.1 220 26.2
5.97 220 25.41
5.46 170 9.42
5.51 170 10.52
5.41 170 13.31
24
Tabel 4.2 Data hasil pengujian kincir dengan diameter 100 cm.
𝑽𝐚
(m/s)
Beban
(gram)
Putaran
(rpm)
6.71 160 66.25
6.74 160 67.02
6.68 160 64.94
6.6 160 62.12
6.52 160 60.13
6.63 160 61.99
5.91 160 51.24
5.85 160 49.48
5.87 160 51.64
5.6 160 47.49
5.48 160 45.91
5.52 160 44.96
5.19 150 37.1
5.11 150 36.6
5.11 150 35.71
6.71 230 63.46
6.74 230 63.01
6.68 230 61.85
6.6 230 56.41
6.52 230 57
6.63 230 58.2
5.91 220 45.47
5.85 220 43.51
5.87 220 46.42
5.6 220 40.97
5.48 220 40.09
5.52 220 39.53
5.19 210 33.69
5.11 210 33.21
5.11 210 32.07
6.71 280 59.8
6.74 280 57.02
6.68 280 58.06
6.6 280 53.9
6.52 280 53.16
6.63 280 52.93
5.91 270 42.26
5.85 270 41.32
𝑽𝐚
(m/s)
Beban
(gram)
Putaran
(rpm)
5.87 270 42.74
5.6 250 39.23
5.48 250 37.63
5.52 250 37.64
5.19 240 31.4
5.11 240 31.32
5.11 240 31.52
6.71 330 53.75
6.74 330 54.67
6.68 330 56.35
6.6 330 51.28
6.52 330 50.23
6.63 330 49.02
5.91 310 39.67
5.85 310 40.65
5.87 310 39.62
5.6 290 35.91
5.48 290 36.14
5.52 290 37.06
5.19 290 29.92
5.11 290 28.43
5.11 290 29.27
6.71 350 52.84
6.74 350 52
6.68 350 51.19
6.6 370 47.62
6.52 370 48.84
6.63 370 49.86
5.91 340 37.68
5.85 340 38.2
5.87 340 37.55
5.6 310 34.4
5.48 310 34.38
5.52 310 33.31
5.19 310 28.52
5.11 310 28.39
5.11 310 26.96
25
Contoh perhitungan untuk kincir angin dengan diameter 100 cm pada
kecepatan angin 6.7 m/s ditunjukan pada sub bab 4.2:
4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan
4.2.1 Perhitungan daya angin
Daya angin dihitung dengan menggunakan persamaan (5) yang dapat
dilihat pada sub bab 2.4.1:
𝑃𝑎 = 0,6.𝐴. 𝑣3
yang dalam hal ini:
𝑃𝑎 : daya angin, watt
𝐴 : luas penampang melintang angin yang ditangkap oleh kincir, m2
𝑣 : kecepatan angin, m/s
Sedangkan dalam hal ini, besarnya luas penampang (𝐴) sendiri adalah:
𝐴 = 𝑑. 𝑡
dengan:
𝑑 : diameter kincir, m
𝑡 : tinggi sudu saat membuka maksimal, m
sehingga persamaan (5) dapat disederhanakan menjadi:
𝑃𝑎 = 0,6.𝐴. 𝑣3
26
𝑃𝑎 = 0,6. 𝑑. 𝑡.𝑣3
Sebagai contoh diambil data dari table 4.1 no. 1 tanpa beban variatif (0).
Dari data, kecepatan angin (𝑣) sebesar 6,76 m/s, sedangkan diameter
kincir yang diuji (𝑑) adalah 0,7 m, dan tinggi sudu saat membuka maksimal (𝑡)
adalah 0,4 m. Maka dapat dihitung besarnya daya angin (𝑃𝑎 ) sebesar:
𝑃𝑎 = 0,6. 𝑑. 𝑡.𝑣3
𝑃𝑎 = 0,6 . 0,7 . 0,4 . 6,763
𝑃𝑎 = 51,90 𝑚 𝑠
4.2.2 Perhitungan torsi
Mengacu pada persamaan (6) yang dapat dilihat pada sub bab 2.4.2.1,
maka besarnya torsi dapat dirumuskan:
𝑇 = 𝑟.𝐹
yang dalam hal ini:
𝑇 : torsi, Nm
𝑟 : jarak lengan ke poros, m
𝐹 : gaya pengimbang yang diukur tegak lurus, N
diamana besarnya gaya pengimbang (𝐹) sendiri sebesar:
𝐹 = 𝑚. 𝑎
yang dalam hal ini:
27
𝑚 : massa pengimbang, kg
𝑎 : percepatan gravitasi, m/s2
Maka persamaan (6) dapat disederhanakan menjadi:
𝑇 = 𝑟.𝐹
𝑇 = 𝑟.𝑚.𝑎
Untuk contoh perhitungan dapat diambil data dari tabel 4.1 no. 1 tanpa
adanya beban variatif dari rangkaian lampu (0).
Dari data, diperoleh besarnya massa pengimbang (𝑚) 0,14 kg, sedangkan
jarak lengan ke poros (𝑟) diukur saat pengujian sepanjang 0,2 m. jika percepata
gravitasi dianggap 9,81 m/s2, maka besarnya torsi adalah:
𝑇 = 𝑟.𝑚.𝑎
𝑇 = 0,2 . 0,14 . 9,81
𝑇 = 0,27 𝑁𝑚
4.2.3 Perhitungan daya kincir
Daya kincir dihitung dengan persamaan (9) yang dibahas pada sub bab 2.4.2.2:
𝑃𝑘 =𝑇𝜋𝑛
30
yang dalam hal ini:
𝑃𝑘 : daya kincir, watt
28
𝑇 : besarnya torsi, Nm
𝑛 : putaran poros, rpm
Untuk contoh perhitungan dapat diambil dari table 4.1 no. 1 tanpa
pembebanan variatif rangkaian lampu (0).
Dari data, didapatkan bahwa pada kecepatan angin (𝑣) 6,76 m/s
didapatkan putaran poros (𝑛) sebesar 61,49 rpm, sedangkan besarnya torsi (𝑡)
telah diperhitungkan pada sub bab 4.2.2 sebesar 0,27 Nm, maka besarnya daya
poros:
𝑃𝑘 =𝑇𝜋𝑛
30
𝑃𝑘 =0,27 .𝜋 . 61,49
30
𝑃𝑘 = 1,74 𝑤𝑎𝑡𝑡s
4.2.4 Perhitungan tip speed ratio
Perhitungan tip speed ratio (tsr) mengacu pada persamaan (10) yang telah
dibahas pada sub bab 2.4.3 dimana:
𝑡𝑠𝑟 =2𝜋𝑟𝑛
60𝑣
yang dalam hal ini:
𝑟 : jari-jari kincir, m
𝑛 : putaran poros tiap menit, rpm
29
𝑣 : kecepatan angin, m/s
Untuk contoh perhitungan diambil data dari table 4.1 no. 1 tanpa beban
variatif rangkaian lampu (0).
Dari data, didapatkan putaran poros tiap menit (𝑛) sebesar 61,49 rpm pada
kecepatan angin (𝑣) 6,76 m/s, sedangkan jari-jari kincir (𝑟) sebesar 0.35 m. Maka
besarnya tip speed ratio:
𝑡𝑠𝑟 =2𝜋𝑟𝑛
60𝑣
𝑡𝑠𝑟 =2𝜋. 0,35 .61,49
60 . 6,76
𝑡𝑠𝑟 = 0,33
4.2.5 Perhitungan koefisen daya (𝑪𝒑)
Koefisen daya (𝐶𝑝) dapat dihitung dengan persamaan (11) yang
pembahasannya terdapat pada sub bab 2.4.4.
𝐶𝑝 =𝑃𝑘𝑃𝑎
. 100%
yang dalam hal ini:
𝐶𝑝 : koefisien daya, %
𝑃𝑘 : daya kincir, watt
𝑃𝑎 : daya angin, watt
30
Untuk contoh perhitungan diambil data dari table 4.1 no. 1 tanpa
pembebanan variatif rangkaian lampu (0).
Besarnya daya kincir (𝑃𝑘) didapatkan dari perhitungan pada sub bab 4.2.3
sebesar 1,74 watt. Sedangkan besarnya daya angin (𝑃𝑎 ) didapatkan dari
perhitungan pada sub bab 4.2.1 sebesar 51,90. Maka didapatkan koefisen daya
(𝐶𝑝) sebesar:
𝐶𝑝 =𝑃𝑘𝑃𝑎
. 100%
𝐶𝑝 =1,74
51,9. 100%
𝐶𝑝 = 3,35%
4.3 Hasil dan Pembahasan
4.3.1 Persamaan garis polynomial.
Grafik hubungan 𝐶𝑝 dengan tsr untuk berbagai jenis kincir angin dapat dilihat
pada grafik batas Betz ( Betz limit, atas nama ilmuan Jerman Albert Betz) seperti
terlihat pada Gambar 4.1. Jika dilihat pada grafik batas Betz, hubungan 𝐶𝑝 da tsr
untuk kincir angin poros vertikal (savonius) merupakan fungsi persamaan garis
polynomial pangkat dua, sehingga dapat didekati dengan persamaan:
𝐶𝑝 = 𝑘1 ∙ 𝑡𝑠𝑟2 + 𝑘2 ∙ 𝑡𝑠𝑟 + 𝑘3 (12)
dimana:
𝐶𝑝 : Koefisien daya, %
31
𝑡𝑠𝑟 : Tip speed ratio
𝑘1,𝑘2, 𝑘3 : konstanta
Seperti dalam Persamaan 10 yang dibahas pada sub bab 2.4.3, tsr
berbanding lurus dengan rpm, maka jika kincir tidak berputar, atau rpm = 0 (nol),
maka nilai dari tsr juga akan menjadi 0 (nol). Sedangkan koefisien daya sendiri
adalah perbandingan antara daya kincir (𝑃𝑘) dengan daya angin (𝑃𝑎 ), dimana
seperti yang dibahas pada sub bab 2.4.2.2, daya kincir juga berbanding lurus
dengan putaran poros (𝑛), maka jika kincir tidak berputar, nilai 𝑃𝑘 = 0 (nol),
dengan demikian Persamaan 12 dapat disederhanakan menjadi:
𝐶𝑝 = 𝑘1 ∙ 𝑡𝑠𝑟2 + 𝑘2 ∙ 𝑡𝑠𝑟 (13)
𝑘3 dianggap 0 (nol), karena jika tsr = 0 (nol) maka nilai dari 𝐶𝑝 = 0 (nol).
Gambar 4.1 Grafik Betz limit. (sumber: digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-
5125-4203109009-bab2.pdf)
32
Jika dijabarkan, maka persamaan dari koefisien daya (𝐶𝑝 ) adalah:
𝐶𝑝 =𝑃𝑘𝑃𝑎
𝐶𝑝 =𝑇.𝜔
0,5 ∙ 𝜌 ∙ 𝐴 ∙ 𝑣3
𝐶𝑝 =𝑇.𝜔
0,5 ∙ 𝜌 ∙ 𝐴 ∙ 𝑣3
𝐶𝑝 =𝐹 ∙ 𝑟𝑝 ∙
2 ∙ 𝜋 ∙ 𝑛60
0,5 ∙ 𝜌 ∙ 𝐴 ∙ 𝑣3
𝐶𝑝 =2 ∙ 𝜋 ∙ 𝑟𝑝
30 ∙ 𝐴∙𝐹 ∙ 𝑛
𝜌 ∙ 𝑣3
Jika
𝑐1 =2 ∙ 𝜋 ∙ 𝑟𝑝
30 ∙ 𝐴
maka koefisien daya (𝐶𝑝 ) dapat disederhanakan menjadi:
𝐶𝑝 = 𝑐1 ∙
𝐹 ∙ 𝑛
𝜌 ∙ 𝑣3
(14)
Sedangkan tsr sendiri memiliki persamaan:
𝑡𝑠𝑟 =2𝜋𝑟𝑘𝑛
60𝑣
𝑡𝑠𝑟 =𝜋𝑟𝑘30
∙𝑛
𝑣
33
Jika
𝑐2 =𝜋𝑟𝑘30
maka, persamaan tsr dapat disederhanakn menjadi:
𝑡𝑠𝑟 = 𝑐2 ∙𝑛
𝑣
(15)
Sehingga jika Persamaan 14 dan Persamaan 15 disubtitusikan ke dalam
Persamaan 13, maka akan menjadi:
𝐶𝑝 = 𝑘1 ∙ 𝑡𝑠𝑟2 + 𝑘2 ∙ 𝑡𝑠𝑟
𝑐1 ∙𝐹 ∙ 𝑛
𝜌 ∙ 𝑣3= 𝑘1 ∙ 𝑐2 ∙
𝑛
𝑣
2
+ 𝑘2 ∙ 𝑐2 ∙𝑛
𝑣
𝑐1 ∙𝐹 ∙ 𝑛
𝜌 ∙ 𝑣3= 𝑘1 ∙ 𝑐2
2 ∙𝑛2
𝑣2+ 𝑘2 ∙ 𝑐2 ∙
𝑛
𝑣
jika persamaan dibagi dengan n/v, maka
𝑐1 ∙𝐹
𝜌 ∙ 𝑣2= 𝑘1 ∙ 𝑐2
2 ∙𝑛
𝑣+ 𝑘2 ∙ 𝑐2
sehingga menjadi,
𝐹 ∙ 𝑛
𝜌 ∙ 𝑣3=
𝑘1 ∙ 𝑐22
𝑐1 ∙
𝑛2
𝑣2+
𝑘2 ∙ 𝑐2
𝑐1 ∙
𝑛
𝑣
(16)
yang dalam hal ini:
𝐹 : Gaya, N
𝑛 : Putaran poros setiap menit, rpm
34
𝜌 : Massa jenis udara pada suhu tertentu, kg/m3
𝑣 : kecepatan angin, m/s
𝑘1,𝑘2, 𝑐1, 𝑐2 : konstanta
Dari hasil pengujian didapatkan, grafik F.n/(ρ.v2) terhadap n/v sebagai berikut:
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0 2 4 6 8 10 12
F/(ρ
.v2)
n/v
F/(ρ.v2)=-0,002(n/v)+0,053
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0 2 4 6 8 10 12
F/(ρ
.v2)
n/v
F/(ρ.v2)= -0,013(n/v)+0,163
Gambar 4.2 Grafik perbandingan F.n/(ρ.v2) terhadap n/v, untuk diameter kincir 70 cm
Gambar 4.3 Grafik perbandingan F.n/(ρ.v2) terhadap n/v, untuk diameter kincir 100 cm
35
Tabel 4.3. Perhitungan F/(ρxv2) dan n/v kincir angin diameter 70 cm.
Va
(m/s)
m
(gram)
n
(rpm)
𝑭
𝝆𝒙𝒗𝟐 n/v
6.76 140 61.49 0.03 9.10
6.57 140 61.13 0.03 9.30
6.6 140 64.3 0.03 9.74
6.84 140 64.68 0.02 9.46
6.78 140 63.43 0.02 9.36
6.92 140 64.87 0.02 9.37
6.1 110 46.95 0.02 7.70
6.1 110 51.6 0.02 8.46
5.97 110 51.8 0.03 8.68
5.46 100 34.37 0.03 6.29
5.51 100 34.86 0.03 6.33
5.41 100 37.04 0.03 6.85
6.76 180 52.08 0.03 7.70
6.57 180 51.99 0.03 7.91
6.6 180 51.37 0.03 7.78
6.84 190 54.49 0.03 7.97
6.78 190 55.75 0.03 8.22
6.92 190 54.95 0.03 7.94
6.1 150 39.9 0.03 6.54
6.1 150 39.45 0.03 6.47
5.97 150 40.07 0.03 6.71
5.46 130 25.75 0.04 4.72
5.51 130 27.64 0.04 5.02
5.41 130 27.16 0.04 5.02
6.76 210 49.53 0.04 7.33
6.57 210 47.06 0.04 7.16
6.6 210 47.72 0.04 7.23
6.84 200 50.61 0.03 7.40
6.78 200 52.12 0.04 7.69
Va
(m/s)
m
(gram)
n
(rpm)
𝑭
𝝆𝒙𝒗𝟐 n/v
6.92 200 50.85 0.03 7.35
6.1 180 36.03 0.04 5.91
6.1 180 35.16 0.04 5.76
5.97 180 34.58 0.04 5.79
5.46 140 19.13 0.04 3.50
5.51 140 18.93 0.04 3.44
5.41 140 18.2 0.04 3.36
6.76 240 42.87 0.04 6.34
6.57 240 42.91 0.05 6.53
6.6 240 43.4 0.05 6.58
6.84 230 45.26 0.04 6.62
6.78 230 45.42 0.04 6.70
6.92 230 45.1 0.04 6.52
6.1 200 30.24 0.04 4.96
6.1 200 33.02 0.04 5.41
5.97 200 31.19 0.05 5.22
5.46 150 16.33 0.04 2.99
5.51 150 12.11 0.04 2.20
5.41 150 14.71 0.04 2.72
6.76 270 39.89 0.05 5.90
6.57 270 39.7 0.05 6.04
6.6 240 39.26 0.05 5.95
6.84 260 42.36 0.05 6.19
6.78 260 41.01 0.05 6.05
6.92 260 42.03 0.04 6.07
6.1 220 26.27 0.05 4.31
6.1 220 26.2 0.05 4.30
5.97 220 25.41 0.05 4.26
5.46 170 9.42 0.05 1.73
5.51 170 10.52 0.05 1.91
5.41 170 13.31 0.05 2.46
36
Tabel 4.4. Perhitungan F/(ρxv2) dan n/v kincir angin diameter 100 cm.
Va
(m/s)
m
(gram)
n
(rpm)
𝑭
𝝆𝒙𝒗𝟐 n/v
6.71 160 66.25 0.03 9.87
6.74 160 67.02 0.03 9.94
6.68 160 64.94 0.03 9.72
6.6 160 62.12 0.03 9.41
6.52 160 60.13 0.03 9.22
6.63 160 61.99 0.03 9.35
5.91 160 51.24 0.04 8.67
5.85 160 49.48 0.04 8.46
5.87 160 51.64 0.04 8.80
5.6 160 47.49 0.04 8.48
5.48 160 45.91 0.04 8.38
5.52 160 44.96 0.04 8.14
5.19 150 37.1 0.05 7.15
5.11 150 36.6 0.05 7.16
5.11 150 35.71 0.05 6.99
6.71 230 63.46 0.04 9.46
6.74 230 63.01 0.04 9.35
6.68 230 61.85 0.04 9.26
6.6 230 56.41 0.04 8.55
6.52 230 57 0.04 8.74
6.63 230 58.2 0.04 8.78
5.91 220 45.47 0.05 7.69
5.85 220 43.51 0.05 7.44
5.87 220 46.42 0.05 7.91
5.6 220 40.97 0.06 7.32
5.48 220 40.09 0.06 7.32
5.52 220 39.53 0.06 7.16
5.19 210 33.69 0.06 6.49
5.11 210 33.21 0.07 6.50
5.11 210 32.07 0.07 6.28
6.71 280 59.8 0.05 8.91
6.74 280 57.02 0.05 8.46
6.68 280 58.06 0.05 8.69
6.6 280 53.9 0.05 8.17
6.52 280 53.16 0.05 8.15
6.63 280 52.93 0.05 7.98
5.91 270 42.26 0.06 7.15
Va
(m/s)
m
(gram)
n
(rpm)
𝑭
𝝆𝒙𝒗𝟐 n/v
5.85 270 41.32 0.06 7.06
5.87 270 42.74 0.06 7.28
5.6 250 39.23 0.07 7.01
5.48 250 37.63 0.07 6.87
5.52 250 37.64 0.07 6.82
5.19 240 31.4 0.07 6.05
5.11 240 31.32 0.08 6.13
5.11 240 31.52 0.08 6.17
6.71 330 53.75 0.06 8.01
6.74 330 54.67 0.06 8.11
6.68 330 56.35 0.06 8.44
6.6 330 51.28 0.06 7.77
6.52 330 50.23 0.06 7.70
6.63 330 49.02 0.06 7.39
5.91 310 39.67 0.07 6.71
5.85 310 40.65 0.07 6.95
5.87 310 39.62 0.07 6.75
5.6 290 35.91 0.08 6.41
5.48 290 36.14 0.08 6.59
5.52 290 37.06 0.08 6.71
5.19 290 29.92 0.09 5.76
5.11 290 28.43 0.09 5.56
5.11 290 29.27 0.09 5.73
6.71 350 52.84 0.06 7.87
6.74 350 52 0.06 7.72
6.68 350 51.19 0.06 7.66
6.6 370 47.62 0.07 7.22
6.52 370 48.84 0.07 7.49
6.63 370 49.86 0.07 7.52
5.91 340 37.68 0.08 6.38
5.85 340 38.2 0.08 6.53
5.87 340 37.55 0.08 6.40
5.6 310 34.4 0.08 6.14
5.48 310 34.38 0.08 6.27
5.52 310 33.31 0.08 6.03
5.19 310 28.52 0.09 5.50
5.11 310 28.39 0.10 5.56
5.11 310 26.96 0.10 5.28
37
Dari Gambar 4.2 didapatkan persamaan untuk kincir dengan diameter 70 cm:
𝐹 ∙ 𝑛
𝜌 ∙ 𝑣3= −0,002 ∙
𝑛2
𝑣2+ 0,053 ∙
𝑛
𝑣
Sehingga harga 𝑘1 untuk kincir dengan diameter 70 cm dapat dicari dengan cara:
𝑘1 ∙ 𝑐22
𝑐1= −0,002
𝑘1 =−0,002 ∙ 𝑐1
𝑐22
𝑘1 =−0,002 ∙
2 ∙ 𝜋 ∙ 𝑟𝑝30 ∙ 𝐴
𝜋 ∙ 𝑟𝑘
30
2
𝑘1 =−0,002 ∙ 60 ∙ 𝑟𝑝
𝜋 ∙ 𝑟𝑘2 ∙ 𝐴
𝑘1 =−0,002 ∙ 60 ∙ 0,2
𝜋 ∙ 0.352 ∙ 0,7 ∙ 0,4
𝑘1 = −0,223
Sedangkan harga 𝑘2 untuk kincir dengan diameter 70 cm dicari dengan cara:
𝑘2 ∙ 𝑐2
𝑐1= 0,053
𝑘2 =0,053 ∙ 𝑐1
𝑐2
𝑘2 =0,053 ∙
2 ∙ 𝜋 ∙ 𝑟𝑝30 ∙ 𝐴
𝜋 ∙ 𝑟𝑘30
38
𝑘2 =0,053 ∙ 2 ∙ 𝑟𝑝
𝑟𝑘 ∙ 𝐴
𝑘2 =0,053 ∙ 2 ∙ 0,2
0,35 ∙ 0,7 ∙ 0,4
𝑘2 = 0,216
Jika harga 𝑘1 dan 𝑘2 disubtitusikan ke Persamaan 13, maka diperoleh
persamaan garis polynomial perbadingan 𝐶𝑝 terhadap tsr untuk kincir dengan
diameter 70 cm sebagai berikut:
𝐶𝑝 = −0,223 ∙ 𝑡𝑠𝑟2 + 0,216 ∙ 𝑡𝑠𝑟 (17)
Sedangkan dari Gambar 4.3. didapatkan persamaan untuk kincir dengan
diameter 100 cm:
𝐹 ∙ 𝑛
𝜌 ∙ 𝑣3= −0,013 ∙
𝑛2
𝑣2+ 0,163 ∙
𝑛
𝑣
Sehingga harga 𝑘1 untuk kincir dengan diameter 100 cm dapat dicari dengan cara:
𝑘1 ∙ 𝑐22
𝑐1= −0,013
𝑘1 =−0,013 ∙ 𝑐1
𝑐22
𝑘1 =−0,013 ∙
2 ∙ 𝜋 ∙ 𝑟𝑝30 ∙ 𝐴
𝜋 ∙ 𝑟𝑘
30 2
𝑘1 =−0,013 ∙ 60 ∙ 𝑟𝑝
𝜋 ∙ 𝑟𝑘2 ∙ 𝐴
39
𝑘1 =−0,013 ∙ 60 ∙ 0,2
𝜋 ∙ 0.52 ∙ 1,0 ∙ 0,4
𝑘1 = −0,497
Sedangkan harga 𝑘2 untuk kincir dengan diameter 100 cm dicari dengan cara:
𝑘2 ∙ 𝑐2
𝑐1= 0,163
𝑘2 =0,163 ∙ 𝑐1
𝑐2
𝑘2 =0,163 ∙
2 ∙ 𝜋 ∙ 𝑟𝑝30 ∙ 𝐴
𝜋 ∙ 𝑟𝑘30
𝑘2 =0,163 ∙ 2 ∙ 𝑟𝑝
𝑟𝑘 ∙ 𝐴
𝑘2 =0,163 ∙ 2 ∙ 0,2
0,5 ∙ 1,0 ∙ 0,4
𝑘2 = 0,326
Jika harga 𝑘1 dan 𝑘2 disubtitusikan ke Persamaan 13, maka diperoleh
persamaan garis polynomial perbadingan 𝐶𝑝 terhadap tsr untuk kincir dengan
diameter 70 cm sebagai berikut:
𝐶𝑝 = −0,497 ∙ 𝑡𝑠𝑟2 + 0,326 ∙ 𝑡𝑠𝑟 (18)
4.3.2 Grafik hubungan antara Cp terhadap tsr
Dengan Persamaan 17 dan Persamaan 18, maka diperoleh grafik perbandingan
antara 𝐶𝑝 terhadap tsr yag dapat dilihat pada Gambar 4.4.
40
Dari Gambar 4.4, koefisien daya tertinggi sebesar 5,34 % diperoleh dari kincir
angin dengan diameter 100 cm pada tsr 0,32.
4.3.3 Grafik hubungan antara putaran poros, torsi dan daya kincir.
Dengan menggunakan Persamaan 17 untuk kincir dengan diameter 70 cm,
didapatkan persamaan garis polynomial hubungan antara torsi dengan daya kincir
dengan cara:
𝐶𝑝 = −0,223 ∙ 𝑡𝑠𝑟2 + 0,216 ∙ 𝑡𝑠𝑟
𝑃𝑘𝑃𝑎
= −0,223 ∙ 𝑡𝑠𝑟2 + 0,216 ∙ 𝑡𝑠𝑟
𝑇 ∙ 𝜔
𝑃𝑎= −0,223 ∙ 𝑡𝑠𝑟2 + 0,216 ∙ 𝑡𝑠𝑟
𝑇 =
−0,223 ∙ 𝑃𝑎𝜔
∙ 𝑡𝑠𝑟2 +0,216 ∙ 𝑃𝑎
𝜔∙ 𝑡𝑠𝑟
(19)
0
1
2
3
4
5
6
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
koe
fisi
en d
aya
(%)
tsr
diameter kincir 70 cm diameter kincir 100 cm
Gambar 4.4. Grafik hubungan antara Cp terhadap tsr untuk 2 model kincir
41
Sedangkan persamaan polynomial hubungan antara torsi dengan daya
kincir untuk kincir dengan diameter 100 dapat dicari menggunakan Persamaan 18,
dengan cara:
𝐶𝑝 = −0,497 ∙ 𝑡𝑠𝑟2 + 0,326 ∙ 𝑡𝑠𝑟
𝑃𝑘𝑃𝑎
= −0,497 ∙ 𝑡𝑠𝑟2 + 0,326 ∙ 𝑡𝑠𝑟
𝑇 ∙ 𝜔
𝑃𝑎= −0,497 ∙ 𝑡𝑠𝑟2 + 0,326 ∙ 𝑡𝑠𝑟
𝑇 =
−0,497 ∙ 𝑃𝑎𝜔
∙ 𝑡𝑠𝑟2 +0,326 ∙ 𝑃𝑎
𝜔∙ 𝑡𝑠𝑟
(20)
Dengan Persamaan 19, didapatkan grafik hubungan antara putaran poros,
torsi dan daya kincir untuk diameter kincir 70 cm, yang dapat dilihat pada Gambar
4.5.
Dengan Persamaan 20, didapatkan grafik hubungan antara putaran poros,
torsi dan daya kincir untuk diameter kincir 100 cm, yang dapat dilihat pada
Gambar 4.6.
42
4.4 Pembahasan
Pada tugas akhir ini telah diketahui bahwa cara kerja kincir angin model
ini adalah dengan sudu yang membuka dan menutup secara otomatis karena
adanya tiupan angin. Saat posisi sudu terbuka, itulah sudu yang menerima angin
Gambar 4.5. Grafik hubungan antara putaran poros- torsi- daya kincir, untuk
diameter kincir 70 cm
Gambar 4.6. Grafik hubungan antara putaran poros- torsi- daya kincir, untuk
diameter kincir 100 cm
43
dan secara otomatis sudu yang seporos akan menutup, hal ini memungkinkan
untuk meminimalkan rugi-rugi gesekan yang terjadi karena melawan arah angin.
Pada prinsip kerjanya, tiupan angin akan memutar kincir angin sehingga
memutar poros yang akan diteruskan keberbagai aplikasi, misalnya diteruskan ke
generator untuk menghasilkan listrik, atau ke transmisi lain yag digunakan untuk
menggiling gandum.
Dari data perhitungan dapat diketahui bahwa daya kincir model ini relatif
kecil atau sebesar 3,79 watt pada kecepatan angin 6,71 m/s menggunakan kincir
dengan diameter 100 cm. Sedangkan koefisien daya terbesarnya diperoleh pada
putaran poros 28,39 rpm dan kecepatan angin 5,11 m/s didapatkan sebesar 5,64
%.pada kincir dengan diameter 100 cm dengan tsr sebesar 0,29.
Kecilnya daya kincir disebabkan oleh beberapa hal, diantaranya kontur
kincir yang kurang aerodinamis menyebabkan masih besarnya gaya drag yang
ditimbulkan saat salah satu sudu dalam posisi menentang arah angin. Kesentrisan
poros, baik poros utama maupun poros sudu juga mempengaruhi kinerja kincir.
Berat kincir angin model 8 kg, mempengaruhi efisiensi kincir model, pemilihan
material yang lebih ringan memungkinkan untuk menambah efisiensi kincir angin.
Putaran poros yang terukur juga relatif kecil antara 9,42 rpm hingga 67,02 rpm.
Dari hasil penelitian dapat diketahui, bahwa semakin besar diameter kincir maka
kinerja kincir juga akan menjadi semakin baik.
44
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari pengujian model kincir angin yang telah dilakukan, maka dapat diambil
beberapa kesimpulan:
1. Koefisien daya tertinggi untuk kincir angin dengan diameter 70 cm sebesar
5,23 % didapatkan pada saat tsr 0,5.
2. Koefisien daya tertinggi untuk kincir angin dengan diameter 100 cm
sebesar 5,34 % didapatkan pada saat tsr 0,32.
3. Daya kincir tertinggi untuk kincir angin dengan diameter 70 cm sebesar
2,81 watt didapatkan saat kecepatan angin 6,84 m/s pada torsi sebesar 0,3
Nm dan putaran poros 90 rpm.
4. Daya kincir tertinggi untuk kincir angin dengan diameter 100 cm sebesar
3,87 watt didapatkan saat kecepatan angin 6,71 m/s pada torsi sebesar 1,85
Nm dan putaran poros 20 rpm.
5. Semakin besar diameter dari kincir angin maka semakin besar torsi, daya
kincir dan koefisien daya.
6. Dilihat dari hasil unjuk kerja, kincir model ini belum bisa diterapkan untuk
memenuhi kebutuhan energi dimasyarakat.
45
5.2 Saran
Beberapa hal penting yang dapat digunakan untuk penelitian berikutnya:
1. Berat material kincir angin dibuat seringan mungkin, untuk meningkatkan
efisiensi kincir.
2. Bentukan kincir dibuat aerodinamis, untuk meminimalkan gaya drag yang
dapat menghambat putaran kincir.
3. Poros kincir harus lurus, agar saat berputar tidak oleng.
46
DAFTAR PUSTAKA
Burton, Tony. Sharpe, David. Jenkins, Nick. Bossanyi, Ervin., Wind Energy
Handbook, Wiley : New York, 2001
Irwin, J. David.,Mechanical Engineer’s Handbook, Auburn Universty :Auburn,
Alabama, 2001
Arifudin, Momon., Model Kincir Angin Poros Vertikal Dengan Empat Sudu
Datar Empat Ruang yang Dapat Membentang dan Mengatup Secara Otomatis,
FST – Universitas Sanata Dharma: Yogyakarta, 2010
http://en.wikipedia.org/wiki/Windmill
http://id.wikipedia.org/wiki/Kincir_angin
http:// id.wikipedia.org/wiki/Gayahambat
47
LAMPIRAN
48
Tabel L1. Data perhitungan hubungan F/(ρxv2) terhadap n/v kincir model dengan
diameter 70 cm.
Va
(m/s)
m
(gram)
n
(rpm) F (N)
𝑭
𝝆𝒙𝒗𝟐 n/v
6.76 140 61.49 1.3734 0.02505 9.09615
6.57 140 61.13 1.3734 0.02651 9.30441
6.6 140 64.3 1.3734 0.02627 9.74242
6.84 140 64.68 1.3734 0.02446 9.45614
6.78 140 63.43 1.3734 0.0249 9.35546
6.92 140 64.87 1.3734 0.0239 9.37428
6.1 110 46.95 1.0791 0.02417 7.69672
6.1 110 51.6 1.0791 0.02417 8.45902
5.97 110 51.8 1.0791 0.02523 8.67672
5.46 100 34.37 0.981 0.02742 6.29487
5.51 100 34.86 0.981 0.02693 6.32668
5.41 100 37.04 0.981 0.02793 6.84658
6.76 180 52.08 1.7658 0.0322 7.70414
6.57 180 51.99 1.7658 0.03409 7.91324
6.6 180 51.37 1.7658 0.03378 7.78333
6.84 190 54.49 1.8639 0.0332 7.96637
6.78 190 55.75 1.8639 0.03379 8.22271
6.92 190 54.95 1.8639 0.03244 7.94075
6.1 150 39.9 1.4715 0.03295 6.54098
6.1 150 39.45 1.4715 0.03295 6.46721
5.97 150 40.07 1.4715 0.03441 6.71189
5.46 130 25.75 1.2753 0.03565 4.71612
5.51 130 27.64 1.2753 0.035 5.01633
5.41 130 27.16 1.2753 0.03631 5.02033
6.76 210 49.53 2.0601 0.03757 7.32692
6.57 210 47.06 2.0601 0.03977 7.16286
6.6 210 47.72 2.0601 0.03941 7.2303
6.84 200 50.61 1.962 0.03495 7.39912
6.78 200 52.12 1.962 0.03557 7.68732
6.92 200 50.85 1.962 0.03414 7.34827
6.1 180 36.03 1.7658 0.03955 5.90656
6.1 180 35.16 1.7658 0.03955 5.76393
5.97 180 34.58 1.7658 0.04129 5.79229
5.46 140 19.13 1.3734 0.03839 3.50366
5.51 140 18.93 1.3734 0.0377 3.43557
5.41 140 18.2 1.3734 0.0391 3.36414
6.76 240 42.87 2.3544 0.04293 6.34172
49
(lanjutan) Tabel L1. Data perhitungan hubungan F/(ρxv2) terhadap n/v
kincir model dengan diameter 70 cm.
Va
(m/s)
m
(gram)
n
(rpm) F (N)
𝑭
𝝆𝒙𝒗𝟐 n/v
6.57 240 42.91 2.3544 0.04545 6.5312
6.6 240 43.4 2.3544 0.04504 6.57576
6.84 230 45.26 2.2563 0.04019 6.61696
6.78 230 45.42 2.2563 0.0409 6.69912
6.92 230 45.1 2.2563 0.03926 6.51734
6.1 200 30.24 1.962 0.04394 4.95738
6.1 200 33.02 1.962 0.04394 5.41311
5.97 200 31.19 1.962 0.04587 5.22446
5.46 150 16.33 1.4715 0.04113 2.99084
5.51 150 12.11 1.4715 0.04039 2.19782
5.41 150 14.71 1.4715 0.0419 2.71904
6.76 270 39.89 2.6487 0.0483 5.90089
6.57 270 39.7 2.6487 0.05114 6.04262
6.6 240 39.26 2.3544 0.04504 5.94848
6.84 260 42.36 2.5506 0.04543 6.19298
6.78 260 41.01 2.5506 0.04624 6.04867
6.92 260 42.03 2.5506 0.04439 6.0737
6.1 220 26.27 2.1582 0.04833 4.30656
6.1 220 26.2 2.1582 0.04833 4.29508
5.97 220 25.41 2.1582 0.05046 4.25628
5.46 170 9.42 1.6677 0.04662 1.72527
5.51 170 10.52 1.6677 0.04578 1.90926
5.41 170 13.31 1.6677 0.04748 2.46026
50
Tabel L2. Data perhitungan hubungan F/(ρxv2) terhadap n/v kincir model dengan
diameter 100 cm.
Va
(m/s)
m
(gram)
n
(rpm) F (N)
𝑭
𝝆𝒙𝒗𝟐 n/v
6.71 160 66.25 1.5696 0.02905 9.87332
6.74 160 67.02 1.5696 0.02879 9.94362
6.68 160 64.94 1.5696 0.02931 9.72156
6.6 160 62.12 1.5696 0.03003 9.41212
6.52 160 60.13 1.5696 0.03077 9.22239
6.63 160 61.99 1.5696 0.02976 9.34992
5.91 160 51.24 1.5696 0.03745 8.67005
5.85 160 49.48 1.5696 0.03822 8.45812
5.87 160 51.64 1.5696 0.03796 8.79727
5.6 160 47.49 1.5696 0.04171 8.48036
5.48 160 45.91 1.5696 0.04356 8.37774
5.52 160 44.96 1.5696 0.04293 8.14493
5.19 150 37.1 1.4715 0.04552 7.14836
5.11 150 36.6 1.4715 0.04696 7.16243
5.11 150 35.71 1.4715 0.04696 6.98826
6.71 230 63.46 2.2563 0.04176 9.45753
6.74 230 63.01 2.2563 0.04139 9.34866
6.68 230 61.85 2.2563 0.04214 9.25898
6.6 230 56.41 2.2563 0.04316 8.54697
6.52 230 57 2.2563 0.04423 8.74233
6.63 230 58.2 2.2563 0.04277 8.77828
5.91 220 45.47 2.1582 0.05149 7.69374
5.85 220 43.51 2.1582 0.05255 7.43761
5.87 220 46.42 2.1582 0.0522 7.90801
5.6 220 40.97 2.1582 0.05735 7.31607
5.48 220 40.09 2.1582 0.05989 7.31569
5.52 220 39.53 2.1582 0.05902 7.16123
5.19 210 33.69 2.0601 0.06373 6.49133
5.11 210 33.21 2.0601 0.06575 6.49902
5.11 210 32.07 2.0601 0.06575 6.27593
6.71 280 59.8 2.7468 0.05084 8.91207
6.74 280 57.02 2.7468 0.05039 8.45994
6.68 280 58.06 2.7468 0.0513 8.69162
6.6 280 53.9 2.7468 0.05255 8.16667
6.52 280 53.16 2.7468 0.05385 8.15337
6.63 280 52.93 2.7468 0.05207 7.98341
5.91 270 42.26 2.6487 0.06319 7.15059
51
(lanjutan) Tabel L2. Data perhitungan hubungan F/(ρxv2) terhadap n/v
kincir model dengan diameter 100 cm.
Va
(m/s)
m
(gram)
n
(rpm) F (N)
𝑭
𝝆𝒙𝒗𝟐 n/v
5.85 270 41.32 2.6487 0.0645 7.06325
5.87 270 42.74 2.6487 0.06406 7.28109
5.6 250 39.23 2.4525 0.06517 7.00536
5.48 250 37.63 2.4525 0.06806 6.86679
5.52 250 37.64 2.4525 0.06707 6.81884
5.19 240 31.4 2.3544 0.07284 6.0501
5.11 240 31.32 2.3544 0.07514 6.12916
5.11 240 31.52 2.3544 0.07514 6.1683
6.71 330 53.75 3.2373 0.05992 8.01043
6.74 330 54.67 3.2373 0.05939 8.11128
6.68 330 56.35 3.2373 0.06046 8.43563
6.6 330 51.28 3.2373 0.06193 7.7697
6.52 330 50.23 3.2373 0.06346 7.70399
6.63 330 49.02 3.2373 0.06137 7.39367
5.91 310 39.67 3.0411 0.07256 6.71235
5.85 310 40.65 3.0411 0.07405 6.94872
5.87 310 39.62 3.0411 0.07355 6.74957
5.6 290 35.91 2.8449 0.0756 6.4125
5.48 290 36.14 2.8449 0.07895 6.59489
5.52 290 37.06 2.8449 0.07781 6.71377
5.19 290 29.92 2.8449 0.08801 5.76493
5.11 290 28.43 2.8449 0.09079 5.5636
5.11 290 29.27 2.8449 0.09079 5.72798
6.71 350 52.84 3.4335 0.06355 7.87481
6.74 350 52 3.4335 0.06298 7.71513
6.68 350 51.19 3.4335 0.06412 7.66317
6.6 370 47.62 3.6297 0.06944 7.21515
6.52 370 48.84 3.6297 0.07115 7.4908
6.63 370 49.86 3.6297 0.06881 7.52036
5.91 340 37.68 3.3354 0.07958 6.37563
5.85 340 38.2 3.3354 0.08122 6.52991
5.87 340 37.55 3.3354 0.08067 6.39693
5.6 310 34.4 3.0411 0.08081 6.14286
5.48 310 34.38 3.0411 0.08439 6.27372
5.52 310 33.31 3.0411 0.08317 6.03442
5.19 310 28.52 3.0411 0.09408 5.49518
5.11 310 28.39 3.0411 0.09705 5.55577
5.11 310 26.96 3.0411 0.09705 5.27593
52
Tabel L3. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 70 cm, saat
kecepatan angin 6,84 m/s.
n tsr ω T 𝑷𝒌
10 0.05356 1.04667 0.56136 0.58756
15 0.08034 1.57 0.54493 0.85554
20 0.10712 2.09333 0.5285 1.10633
25 0.13389 2.61667 0.51207 1.33993
30 0.16067 3.14 0.49565 1.55633
35 0.18745 3.66333 0.47922 1.75554
40 0.21423 4.18667 0.46279 1.93755
45 0.24101 4.71 0.44636 2.10237
50 0.26779 5.23333 0.42993 2.24999
55 0.29457 5.75667 0.41351 2.38042
60 0.32135 6.28 0.39708 2.49365
65 0.34812 6.80333 0.38065 2.58969
70 0.3749 7.32667 0.36422 2.66854
75 0.40168 7.85 0.34779 2.73019
80 0.42846 8.37333 0.33137 2.77464
85 0.45524 8.89667 0.31494 2.8019
90 0.48202 9.42 0.29851 2.81197
95 0.5088 9.94333 0.28208 2.80484
100 0.53558 10.4667 0.26565 2.78052
105 0.56235 10.99 0.24923 2.739
110 0.58913 11.5133 0.2328 2.68029
115 0.61591 12.0367 0.21637 2.60438
120 0.64269 12.56 0.19994 2.51128
125 0.66947 13.0833 0.18351 2.40098
130 0.69625 13.6067 0.16709 2.27349
135 0.72303 14.13 0.15066 2.1288
53
Tabel L4. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 70 cm, saat
kecepatan angin 6,64 m/s.
n tsr ω T 𝑷𝒌
10 0.05517 1.04667 0.52808 0.55272
15 0.08276 1.57 0.51213 0.80404
20 0.11034 2.09333 0.49618 1.03868
25 0.13793 2.61667 0.48023 1.25661
30 0.16551 3.14 0.46429 1.45786
35 0.1931 3.66333 0.44834 1.64242
40 0.22068 4.18667 0.43239 1.81028
45 0.24827 4.71 0.41644 1.96145
50 0.27585 5.23333 0.4005 2.09593
55 0.30344 5.75667 0.38455 2.21372
60 0.33102 6.28 0.3686 2.31482
65 0.35861 6.80333 0.35265 2.39922
70 0.38619 7.32667 0.33671 2.46693
75 0.41378 7.85 0.32076 2.51795
80 0.44137 8.37333 0.30481 2.55228
85 0.46895 8.89667 0.28886 2.56992
90 0.49654 9.42 0.27292 2.57086
95 0.52412 9.94333 0.25697 2.55512
100 0.55171 10.4667 0.24102 2.52268
105 0.57929 10.99 0.22507 2.47355
110 0.60688 11.5133 0.20912 2.40772
115 0.63446 12.0367 0.19318 2.32521
120 0.66205 12.56 0.17723 2.226
125 0.68963 13.0833 0.16128 2.11011
130 0.71722 13.6067 0.14533 1.97752
135 0.7448 14.13 0.12939 1.82823
54
Tabel L5. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 70 cm, saat
kecepatan angin 6,06 m/s.
n tsr ω T 𝑷𝒌
10 0.060451 1.046667 0.43731 0.457718
15 0.090677 1.57 0.422755 0.663726
20 0.120902 2.093333 0.408201 0.8545
25 0.151128 2.616667 0.393646 1.03004
30 0.181353 3.14 0.379091 1.190347
35 0.211579 3.663333 0.364537 1.335419
40 0.241804 4.186667 0.349982 1.465258
45 0.27203 4.71 0.335427 1.579863
50 0.302255 5.233333 0.320873 1.679234
55 0.332481 5.756667 0.306318 1.763371
60 0.362706 6.28 0.291764 1.832275
65 0.392932 6.803333 0.277209 1.885944
70 0.423157 7.326667 0.262654 1.92438
75 0.453383 7.85 0.2481 1.947582
80 0.483608 8.373333 0.233545 1.95555
85 0.513834 8.896667 0.21899 1.948284
90 0.544059 9.42 0.204436 1.925784
95 0.574285 9.943333 0.189881 1.888051
100 0.60451 10.46667 0.175326 1.835083
105 0.634736 10.99 0.160772 1.766882
110 0.664961 11.51333 0.146217 1.683447
115 0.695187 12.03667 0.131663 1.584778
120 0.725413 12.56 0.117108 1.470875
125 0.755638 13.08333 0.102553 1.341739
130 0.785864 13.60667 0.087999 1.197368
135 0.816089 14.13 0.073444 1.037764
55
Tabel L6. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 70 cm, saat
kecepatan angin 5,46 m/s.
n tsr ω T 𝑷𝒌
10 0.067094 1.046667 0.352404 0.36885
15 0.100641 1.57 0.33929 0.532686
20 0.134188 2.093333 0.326177 0.682797
25 0.167735 2.616667 0.313063 0.819182
30 0.201282 3.14 0.29995 0.941842
35 0.234829 3.663333 0.286836 1.050776
40 0.268376 4.186667 0.273723 1.145985
45 0.301923 4.71 0.260609 1.227468
50 0.33547 5.233333 0.247495 1.295226
55 0.369017 5.756667 0.234382 1.349258
60 0.402564 6.28 0.221268 1.389564
65 0.436111 6.803333 0.208155 1.416145
70 0.469658 7.326667 0.195041 1.429001
75 0.503205 7.85 0.181927 1.428131
80 0.536752 8.373333 0.168814 1.413535
85 0.570299 8.896667 0.1557 1.385214
90 0.603846 9.42 0.142587 1.343167
95 0.637393 9.943333 0.129473 1.287395
100 0.67094 10.46667 0.11636 1.217897
105 0.704487 10.99 0.103246 1.134673
110 0.738034 11.51333 0.090132 1.037724
115 0.771581 12.03667 0.077019 0.92705
120 0.805128 12.56 0.063905 0.80265
125 0.838675 13.08333 0.050792 0.664524
130 0.872222 13.60667 0.037678 0.512673
135 0.905769 14.13 0.024565 0.347096
56
Tabel L7. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat
kecepatan angin 6,71 m/s.
n tsr ω T 𝑷𝒌
5 0.07799 0.52333 3.10399 1.62442
10 0.15599 1.04667 2.6853 2.81062
15 0.23398 1.57 2.26661 3.55858
20 0.31197 2.09333 1.84792 3.86831
25 0.38997 2.61667 1.42923 3.73982
30 0.46796 3.14 1.01054 3.17309
35 0.54595 3.66333 0.59185 2.16814
40 0.62394 4.18667 0.17316 0.72495
Tabel L8. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat
kecepatan angin 6,58 m/s.
n tsr ω T 𝑷𝒌
5 0.07953 0.52333 2.97693 1.55793
10 0.15907 1.04667 2.56635 2.68611
15 0.2386 1.57 2.15577 3.38456
20 0.31814 2.09333 1.74519 3.65327
25 0.39767 2.61667 1.33461 3.49224
30 0.4772 3.14 0.92403 2.90147
35 0.55674 3.66333 0.51345 1.88096
40 0.63627 4.18667 0.10288 0.43071
Tabel L9. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat
kecepatan angin 5,88 m/s.
n tsr ω T 𝑷𝒌
5 0.089002 0.523333 2.3382 1.223658
10 0.178005 1.046667 1.9713 2.063294
15 0.267007 1.57 1.604399 2.518906
20 0.356009 2.093333 1.237498 2.590496
25 0.445011 2.616667 0.870598 2.278063
30 0.534014 3.14 0.503697 1.581608
35 0.623016 3.663333 0.136796 0.50113
57
Tabel L10. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat
kecepatan angin 5,53 m/s.
n tsr ω T 𝑷𝒌
5 0.094635 0.523333 2.047588 1.071571
10 0.189271 1.046667 1.702527 1.781978
15 0.283906 1.57 1.357465 2.131221
20 0.378541 2.093333 1.012404 2.119299
25 0.473177 2.616667 0.667343 1.746213
30 0.567812 3.14 0.322281 1.011963
Tabel L11. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat
kecepatan angin 5,14 m/s.
n tsr ω T 𝑷𝒌
5 0.101816 0.523333 1.746343 0.91392
10 0.203632 1.046667 1.425617 1.492146
15 0.305447 1.57 1.104891 1.734679
20 0.407263 2.093333 0.784165 1.641519
25 0.509079 2.616667 0.463439 1.212665
30 0.610895 3.14 0.142713 0.448118
58
GAMBAR KERJA
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
•
UJIAN PENDADARAN TUGAS AKHIR I SKRIPSI TANGGAL : 11 Februari 2011
Nama Mahasiswa STEFANUS ANDRYANTO EKO PRABOWO
NIM 095214071
Judull topik Unjuk kerja model kincir angin poros vertikal dengan empat sudu yang dapat membuka dan menutup seacara otomatis dengan variasi diameter
Pembimbing 1 Ir. Rines, M.T.
Pembimbing 2 .
USULAN REVISI DARI DOSEN PENGUJI 1. 1lembar untuk mahasiswa 2. 1lembar untuk dosen pembimbing
line ~ "1 . ~ . I AtvU feM1<~ ~ ~ Rd 7
j(~~ sviut McJlCUAfaNJ 10vlufM ~ult ~""11) (l,U~ ,~ tA<
~\'1A-w.0 1c '\:; ACpochzU.2vt-J/e.1ANllM-u...~ /"~~ -&cM~e ~wrclM~(~!
K~l!tuJ M 1:elGJ4 I