UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL TIGA … · tentang kincir angin terdapat dalam tulisan...
Transcript of UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL TIGA … · tentang kincir angin terdapat dalam tulisan...
i
UNJUK KERJA KINCIR ANGIN POROS HORIZONTAL TIGA SUDU,
BAHAN PVC DIAMETER 1 M, LEBAR MAKSIMUM 14 CM PADA
JARAK 20 CM DARI PUSAT POROS
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat Sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin
Diajukan oleh :
ROBERTUS YULIAN BASKORO AJIE
NIM :125214007
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2018
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
PERFORMANCE OF PVC THREE BLADES HORIZONTAL AXIS WIND
TURBINE, WITH 1 M OF DIAMETER,MAXIMUM WIDTHOF 14 CM AT
A DISTANCE OF 20 CM FROM THE CENTER OF THE SHAFT
FINAL PROJECT
Present as partitial fulfilment of the requirement
to obtain Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
By :
ROBERTUS YULIAN BASKORO AJIE
Student Number : 125214007
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2018
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
i
INTISARI
Semakin canggih teknologi di era modern semakin banyak pula kita dituntut
untuk mengejar ilmu pengetahuan kearah teknologi yang lebih maju untuk
meningkatkan kesejahteraan dan mencapai apa yang telah dicita-citakan umat
manusia. Semakin maju suatu Negara pastinya membutuhkan pasokan listrik yang
tidak sedikit. Berbagai macam kebutuhan listrik untuk industry maupun rumah
tangga menjadi semakin praktis berkat kemajuan teknologi. Banyak teknologi
pembangkit listrik yang telah ditemukan dan diaplikasikan baik menggunakan
energi yang dapat diperbaharui maupun dengan energi yang tidak dapat
diperbaharui. Salah satu teknologi terbarukan yang sekarang ini banyak diminati
adalah kincirangin.
Kincir angin yang diteliti adalah kincir angin poros horisontal tiga sudu,
berbahan PVC, dengan diameter 1 m, lebar maksimum 14 cm, pada jarak 20 cm
dari pusat poros. PVC yang digunakan sebagai sudu menggunakan tipe AW
diameter 8 inchi dengan berat maksimum sudu 500 gram. Terdapat tiga variasi
kecepatan angin dalam penelitian, variasi kecepatan 8,3 m/s, variasi kecepatan
angin 7,4 m/s, dan variasi kecepatan angin 6,3 m/s. Semua kegiatan yang
bersangkutan dengan tugas akhir ini mulai dari pembuatan hingga penelitian
dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta.
Dari hasil penelitian kincir angin tersebut, koefisien daya mekanis maksimal
yang didapat yaitu sebesar 17,31 % pada nilai tip speed ratio sebesar 2,98 pada
variasi kecepatan angin 7,4 m/s. Torsi terbesar yang dihasilkan oleh kincir angin
yaitu 0,74 N.m dengan nilai putaran poros kincir 371 rpm pada variasi kecepatan
angin 8,3 m/s. Daya mekanis maksimal yang dihasilkan oleh kincir angin yaitu
31,08 Watt dengan nilai torsi 0,72 N.m pada variasi kecepatan angin 8,3 m/s.
Sedangkan daya elektris maksimal yang dihasilkan oleh kincir angin yaitu 20,10
watt dengan nilai torsi 0,72 N.m pada variasi kecepatan angin 8,3 m/s.
Kata kunci: kincir angin sumbu horizontal, pvc, koefisien daya mekanis, tip
speed ratio, daya mekanis, daya elektris, torsi.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
ABSTRACT
Increasingly sophisticated technology in modern times the more we are
required to pursue science towards more advanced technology to improve the
welfare and achieve what he has aspired to mankind.The more developed a
country certainly need a power supply that is not small. Various kinds of needs
electricity to industry and households become more practical thanks to
technological advances. Many power generation technologies that have been
discovered and applied either using renewable energy or with non-renewable
energy. One of the renewable technologies that are now much in demand is the
windmill.
Windmill studied are three horizontal axis windmill blades, made of PVC,
with a diameter of 1 m, a maximum width of 14 cm, at a distance of 20 cm from
the center of the shaft. PVC is used as the blade using a type AW 8-inch diameter
blade with a maximum weight of 500 grams. There are three variations of wind
speed in the study, variations in the speed of 8.3 m / s, wind speed variation of 7.4
m / s, and variations in wind speed of 6.3 m / s. All activities are concerned with
this thesis ranging from manufacture to research conducted at the Laboratory of
Energy Conversion Sanata Dharma University in Yogyakarta.
From the research of the windmill, the maximum mechanical power
coefficient obtained in the amount of 17.31% on the value of tip speed ratio by
2.98 on the variation of wind speed of 7.4 m / s. The torque generated by the
windmill is 0.74 N.m the value of windmill shaft speed 371 rpm on the variation
of wind speed of 8.3 m / s. Maximum mechanical power generated by the
windmill is 31.08 Watt with a torque value of 0.72 N.m on the variation of wind
speed of 8.3 m / s. While the maximum electrical power generated by the
windmill is 20.10 watts with a torque value of 0.72 N.m on the variation of wind
speed of 8.3 m / s.
Keywords: horizontal axis windmills, pvc, mechanical power coefficient, tip
speed ratio, mechanical energy, electrical power, torque.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
i
DAFTAR ISI
Halaman Judul ............................................................................................................ i
Halaman Persetujuan .................................................................................................. iii
Halaman Pengesahan ................................................................................................. iv
Pernyataan Keaslian Tugas Akhir .............................................................................. v
Lembar Persetujuan Publikasi .................................................................................... vi
Intisari ........................................................................................................................ vii
Abstract ...................................................................................................................... viii
Kata Pengantar ........................................................................................................... ix
Daftar Isi..................................................................................................................... x
Daftar Gambar ............................................................................................................ xi
Daftar Tabel ............................................................................................................... xii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah .................................................................................... 3
1.3 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3
1.4 Batasan Masalah ....................................................................................... 3
1.5 Manfaat Penelitian .................................................................................... 4
BAB II DASAR TEORI
2.1 Pengertian Energi Angin .......................................................................... 5
2.1.1 Kincir Angin .......................................................................................... 5
2.1.2 Kincir Angin Poros Horizontal ............................................................. 5
2.1.3 Kincir Angin Poros Vertikal ................................................................. 9
2.2 Grafik hubungan Antara Cp Terhadap TSR ............................................. 11
2.3 Rumus Perhitungan .................................................................................. 11
2.3.1 Energi dan Daya Angin ......................................................................... 12
2.3.2 Torsi ...................................................................................................... 13
2.3.3 Daya listrik ............................................................................................ 14
2.3.4 Daya Mekanis ....................................................................................... 14
2.3.5 Koefisien Daya ...................................................................................... 15
2.3.6 Tip Speed Ratio ..................................................................................... 15
2.4 Polimer .................................................................................................. 17
2.4.1 Penggolongan Polimer Berdasarkan Asalnya ....................................... 17
2.4.2 Penggolongan Polimer Berdasarkan Sifatnya Terhadap Panas ............. 18
2.4.3 Penggolongan Polimer Berdasarkan Kegunaanya ................................ 19
2.5 PVC .......................................................................................................... 20
2.5.1 Siklus Produksi PVC ............................................................................. 22
2.6 Tinjauan Pustaka ...................................................................................... 25
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Penelitian ................................................................................... 27
3.2 Alat dan Bahan ......................................................................................... 28
3.3 Desain Kincir ............................................................................................ 34
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
3.4 Pembuatan Sudu Kincir Angin ................................................................. 35
3.4.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu .......................................................... 35
3.4.2 Proses Pembuatan Sudu ........................................................................ 36
3.5 Langkah Penelitian ................................................................................... 38
BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Penelitian ................................................................................ 40
4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ............................................................ 41
4.2.1 Perhitungan Daya Kincir Angin ............................................................ 42
4.2.2 Perhitungan Torsi .................................................................................. 43
4.2.3 Perhitungan Daya Mekanis Kincir Angin ............................................. 43
4.2.4 Perhitungan Daya Listrik ...................................................................... 44
4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio (TSR) ....................................................... 44
4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya (Cp) .......................................................... 44
4.3 Data Hasil Perhitungan ............................................................................. 45
4.4 Grafik Hasil Perhitungan .......................................................................... 47
4.4.1 GrafikHubungan Antara Putaran Poros Kincir dan Torsi Untuk Tiga
Variasi Kecepatan Angin ................................................................................ 47
4.4.2 GrafikHubungan Antara Torsi danDaya Mekanis Untuk Tiga Variasi
Kecepatan Angin ............................................................................................ 49
4.4.3 GrafikHubungan Antara Torsi danDaya Elektris Untuk Tiga Variasi
Kecepatan Angin ............................................................................................ 50
4.4.4 Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya Mekanis Untuk
Tiga Variasi Kecepatan Angin ........................................................................ 51
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan ............................................................................................... 53
5.2 Saran ......................................................................................................... 53
Daftar Pustaka ............................................................................................................ 54
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 American Wind Mill ............................................................................... 7
Gambar 2.2 Cretan Sail Wind Mill ............................................................................ 8
Gambar2.3 Dutch Four Arm ...................................................................................... 8
Gambar2.4 Kincir Angin Savonius ............................................................................. 9
Gambar2.5 Kincir Angin Darrius .............................................................................. 10
Gambar 2.6 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap TSR Angin ............................... 11
Gambar 2.7 Diagram produksi PVC .......................................................................... 22
Gambar 2.8 Resin PVC .............................................................................................. 24
Gambar 3.1 Diagram Alur Metode Penelitian Kincir Angin ..................................... 27
Gambar 3.2 Dudukan Sudu ........................................................................................ 29
Gambar 3.3 Sudu kincir angin ................................................................................... 30
Gambar 3.4 Fan Blower ............................................................................................. 30
Gambar 3.5 Tachometer ............................................................................................. 31
Gambar 3.6 Timbangan Digital .................................................................................. 32
Gambar 3.7 Anemometer ........................................................................................... 32
Gambar 3.8 Voltmeter ................................................................................................ 33
Gambar 3.9 Amperemeter .......................................................................................... 33
Gambar 3.10 Skema Pembebanan Lampu .................................................................. 34
Gambar 3.11 Desain kincir ........................................................................................ 35
Gambar 3.12 Pemotongan Pipa .................................................................................. 36
Gambar 3.13 Cetakan Kertas ..................................................................................... 37
Gambar 3.14 Pembentukan sudu pada pipa ............................................................... 37
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros Kincir dan Torsi Pada Tiga
Variasi Kecepatan Angin ........................................................................................... 49
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Mekanis Kincir Pada Ketiga
Variasi Kecepatan Angin ........................................................................................... 50
Gambar4.3 Grafik Hubungan Torsi dan Daya Elektris Pada Tiga Variasi
Kecepatan Angin ........................................................................................................ 51
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Antara Cp Mekanis dan TSR Pada Tiga Variasi
Kecepatan Angin ........................................................................................................ 52
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Contoh dan Kegunaan Polimer Komersial................................................. 7
Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu ............................................................... 35
Tabel 4.1 Data Pengujian Sudu Dengan Variasi Kecepatan Angin 6,3 m/s .............. 40
Tabel 4.2 Data Pengujian Sudu Dengan Variasi Kecepatan Angin 7,4 m/s .............. 41
Tabel 4.3 Data Pengujian Sudu Dengan Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s .............. 41
Tabel 4.4 Data PerhitunganSudu Dengan Variasi Kecepatan Angin 6,3 m/s ............ 46
Tabel 4.5 Data PerhitunganSudu Dengan Variasi Kecepatan Angin 7.4 m/s ............ 46
Tabel 4.6 Data PerhitunganSudu Dengan Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s ............ 47
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Semakin canggih teknologi di era modern semakin banyak pula kita dituntut
untuk mengejar ilmu pengetahuan kearah teknologi yang lebih maju untuk
meningkatkan kesejahteraan dan mencapai apa yang telah dicita-citakan umat
manusia. Semakin maju suatu negara pastinya membutuhkan pasokan listrik yang
tidak sedikit. Kebutuhan energi dapat meningkat secara bertahap, baik ditinjau
dari kapasitasnya, kualitasnya maupun ditinjau dari tuntutan distribusinya.
Konsumsi listrik di Indonesia setiap tahunnya terus meningkat sejalan dengan
peningkatan pertumbuhan ekonomi nasional. Namun peningkatan kebutuhan
energi listrik ini tidak diikuti dengan ketersedian bahan bakar minyak, gas
maupun batubara sebagai sumber energi pembangkit listrik di Indonesia.Banyak
teknologi pembangkit listrik yang telah ditemukan dan diaplikasikan baik
menggunakan energi yang dapat diperbahurui maupun dengan energi yang tidak
dapat diperbaharui. Salah satu teknologi terbarukan yang sekarang ini banyak
diminati adalah kincir angin.
Kincir angin adalah sebuah alat yang mampu memanfaatkan kekuatan angin
untuk dirubah menjadi kekuatan mekanik. Kincir angin modern adalah mesin
yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik, disebut juga dengan turbin
angin. Turbin angin kebanyakan ditemukan di Eropa dan Amerika Utara. Sampai
saat ini belum diketahui secara pasti siapa penemu kincir angin. Naskah tertua
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
tentang kincir angin terdapat dalam tulisan Arab dari abad ke-9 Masehi yang
menjelaskan bahwa kincir angin yang dioperasikan di perbatasan Iran dan
Afganistan sudah ada sejak beberapa abad sebelumnya, kadang disebut Persian
Wind Mill. Jenis yang sama juga digunakan di Cina untuk menguapkan air laut
dalam memproduksi garam. Fungsi pertama kali kincir angin adalah untuk
menumbuk biji-bijian tanaman padi. Seiring berjalannya waktu, kincir angin
mengalami pergeseran fungsi. Saat ini, kincir angin dimanfaatkan untuk
menghasilkan tenaga listrik.
Kincir angin pertama kali digunakan untuk membangkitkan listrik dibangun
oleh P La Cour dari Denmark diakhir abad ke-19. Setelah perang dunia I, layar
dengan penampang melintang menyerupai sudut propeler pesawat sekarang
disebut kincir angin type propeler atau turbin. Eksperimen kincir angin sudut
kembar dilakukan di Amerika Serikat tahun 1940, ukurannya sangat besar yang
disebut mesin Smith-Putman, karena dirancang oleh Palmer Putman, kapasitasnya
1,25 MW yang dibuat oleh Morgen Smith Company dari York Pensylvania.
Diameter propelernya 175 ft(55m) beratnya 16 ton dan menaranya setinggi 100 ft
(34m). Tapi salah satu batang propelernya patah pada tahun 1945.
Berdasarkan latar belakang di atas maka peneliti membuat kincir angin yang
mampu digunakan dengan perfoma yang baik. Hal inilah yang melatar belakangi
peneliti untuk memilih tema ini dalam penulisan tugas akhir yang berjudul “Unjuk
Kerja Kincir Angin Poros Horizontal 3 Sudu Bahan PVC Diameter 1 m Lebar
Maksimum 14 cm Pada Jarak 20 cm Dari Pusat Poros”
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah yang ingin diselesaikan dalam Tugas Akhir ini adalah
sebagai berikut:
a. Angin merupakan energi yang dapat diperoleh dimanapun dan memiliki
kecepatan yang dapat menggerakkan sebuah kincir angin pembangkit yang
efektif, efisien dan optimal.
b. Pengaruh variasi kecepatan angin mempengaruhi daya, torsi, dan koefisien
daya yang dihasilkan kincir angin.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan Tugas Akhir ini adalah
a. Membuat kincir angin poros horizontal dua sudu, bahan PVC (polyvinyl
chloride), diameter 1 m, lebar maksimal sudu 14 cm dengan jarak 20 cm
daripusat poros.
b. Mengetahui unjuk kerja kincir angin.
c. Mengetahui nilai tip speed ratio (tsr) dan koefisien daya (Cp) tertinggi dari
ketiga variasi kecepatan angin.
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah dari Tugas Akhir ini adalah
a. Model kincir angin yang dibuat tipe Horizontal Axis Wind Turbine
(HAWT) berbahan PVC.
b. Kincir angin menggunakan sudu berjumlah dua.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
c. Dimensi kincir angin:
1) Diameter 1 m, lebar maksimum sudu 14 cm pada jarak 20 cm dari
pusat poros.
2) Berat sudu kincir angin yang digunakan dalam penelitian adalah 500
gram per sudu.
d. Alat pengujian meliputi fan blower, tachometer, anemometer, voltmeter
dan amperemeter.
e. Variasi kecepatan angin yang digunakan adalah 8,3 m/s, 7,4 m/s dan 6,4
m/s.
f. Penelitian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata
Dharma.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dari Tugas Akhir ini adalah
a. Dapat mengembangkan pengetahuan tentang energi terbarukan khususnya
energi angin dengan pemanfaatannya sebagai kincir angin.
b. Menjadi salah satu referensi bagi mahasiswa untuk menambah
pengetahuannya dalam pembuatan dan unjuk kerja kincir angin dengan
memanfaatkan pipa pvc.
c. Pembuatan kincir ini dalam skala besar mampu menghasilkan listrik dalam
jumlah besar pula sehingga dapat diaplikasikan untuk memenuhi
kebutuhan listrik masyarakat.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Energi Angin
Energi angin merupakan suatu kekuatan yang dimiliki oleh suatu zat sehingga
zat tersebut mempunyai pengaruh pada keadaan di sekitarnya. Menurut
mediumnya dikenal banyak jenis energi. Diantaranya, energi gelombang, energi
arus laut, energi kosmos, energi yang terkandung pada senyawa atom dan energi-
energi lain yang bila dimanfaatkan akan berguna bagi kehidupan manusia. Salah
satunya adalah energi angin yang jumlahnya sangat tak terbatas dan banyak
dimanfaatkan untuk meringan kerja manusia. Angin memberikan energi gerak
sehingga mampu menggerakkan kincir angin, perahu layar, dan bahkan bisa
dimanfaatkan untuk pembangkit listrik yang berupa turbin angin. Keberadaan
energi angin ini terdapat di atmosfer atau lapisan udara bumi yang mengandung
banyak partikel udara dan gas.
Kondisi atmosfer atau lapisan udara yang menyelimuti bumi mengandung
berbagai macam molekul gas dan terdiri dari beberapa lapisan. Lapisan atmosfer
yang paling rendah berupa troposfer. Lapisan troposfer sangat tipis bila
dibandingan dengan diameter bumi. Bumi memiliki diameter sekitar 12.000 km
lebih besar dibandingkan troposfer yang memiliki ketebalan sekitar 11 km. Pada
lapisan troposfer, semua peristiwa cuaca termasuk angin terjadi.
Energi angin merupakan sumber daya alam yang terbarukan yang memiliki
jumlah yang tidak terbatas di sekitar permukaan bumi. Energi angin adalah energi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
yang terkandung pada massa udara yang bergerak. Energi angin berasal dari
energi matahari. Matahari meradiasikan 1,74 x 1017 joule energi ke permukaan
bumi pada setiap detiknya. Sekitar 1% hingga 2% dari energi yang datang dari
matahari diubah menjadi bentuk energi angin.Pemanasan bumi oleh sinar
matahari menyebabkan perbedaan massa jenis pada udara. Perbedaan massa jenis
ini menyebabkan perbedaan tekanan pada udara sehingga akan terjadi aliran fluida
dan menghasilkan angin. Kondisi aliran angin dipengaruhi oleh medan atau
permukaan bumi yang dilalui oleh aliran angin dan perbedaan temperatur
permukaan bumi.
2.1.1 Kincir Angin
Kincir angin adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengkonversikan
energi angin menjadi energi listrik sehingga bisa dimanfaatkan untuk berbagai
tujuan praktis. Kincir juga dikenal dengan sebutan turbin angin. Angin bertiup
dari atas sayap bilah atau aerofoil dari kincir angin dan menyebabkan gerakan
memutar yang cepat. Kincir angin menggunakan gerakan rotasi sudu kincir angin
yang terhubung dengan generator untuk membangkitkan listrik.Berdasarkan posisi
porosnya, kincir angin dibedakan menjadi dua kelompok utama, yaitu: kincir
angin poros horizontal dan kincir angin poros vertikal.
2.1.2 Kincir Angin Poros Horizontal
Kincir angin poros horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT)
adalah kincir angin yang memiliki posisi poros utama sejajar dengan tanah dan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
posisi poros utama sesuai dengan arah datangnya angin. Kincir ini terdiri dari
sebuah menara sedangkan kincir berada pada puncak menara tersebut. Poros
kincir dapat berputar 360˚ terhadap sumbu vertikal untuk menyesuaikan arah
angin.
Ada beberapa jenis kincir angin tipe horizontal yang banyak dikenal dan
dikembangkan :
a. American Wind Mill
American windmill dirancang oleh Daniel Halladay pada tahun 1857.
Sebagian besar digunakan untuk mengangkat air dari sumur, sedangkan untuk
versi yang lebih besar digunakan untuk penambangan dan penggilingan padi serta
memotong jerami
Gambar 2.1 American Wind Mill
Sumber : (xaharts.org)
b. Cretan Sail Wind Mill
Dibuat pada tahun 1973, dengan bahan atau material utama yang terbuat dari
kayu dan sebuah kain di sudutnya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
Gambar 2.2 Cretan Sail Wind Mill
(Sumber : pinterest.com)
c. Dutch Four Arm
Desain rancangan turbin angin ini bisa dibilang sederhana karena bentuk dan
bahan materialnya terbuat dari kayu dan tanah liat. Model turbin angin ini sangat
terkenal di Belanda, karena jumlah kincir angin ini banyak ditemukan di Belanda
maka dari itu kita menyebutnya sebagai negara kincir angin.
Gambar 2.3 Dutch Four Arm
(Sumber :travelwriterstales.com)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
2.1.3 Kincir Angin Poros Vertikal
Kincir angin poros vertikal memiliki poros atau sumbu rotor utama yang
disusun tegak lurus dengan tanah. Kelebihan utama susunan ini adalah kincir tidak
harus diarahkan ke angin agar menjadi efektif. Kelebihan ini sangat berguna di
tempat-tempat yang arah anginnya sangat bervariasi. Kincir ini mampu mendaya
gunakan angin dari berbagai arah. Dengan sumbu vertikal, generator serta gearbox
bisa ditempatkan di dekat tanah, jadi menara tidak perlu menyokongnya dan lebih
mudah diakses untuk keperluan perawatan. Ada berbagai jenis kincir angin poros
vertikal yang umum dikembangkan salah satunya seperti Kincir Angin Savonius
dan Kincir Angin Darrieus.
a. Kincir Angin Savonius
Kincir angin savonius pertama kali ditemukan oleh Sigurd J Savonius
yangberasal dari negara Filandia pada tahun 1922.
Gambar 2.4 Kincir Angin Savonius
(Sumber :www.ecosources.info)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
b. Kincir Angin Darrius
Secara umum kincir angin Darrius sama dengan kincir angin Savonius,
perbedaanya hanya pada desain sudu yang menggunakan sistem airfoil. Desain ini
dipatenkan oleh Georges Darrius pada tahun 1927.
Gambar 2.5 Kincir Angin Darrius
(Sumber :www.wind-works.org)
Kelebihan dan kekurangan kincir angin poros vertikal :
1. Kelebihan
a.Mampu menerima angin dari segala arah.
b. Sistem yang dipasang berada dekat dengan tanah sehingga
mempermudah perawatan.
c. Menara lebih ringan karena menggunakan sedikit material.
2. Kekurangan
a.Kualitas angin kurang bagus dikarenakan pemasangan yang dekat
denganpermukaan tanah.
b.Kurang mampu mengawali putaran sendiri.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
c. Gaya sentrifugal membuat sudu-sudu mengalami tegangan.
d. keseluruhan rotor harus dilepas untuk penggantian bantalan.
e. Performa yang kurang bagus.
2.2 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap TSR
Menurut Albert Betz Ilmuan Jerman bahwa koefisien daya maksimal dari
kincir angin adalah sebesar 59% seperti yang terlihat pada Gambar 2.3 dia
menamai batas maksimal tersebut dengan Betz limit. Untuk lebih jelasnya dapat
dilihat pada Gambar2.3.
.
Gambar 2.6 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap TSR Angin.
(Sumber :www.gunturcuplezt.com).
2.3 Rumus Perhitungan
Berikut ini adalah rumus–rumus yang digunakan untuk melakukan
perhitungan dan analisis kerja kincir angin yang diteliti.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
2.3.1 Energi dan Daya Angin
Energi angin merupakan sumber daya alam yang terbarukan yang memiliki
jumlah tidak terbatas di sekitar permukaan bumi. Energi angin adalah energi yang
terkandung pada massa udara yang bergerak. Energi angin berasal dari energi
matahari. Pemanasan bumi oleh sinar matahari menyebabkan perbedaan massa
jenis (ρ) pada udara. Perbedaan massa jenis ini menyebabkan perbedaan tekanan
pada udara sehingga akan terjadi aliran fluida dan menghasilkan angin. Kondisi
aliran angin dipengaruhi oleh medan atau permukaan bumi yang dilalui oleh
aliran angin dan perbedaan temperatur permukaan bumi. Energi yang terdapat di
angin adalah energi kinetik, energi ini dapat dituliskan dalam peramaan berikut:
𝐸 =1
2 𝑚 𝑣2 (1)
dimana :
E : energi kinetik (joule)
m : massa (kg)
v : kecepatan angin (m/s)
Daya merupakan energi per satuan waktu, maka dari persamaan di atas dapat
dituliskan:
𝑃𝑖𝑛 = 1
2�̇�𝑣2 (2)
dimana:
Pin : daya yang dihasilkan angin, J/s (watt) .
�̇� : massa udara yang mengalir persatuan waktu (kg/s)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
Massa udara yang mengalir per satuan waktu adalah:
�̇� = 𝜌 𝐴 𝑣 (3)
dimana:
ρ : massa jenis udara (kg/m3)
A : luas penampang keseluruhan (m2)
Dengan menggunakan persamaan 3, maka daya angin dapat dirumuskan menjadi:
𝑃𝑖𝑛 =1
2(𝜌 𝐴 𝑣)𝑣2
yang dapat disederhanakan menjadi:
𝑃𝑖𝑛 =1
2 𝜌 𝐴 𝑣3 (4)
2.3.2 Torsi
Torsi adalah gaya yang bekerja pada poros yang dihasilkan oleh gaya dorong
pada sumbu turbin kincir, dimana gaya dorong ini memiliki jarak terhadap sumbu
poros yang berputar, dengan persamaan berikut:
𝑇 = 𝐹. 𝑙 (5)
dimana:
T : torsi yang dihasilkan dari putaran poros (Nm)
l : panjang lengan torsi ke poros (m)
F : gaya (N)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
2.3.3 Daya Listrik
Daya listrik adalah daya yang dihasilkan oleh putaran generator, daya listrik
dapat ditulis dengan persamaan berikut:
𝑃𝐿 = 𝑉. 𝐼 (6)
dimana:
PL : daya listrik (Watt)
V : tegangan (Volt)
I : arus yang mengalir pada beban (Ampere)
2.3.4 Daya Mekanis
Daya mekanis adalah daya yang dihasilkan turbin angin dengan cara
mengonfersikan energi kinetik menjadi energi mekanik.
Daya mekanis dapat ditulis dengan persamaan berikut:
𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑇𝜔 (7)
dimana:
T : torsi (Nm)
ω : kecepatan sudut (rad/s)
Sedangkan persamaan dari kecepat sudut didapat dari:
𝜔 =2𝜋.𝑛
60 (8)
dimana:
n :putaran poros (rpm)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
Dengan demikian daya mekanik dapat dinyatakan dengan persamaan:
𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑇2𝜋.𝑛
60 (9)
dimana:
Pout : daya yang dihasilkan kincir angin (watt)
2.3.5 Koefisien Daya
Koefisien Daya (Cp) adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukkan
perbandingan antara daya yang dihasilkan kincir (Pout) dengan daya yang
disediakan oleh angin (Pin). Sehingga Cp dapat dirumuskan :
𝐶𝑝 =𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑃𝑖𝑛𝑥 100% (10)
dimana:
CP : koefisien daya
Pout : daya yang dihasilkan kincir (watt)
Pin : daya yang dihasilkan oleh angin (watt)
2.3.6 Tip Speed Ratio
Tip Speed Ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu
Turbin angin yang berputar dengan kecepatan angin
𝑡𝑠𝑟 =𝑣𝑡
𝑣 (11)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
dimana:
vt : kecepatan ujung sudu
v : kecepatan angin (m/s)
Persamaan dari kecepatan ujung sudu yaitu:
(𝑣𝑡) = 𝜔 . 𝑟 (12)
dimana:
𝜔 : kecepatan sudut (rad/s)
r : jari-jari kincir (m)
Dari persamaan 11 dan 12 maka tsr dapat dirumuskan sebagai berikut
𝑡𝑠𝑟 =2𝜋.𝑟.𝑛
60.𝑣 (13)
dimana:
r : jari-jari kincir angin (m)
n : putaran poros (rpm)
Sebuah kincir yang ideal yang ideal dapat mengekstraksi daya hingga 16/27
atau 0,593 dari daya yang disediakan angin. Faktor ini biasanya disebut Koefisien
Betz (Betz Coefficient). Dalam kenyataannya, daya angin yang diekstraksi dengan
memakai kincir aktual selalu lebih kecil dari nilai ini. Jika nilai koefisien daya
(𝐶𝑝) puncak yang dicapai oleh kincir aktual yang sudah dianggap baik adalah
sekitar 35-40 persen dalam kondisi optimal (Johnson, 2006).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
2.4 Polimer
Kata polimer berasal dari bahasa Yunani yang terdiri dari dua kata yaitu Poly
dan Meros, Poly artinya banyak sedangkan Meros berarti unit atau bagian.
Polimer adalah senyawa besar yang terbentuk dari hasil penggabungan sejumlah
(banyak) unit-unit molekul kecil. Unit molekul kecil pembentuk senyawa disebut
monomer. Ini artinya polimer terdiri dari banyak monomer. Polimer bisa tersusun
dari beribu-ribu atau bahkan jutaan monomer, sehingga dapat disebut sebagai
senyawa makromolekul.
2.4.1 Penggolongan Polimer Berdasarkan Asalnya
a. Polimer Alam
Polimer alam adalah senyawa yang dihasilkan dari proses metabolisme
mahluk hidup. Jumlahnya yang terbatas dan sifat polimer alam yang kurang stabil,
mudah menyerap air, tidak stabil karena pemanasan dan sukar dibentuk
menyebabkan penggunaanya amat terbatas. Contoh dari poimer alam yaitu :
amilum dalam beras, jagung, kentang, pati, selulosa dalam kayu, protein terdapat
dalam daging, karet.
Sifat-sifat polimer alam :
a. Cepat rusak
b. Tidakelastis
c. Tidak tahan terhadap minyak
d. Sifat hidrofilik (suka pada air)
e. Sukar dilebur dan sukar dicetak
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
Karena sifat-sifat polimer alam kurang menguntungkan sehingga sangat sukar
mengembangkan fungsi polimer alam untuk tujuan-tujuan yang lebih luas dalam
kehidupan masyarakat sehari-hari.
b. Polimer Sintetis
Polimer sintetis adalah polimer yang dibuat dari bahan baku kimia. Contoh
polimer sintetis seperti Polyetena, Polipropilena, Polyvynil Chlorida (PVC), dan
Nylon. Kebanyakan polimer ini sebagai plastik yang digunakan untuk berbagai
keperluan baik untuk rumah tangga, industri, atau mainan anak-anak.
Pengaplikasian polimer sintetis dalam kehidupan sehari-hari adalah nylon,
poliester, kantong plastik dan botol, pita karet dan PVC.
2.4.2 Penggolongan Polimer Berdasarkan Sifatnya Terhadap Panas.
Berdasarkan sifatnya terhadap panas, polimer dapat dibedakan atas polimer
termoplastic (tidak tahan panas) dan polimer termosting (tahan panas).
a. Thermoplastic
Thermoplastic adalah plastik yang dapat dilunakkan berulang kali (recycle)
dengan menggunakan panas. Thermoplastic merupakan polimer yang
akanmenjadi keras apabila didinginkan. Thermoplastic meleleh pada suhu
tertentu, melekat mengikuti perubahan suhu dan mempunyai sifat dapat balik
(reversibel) kepada sifat aslinya, yaitu kembali mengeras bila didinginkan.Contoh
dari thermoplastic yaitu Poliester, Nylon 66, PP, PTFE, PET, PVC, Polieter
sulfon, PES, dan Polieter eterketon (PEEK).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
b. Thermoset
Thermoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu (irreversibel).Bila
sekalipengerasan telah terjadi maka bahan tidak dapat dilunakkan kembali.
Pemanasan yang tinggi tidak akan melunakkan termoset melainkan akan
membentuk arang dan terurai karena sifatnya yang demikian sering digunakan
sebagai tutup ketel, seperti jenis-jenis melamin. Plastik jenis termoset tidakbegitu
menarik dalam proses daur ulang karena selain sulit penanganannya juga
volumenya jauh lebih sedikit (sekitar 10%) dari volume jenis plastik yang bersifat
termoplastik.
2.4.3 Penggolongan Polimer Berdasarkan Kegunaanya
a. Polimer Komersial (Commodity Polymers)
Polimer ini dihasilkan di negara berkembang, harganya murah dan banyak
dipakai dalam kehidupan sehari hari. Contoh polimer komersial yaitu :Polietilena
massa jenis rendah (LDPE), Polietilena massa jenis rendah (HDPE),
Polipropilena (PP), dan Polyvynil Chlorida (PVC).
Tabel 2.1 Contoh dan Kegunaan Polimer Komersial
No Polimer komersial Kegunaan atau manfaat
1 Polietilena massa jenis
rendah (LDPE)
Lapisan pengemas, isolasi kawat, dan kabel,
barang mainan, botol yang lentur, bahan pelapis
2 Polietilena massa jenis
rendah (HDPE)
Botol, drum, pipa, saluran, lembaran
film, isolasi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
3 Polipropilena (PP) Tali, anyaman, karpet, film
4 Polyvynil Chlorida (PVC) Pipa pralon, isolasi
b. Polimer Teknik (Engineering Polymers)
Polimer ini sebagian dihasilkan di negara berkembang dan sebagian lagi di
negara maju.Polimer ini cukup mahal dan canggih dengan sifat mekanik yang
unggul dan daya tahan yang lebih baik.Polimer ini banyak dipakai dalam bidang
transportasi (mobil, truk, kapal udara), bahan bangunan (pipa PVC), barang-
barang listrik dan elektronik (mesin bisnis, komputer), mesin-mesin industri dan
barang-barang konsumsi.
Contoh :Nylon, Polikarbonat, Polisulfon, Polyester, PVC.
c. Polimer Fungsional (Functional Polymers)
Polimer ini dihasilkan dan dikembangkan di negara maju dan dibuat untuk
tujuan khusus dengan produksinya dalam skala kecil.
Contoh : kevlar, nomex, textura, polimer penghantar arus dan foton, polimer peka
cahaya, membran, biopolymer.
2.5 PVC
PVC (Polyvynil Chlorida) adalah polimer yang terdiri dari gas chlorine dan
ethylene. Polimer tersebut apabila dipanaskan akan meleleh (melunak), dan dapat
dilebur untuk dicetak kembali (didaur ulang). PVC diproduksi dengan cara
polimerisasi adisi yaitu polimer yang terbentuk melalui reaksi dari berbagai
monomer. PVC diproduksi dengan carapolimerisasi monomer vinil klorida
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
(CH2=CHCl). Karena 57% massanya adalah klor, PVC adalah polimer yang
menggunakan bahan baku minyak bumi terendah di antara polimer lainnya.
Proses produksi yang dipakai pada umumnya adalah polimerisasi suspensi. Pada
proses ini, monomer vinil klorida dan air diintroduksi ke reaktor polimerisasi dan
inisiator polimerisasi, bersama bahan kimia tambahan untuk menginisiasi reaksi.
Kandungan pada wadah reaksi terus-menerus dicampur untuk
mempertahankan suspensi dan memastikan keseragaman ukuran partikel resin
PVC. Reaksinya adalah eksotermik, dan membutuhkan mekanisme pendinginan
untuk mempertahankan reaktor pada temperatur yang dibutuhkan. Karena volume
berkontraksi selama reaksi (PVC lebih padat daripada monomer vinil klorida), air
secara kontinyu ditambah ke campuran untuk mempertahankan suspensi. Ketika
reaksi sudah selesai, cairan PVC harus dipisahkan dari kelebihan monomer vinil
klorida yang akan dipakai lagi untuk reaksi berikutnya. Lalu cairan PVC yang
sudah jadi akan disentrifugasi untuk memisahkan kelebihan air. Cairan lalu
dikeringkan dengan udara panas dan dihasilkan butiran PVC. Pada operasi
normal, kelebihan monomer vinil klorida pada PVC hanya sebesar kurang dari 1
PPM.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
Gambar 2.7 Diagram produksi PVC
2.5.1 Siklus ProduksiPVC
a. Produksi Chlorine
Garam (natrium klorida) yang diperoleh dari laut dilarutkan dalam air untuk
membentuk suatu bahan yang disebut air garam. Bahan ini ditempatkan dalam
sebuah sel yang dilewati arus listrik. Gelembung gas klorin off di salah satu
bagian dari sel dan logam natrium diproduksi di lain tempat. Natrium bereaksi
dengan air untuk membentuk soda kaustik (sodium hidroksida) dan gas
hidrogen. Keduanya memiliki kegunaan komersial yang penting.Generasi gas
klorin melibatkan merkuri logam cair (senyawa-senyawa yang beracun) dan dapat
menyebabkan efek buruk pada lingkungan. Kehadiran klorin membuat PVC
kompatibel dengan berbagai bahan lain yang membuat PVC sangat fleksibel.
Namun klorin itu sendiri sangat korosif dan merupakan gas yang mematikan.
Perlu adanya langkah keamanan yang ketat saat pengambilan klorin untuk
digunakan pada proses produksi ini.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
b. Produksi Ethylene
Ethylene berasal dari minyak atau gas alam yang halus dengan proses
memanaskan etana, propane, butana atau naptha dari minyak. Hasil dari proses ini
termasuk hidrogen yang dapat dibakar untuk menyediakan energi dan propylene
yang dapat direklamasi. Ethylen merupakan hasil reaksi yang mudah terbakar
tetapi tidak beracun atau menyebabkan kanker.
c. Produksi Resin PVC
Ethylene dan klorin yang dikombinasikan untuk membentuk dichloride atau
ethylene cair yang kemudian dipanaskan untuk menghasilkan vinil klorida yang
kemudian disuling dan diberi gas hidrogen klorida. Terjadi reaksi untuk
membentuk senyawa organoklorin, beberapa dikumpulkan karena mereka masih
memiliki penggunaan komersial. Sisanya diproses kembali untuk menghasilkan
klorida hidrogen, yang dapat didaur ulang dan bereaksi dengan ethylene
dichloride untuk membentuk ethylene baru.
Vinyl chloride merupakan gas yang kurang berbahaya daripada klorin, namun
kanker hati angiosarcoma diindikasikan dapat menyerang orang-orang yang
bekerja dengan vinil klorida. Diperlukan penanganan khusus dalam mengatasi gas
vinil klorida dan sisa produksi PVC.Vinil klorida kemudian diberi tekanan
(terdispersi dalam air sebagai suspensi atau emulsi) di ruang tekanan tinggi pada
suhu 50-70 °C. Peran air adalah untuk mengurangi dan mengontrol panas yang
dilepaskan dalam proses polimerisasi. Kemudian terbentuk partikel kecil yang
mengembang dan ketikatelah mencapai ukuran yang diinginkan, reaksi dihentikan
dan setiap vinil klorida yang tidak bereaksi disuling ulang untuk digunakan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
kembali. Resin PVC dipisahkan dari vinil klorida yang tidak bereaksi dan
dikeringkan.
d. Proses Menjadi Produk Akhir
Satu tahap penting lagi sebelum resin PVC bisa ditransformasikan menjadi
berbagai produk akhir adalah pembuatan compound atau adonan (compounding).
Compound adalah resin PVC yang telah dicampur dengan berbagai aditif yang
masing-masing memiliki fungsi tertentu, sehingga siap untuk diproses menjadi
produk jadi dengan sifat-sifat yang diinginkan. Sifat-sifat yang dituju meliputi
warna, kefleksibelan bahan, ketahanan terhadap sinar ultraviolet (bahan polimer
cenderung rusak jika terpapar oleh sinar ultra violet yang terdapat pada cahaya
matahari), kekuatan mekanik transparansi, dan lain-lain. PVC dapat direkayasa
hingga bersifat keras untuk aplikasi-aplikasi seperti pipa dan botol plastik, lentur
dan tahan gesek seperti pada produk sol sepatu, hingga bersifat fleksibel atau
lentur dan relatif tipis seperti aplikasi untuk wall paper dan kulit imitasi. PVC
dapat juga direkayasa sehingga tahan panas dan tahan cuaca untuk penggunaan di
alam terbuka. Dengan segala keluwesannya, PVC cocok untuk jenis produk yang
nyaris tak terbatas dan setiap compound PVC dibuat untuk memenuhi kriteria
suatu produk akhir tertentu.
Gambar 2.8Resin PVC
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
Kelebihan PVC:
a. Fleksibel.
b. Masa jenis rendah (ringan).
c. Titik leleh rendah.
d. Dapat dibentuk ulang (daur ulang).
e. Tahan terhadap bahan kimia.
f. Tahan terhadap korosi.
g. Tahan terhadap air.
Kekurangan:
a. Tidak tahan terhadap panas.
b. Tidak tahan terhadap beban kejut (shock) dan crash (tabrak) dibandigkan
dengan metal.
2.6 TINJAUAN PUSTAKA
Ada beberapa tinjauan pustaka yang menjadi contoh atau ukuran dalam
penelitian yang akandilakukan. Tinjauan pustaka yang dipilih sebagai ukuran
dalam penelitian ini dilihat dari performa kiincir angin yang telah diteliti
sebelumnya. Penelitian kincir angin jenis propeler bersirip yang dipakai petani
garam di pesisir pantai utara Jawa menunjukkan bahwa sudut sirip pada sudu
sangat berpengaruh terhadap karakteristik kincir.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai Cp maksimum 21% pada kincir
plat datar bersirip dengan sudut kemiringan 10𝑜. Karakteristik kincir pada variasi
sudut sirip antara 10𝑜 sampai dengan 40𝑜 menunjukkan bahwa prestasi kincir
mengalami penurunan seiring bertambahnya sudut kemiringan sirip sudu baik
nilai efisiensi atau koefisien daya, Cp dan putaran poros yang dihasilkan, 819 rpm
(sudut sirip 10𝑜, tanpa beban) dan terendah 473 rpm (sudut sirip 40𝑜, tanpa
beban) pada kecepatan angin sekitar 8,5 m/detik, tetapi torsi mengalami kenaikan
seiring bertambahnya sudut sirip sudu pada kecepatan angin yang sama. Kincir
model propeler plat datar bersirip mempunyai prestasi sangat baik jika sudut sirip
antara 10𝑜 – 20𝑜 (Doddy Purwadianto, 2013).
Telah berhasil dilakukan pembuatan dan unjuk kerja kincir angin poros
horizontal empat sudu berbahan komposit dengan diameter 1 m, lebar maksimum
sudu 13 cm pada jarak 12,5 cm dari pusat poros. Terdapat 3 variasi kecepatan
angin dalam penelitian, variasi kecepatan yang digunakan yaitu kecepatan angin
10,3 m/s, kecepatan angin 8,3 m/s, dan kecepatan angin 6,4 m/s. Dari hasil
penelitian tersebut, koefisien daya tertinggi yang didapat yaitu sebesar 35,14 %
pada tsr 4,20 pada kecepatan angin 6,4 m/s. Torsi terbesar yang dihasilkan oleh
kincir angin yaitu 0,85 N.m pada kecepatan 713 rpm terjadi pada kecepatan angin
10,3 m/s. Daya terbesar yang didapat yaitu 64,75 watt pada kecepatan angin 713
rpm pada kecepatan angin 10,3 m/s (Rusidin, 2016).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Penelitian
Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perencanaan kincir hingga
analisis data. Langkah kerja dalam penelitian ini dalam bentuk gambar diagram
alir seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Diagram Alur Metode Penelitian Kincir Angin.
Mulai.
Perancangan kincir angin propeller dua sudu
poros horizontal menggunakan mal kertas.
Pembuatan sudu kincir angin bahan PVC diameter 1m,
lebar maksimal 14 cm pada jarak 20 cm dari pusat poros
Pengolahan data untuk mencari 𝑃𝑖𝑛, 𝑃𝑜𝑢𝑡 , torsi, tip speed ratio
dan koefisien daya pada masing-masing kecepatan angin.
Pengambilan data, untuk mengetahui:
- putaran poros kincir (rpm),
- kecepatan angin,
- arus yang mengalir pada beban (I),
- tegangan (V).
Selesai
Analisa serta pembahasan data dengan cara membandingkan
koefisien daya dan tip speed ratio, serta Torsi dan putaran kincir.
Pembuatan laporan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
Ada tiga jenis metode untuk melakukan penelitian ini, yaitu :
a. Penelitian Kepustakaan (Library Research)
Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur –literatur yang
berhubungan dengan penulisan tugas akhir ini serta dapat dipertanggung
jawabkan kebenarannya.
b. Pembuatan Alat.
Pembuatan alat uji kincir angin dilakukan di Laboratorium Konversi Energi,
Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Kincir yang sudah jadi dipasang pada
lorong kincir angin dan motor listrik sebagai sumber tenaga untuk memutar fan
blower yang menghasilkan tenaga angin untuk memutar kincir.
c. Pengamatan Secara Langsung (Observasi).
Metode observasi ini dilakukan dengan mengamati secara langsung terhadap
objek yang diteliti yaitu kincir angin jenis propeler pada lorong kincir angin.
3.2 Alat Dan Bahan
Model kincir angin t i p e propeller dengan bahan PVC ini dibuat dengan
diameter 1 meter, lebar maksimum sudu 14 cm, pada jarak 20 cm dari pusat
poros.
a. Dudukan Sudu
Dudukan sudu yang merupakan bagian komponen yang berfungsi untuk
pemasangan sudu dan juga untuk mengatur kemiringan sudu. Dudukan sudu ini
terbuat dari besi dan plat L besi yang telah melalui proses permesinan dengan
diameter 15 centimeter. Dudukan sudu ini memiliki dua belas buah lubang untuk
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
pemasangan sudu namun yang digunakan hanya dua. Untuk mengatur sudu
kemiringan cukup memutar kemiringan plat dudukan sudu. Posisi plat dudukan
dapat disesuaikan dengan kebutuhan yang diperlukan. Dudukan sudu dapat dilihat
pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Dudukan Sudu.
b. Sudu Kincir Angin.
Ukuran sudu kincir menentukan daerah sapuan angin yang menerima energi
angin sehingga dapat membuat dudukan sudu atau turbin berputar. Semua sudu
memiliki bentuk dan ukuran yang sama. sudu memiliki panjang 45 centimeter dan
lebar maksimum 14 centimeter. Berat sudu dibuat sama yaitu Sudu kincir angin
yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.3.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
Gambar 3.3 Sudu kincir angin.
c. Fan Blower
Fanblower berfungsi untuk menghisap udara di sekitar dan meniupkan udara
ke arah kincir sehingga memutarkan sudu kincir angin. Fanblower dengan power
sebesar 15 Hp diletakkan di depan lorong kincir angin. Gambar 3.4 menunjukan
bentuk dari fanblower.
Gambar 3.4 Fan Blower.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
d. Tachometer
Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan putaran
poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm(rotation perminute). Jenis
tachometer yang digunakan adalah digital light tachometer, cara kerjanya cukup
sederhana meliputi 3 bagian, yaitu: sensor, pengolah data dan penampil. Gambar
3.5 menunjukan bentuk tachometer.
Gambar 3.5 Tachometer.
e. Timbangan Digital
Timbangan digital digunakan untuk mengetahui beban generator pada saat
kincir angin berputar. Gambar 3.6 menunjukan bentuk dari Timbangan Digital
yang digunakan dalam penelitian. Timbangan Digital ini diletakan pada bagian
lengan generator.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
Gambar 3.6 Timbangan Digital.
f. Anemometer
Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan angin, Gambar 3.7
menunjukan bentuk dari anemometer.
Gambar 3.7 Anemometer.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
g. Voltmeter
Voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan yang dihasilkan kincir angin
oleh setiap variasinya. Gambar Voltmeter seperti ditunjukan oleh Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Voltmeter.
h. Amperemeter
Ampermeter digunakan untuk mengukur arus yang dihasilkan oleh Kincir
Angin dengan setiap variasinya. Gambar Amperemeter seperti ditunjukan oleh
Gambar 3.9 Amperemeter.
.
Gambar 3.9 Amperemeter.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
i. Pembebanan
Pembebanan yang dilakukan dengan menggunakan lampu bermaksud untuk
mengetahui performa kincir angin. Variasi voltase lampu yang diberikan
bermaksud supaya data yang dihasilkan lebih bervariasi. Lampu yang digunakan
adalah lampu 100 Watt sebanyak 18 buah, lampu 75 Watt sebanyak 3 buah.
Gambar pembebanan lampu seperti ditunjukkan oleh Gambar 3.10 Pembebanan
lampu.
Gambar 3.10 Skema Pembebanan Lampu
3.3 Desain Kincir
Desain kincir angin yang dibuat seperti yang ditunjukan pada Gambar
3.10.Gambar tersebut menunjukan bahwa kincir angin yang dibuat panjang
diameternya berukuran 1 m dengan lebar maksimum sudu 13 cm. Gambar 4.1
menunjukan desain dari sudu kincir angin.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
Gambar 3.11 Desain kincir.
3.4 Pembuatan Sudu Kincir Angin
3.4.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu
Pembuatan sebuah sudu merupakan proses yang dilakukan secara bertahap
serta membutuhkan alat dan bahan, seperti yang ditunjukkan Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Alat dan Bahan Pembuatan Sudu.
ALAT BAHAN
Bor PVC 8 inchi
Amplas
Penggaris
Gerinda
Spidol
Timbangan
Kertas Karton
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
3.4.2 Proses Pembuatan Sudu
Dalam proses pembuatan sudu dilakukan dengan beberapa tahapan. Tahapan-
tahapan pembuatan sudu seperti berikut:
a. Memotong Pipa 8 Inchi Dengan Panjang 50 cm.
Pipa 8 inchi berfungsi sebagai bahan utama kincir angin. Proses memotong
menggunakan gerinda dengan panjang pipa yang diinginkan adalah 50 cm.
Setelah pipa dipotong, kemudian pipa di belah tiga. Hal ini bertujuan pada saat
pembentukan pipa dengan mal kertas agar lebih mudah dilakukan. Pipa yang
digunakan adalah Pipa Wavin AW 8 inchi, Pemotongan pipa seperti yang
ditunjukkan oleh Gambar 3.12.
Gambar 3.12 Pemotongan Pipa.
b. Membentuk Cetakan Kertas.
Cetakan kertas mempermudah pembentukan pipa menjadi sebuah sudu.
Cetakan ditempelkan pada pipa, kemudian pipa ditandai sesuai dengan cetakan
menggunakan spidol. Cetakan kertas seperti yang ditunjukkan oleh gambar 3.13
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
Gambar 3.13 Cetakan Kertas.
c. Membentuk Pipa Dengan Mal Kertas.
Pipa yang telah ditandai oleh mal ketas, kemudian dipotong menggunakan
gerinda. Proses pembentukan ini dilakukan secara bertahap, pemotongan di mulai
dari garis mal yang mudah dipotong. Proses pembentukan pipa seperti yang
ditunjukkan oleh gambar 3.14.
Gambar 3.14 Pembentukan sudu pada pipa.
d. Menghaluskan Pipa.
Setelah pipa yang telah dibentuk sesuai dengan bentuk dari mal kertas,
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
kemudian pinggiran pipa dihaluskan. Hal ini bertujuan untuk mencapai sebuah
presisi ukuran dan estetika dari pipa.
e. Finishing Sudu
Proses finishing sudu meliputi: pemotongan, penghalusan dan pengurangan
berat sudu. Pengurangan berat sudu yang dimaksud adalah menyamakan berat
sudu menjadi 500 gram menggunakan timbangan duduk digital.
f. Pembuatan Lubang Baut
Pembuatan lubang pada sudu dilakukan menggunakan alat bor dengan
diameter lubang baut 10.
3.5 LangkahPenelitian
Langkah yang dilakukan sebelum pengambilan data penelitian adalah
pemasangan kincir angin didepan fan blower, pemasangan komponen poros
penghubung kincir angin dengan sistem pembebanan lampu yang berada dibagian
belakang kincir Angin. Langkah pengambilan data kecepatan angin, putaran poros
kincir (rpm), tegangan, arus listrik dan pembebanan kincir angin ada beberapa hal
yang perlu dilakukan yaitu:
a. Posisikan gawang kincir angin didepan fan blower.
b. Memasang blade / sudu pada dudukan sudu.
c. Memasang anemometer pada tiang di depan kincir angin untuk mengukur
kecepatan angin.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
d. Memasang timbangan digital pada lengan generator.
e. Memasang generator pada poros kincir angin.
f. Merangkai pembebanan lampu pada panel dan rangkaian alat pengukur.
g. Jika sudah siap, fan blower dihidupkan untuk memutar kincir angin.
h. Percobaan pertama kincir angin dua sudu dengan kecepatan angin 8,3 m/s,
percobaan kedua kincir angin dua sudu dengan kecepatan angin 7,2 m/s,
percobaan ketiga kincir angin tiga sudu dengan kecepatan angin 6,4 m/s.
i. Untuk mengatur kecepatan angin dalam terowongan angin dengan cara
memundurkan jarak gawang kincir angin terhadap fan blower agar dapat
menentukan variasi kecepatan angin.
j. Bila kecepatan angin dan variasi beban telah sesuai dengan yang diinginkan,
maka pengukuran dapat dilakukan dengan membaca massa pengimbang
yang terukur pada timbangan digital.
k. Mengukur kecepatan angin dengan menggunakan anemometer.
l. Mengukur kecepatan putar poros kincir angin dengan mengunakan
tachometer.
m. Mengukur besar arus I yang mengalir ke beban dengan menggunakan
amperemeter.
n. Mengukur besar tegangan kincir dengan voltmeter.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
BAB IV
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Penelitian
Berikut data hasil pengujian kincir angin dua sudu yang diambil. Dari
pengujian yang dilakukan melakukan pengukuran antara lain meliputi : kecepatan
angin (m/s), putaran poros kincir (rpm), gaya pengimbang (F), tegangan (V), dan
arus (I).
Tabel 4.1 Data Pengujian Sudu DenganVariasi Kecepatan Angin 6,3 m/s.
NO
Kec.
Angin
Putaran
kincir Tegangan Arus
Gaya
Pengimbang
m/s n (rpm) V (Volt)
I
(Ampere) F (gram)
1 6.30 479 27.58 0.000 50
2 6.30 460 27.08 0.09 110
3 6.30 456 26.24 0.19 130
4 6.30 428 25.23 0.27 150
5 6.30 404 24.76 0.30 170
6 6.30 402 24.05 0.34 190
7 6.30 398 22.18 0.38 210
8 6.30 380 21.98 0.42 230
9 6.30 363 20.54 0.47 250
10 6.30 343 20.15 0.52 270
11 6.30 340 18.64 0.53 290
12 6.30 326 18.28 0.55 310
13 6.30 302 17.67 0.57 320
14 6.30 291 17.13 0.59 350
15 6.30 276 15.08 0.59 370
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
Tabel 4.2 Data pengujian sudu dengan variasi kecepatan angin 7,4 m/s.
NO
Kec.
Angin
Putaran
kincir Tegangan Arus
Gaya
Pengimbang
(m/s) n (rpm) V (Volt) I (Ampere) F (gram)
1 7.40 498 31.72 0.00 60
2 7.40 487 29.82 0.11 100
3 7.40 482 27.10 0.24 130
4 7.40 471 26.95 0.34 160
5 7.40 464 25.35 0.41 180
6 7.40 452 25.24 0.55 210
7 7.40 445 24.98 0.58 230
8 7.40 432 24.46 0.66 250
9 7.40 428 22.89 0.71 270
10 7.40 415 22.46 0.76 290
11 7.40 396 21.84 0.82 310
12 7.40 381 20.95 0.87 330
13 7.40 374 20.16 0.91 360
14 7.40 354 17.69 0.96 380
15 7.40 347 15.98 1.08 410
Tabel 4.3 Data pengujian sudu dengan variasi kecepatan angin 8,3 m/s.
NO
Kec.
Angin
Putaran
kincir Tegangan Arus
Gaya
Pengimbang
(m/s) n (rpm) V (Volt) I (Ampere) F (gram)
1 8.30 528 36.67 0.00 80
2 8.30 525 34.98 0.09 120
3 8.30 512 31.56 0.19 150
4 8.30 506 31.13 0.29 170
5 8.30 491 29.45 0.34 200
6 8.30 485 28.74 0.45 230
7 8.30 474 26.83 0.62 250
8 8.30 457 26.38 0.71 280
9 8.30 436 25.98 0.83 310
10 8.30 405 23.87 0.88 340
11 8.30 386 22.26 0.90 360
12 8.30 331 21.46 0.93 380
13 8.30 327 20.86 0.96 400
14 8.30 268 20.12 0.98 420
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
Dalam pengolahan data, diketahui beberapa asumsi data yang digunakan
untuk mempermudah pengolahan dan perhitungan data. Data yang diketahui
adalah sebagaiberikut :
a. Percepatangravitasibumi (g): 9,81 m/s2
b. Massa jenisudara(ρ): 1,18 kg/m3
c. Luas penampang sudu (A) : 0,785 m²
4.2.1 Perhitungan Daya Kincir Angin
Data yang digunakan sebagai contoh perhitungan dibawah menggunakan data
pengujian kincir angin tiga sudu dengan variasi kecepatan 6,3 m/s. Telah
diketahui bahwa kecepatan angin (v) = 6,3 m/s, massa jenis udara (ρ) = 1,18
kg/m3, dan luas penampang (A) = 0,785 m2.
Perhitungan besar daya angin menggunakan persamaan (4), maka dapat
dihitung daya angin sebesar :
Pin =1
2 . 𝜌 . 𝐴. 𝑣3
Pin =1
2𝑥 1,18 𝑥 0,785 𝑥 (6.3)3
Pin = 115,8 Watt
Jadi daya kincir angin yang dihasilkan sebesar 115,8 Watt.
4.2.2 Perhitungan Torsi
Perhitungan besar torsi kincir dapat diketahui dengan persamaan (5). Sebagai
contoh perhitungan diambil dari tabel 4.1 pada pengujian kedua. Dari data
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
43
diperoleh besaran gaya F= 1,08 N dan jarak lengan torsi keporos sebesar 0,27 m,
maka torsi dapat dihitung:
T = F𝑥l
T = 1,08 𝑥 0.27
T = 0,29 N.m
Jadi torsi yang dihasilkan sebesar 0,29 N.m.
4.2.3 Perhitungan Daya Mekanis Kincir Angin
Sebagai contoh perhitungan diambil dari tabel pengujian 4.1 pada pengujian
kedua diperoleh kecepatan angin 6.3 m/s, putaran poros (n) sebesar 458 rpm, dan
torsi yang telah diperhitungkan pada sub bab 4.2.2 sebesar 0,29 N.m. Dengan
menggunakan persamaan (10), maka besarnya daya kincir dapat dihitung :
Pout = T 𝑥 ω
Pout =𝑇 𝑥2𝜋 .𝑛
60
Pout = 0,29𝑥 (2𝜋 .479
60)
Pout = 14,5 watt
Jadi daya mekanis kincir angin yang diperoleh sebesar14,5 watt.
4.2.4 Perhitungan Daya Listrik
Untuk menghitung daya listrik yang dihasilkan oleh kincir menggunakan
persamaan (6). Sebagai contoh perhitungan daya listrik diambil dari tabel
pengujian 4.1 pada pengujian beban pertama. Diperoleh tegangan sebesar 27,58
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
44
volt dan Arus sebesar 0,00 ampere, maka daya listrik dapat dihitung :
Plistrik = V . I
Plistrik = 27,58 x 0,00
Plistrik = 0 watt
Jadi daya listrik yang dihasilkan sebesar 0 watt.
4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio (TSR)
Sebagai contoh perhitungan diambil dari tabel pengujian 4.1 pada pengujian
kedua diperoleh putaran poros kincir angin sebesar 479 rpm , jari jari kincir angin
sebesar (r) = 0,5 m, dan kecepatan angin sebesar 6,3 m/s, maka tip speed ratio
dapat dihitung :
tsr = 2 π r n
60 v
tsr =2 𝑥 3,14 𝑥 0,5 𝑥 479
60 𝑥 27,59
tsr = 0,91
Jadi tip speed ratio yang dihasilkan oleh kincir angin sebesar 0,91
4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya (Cp)
Sebagai contoh perhitungan diambil dari tabel 4.1 pada pengujian kedua.
Untuk menghitung koefisien daya dari perbandingan daya mekanis yang dihasilkan
kincir dengan daya yang dihasilkan angin dapat dicari dengan persamaan (10).
Contoh perhitungan koefisien daya diambil dari perhitungan daya angin pada sub
bab 4.2.1 sebesar 115,8 Watt dan daya yang dihasilkan kincir angin pada sub bab
4.2.3 sebesar 14,5 Watt, maka koefisien daya dapat dihitung :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
45
Cp =𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑃𝑖𝑛
Cp =6,64
116 𝑥 100 %
Cp = 5,7 %
Jadi koefisien daya yang diperoleh sebesar 5,7 %
4.3 Data Hasil Perhitungan
Pengujian kincir angin sumbu horizontal dua sudu menghasilkan parameter
yang diolahdengan software Microsoft Excel untuk menampilkan tabel dan grafik
hubungan data. Grafik yang diambil antara lain grafik hubungan antaratorsi(Nm)
dengan daya mekanis (𝑃𝑂𝑢𝑡) dan daya elektris (𝑃𝐿𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑘)yang dihasilkan, grafik
hubungan antara putaran poros kincir (rpm) dengan torsi (T), dan grafik hubungan
antara koefisien daya (𝐶𝑝) dengan tip speed ratio (𝑇𝑆𝑅) yang dihasilkan untuk
tiga variasi kecepatan angin dengan jumlah dua sudu.
Berikut tabel 4.4, tabel 4.5 dan tabel 4.6 yang menampilkan data hasil
perhitungan untuk setiap variasi kecepatan angin.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
46
Tabel 4.4 Data Perhitungan Dua Sudu Variasi Kecepatan Angin 6,3 m/s.
Tabel 4.5 Data Perhitungan Dua Sudu Variasi Kecepatan Angin 7.4 m/s.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
47
Tabel 4.6 Data Perhitungan Dua Sudu Variasi Kecepatan Angin 8,3 m/s.
4.4 Grafik Hasil Perhitungan
Dari data yang diperoleh dan telah dilakukan perhitungan seperti yang
dilakukan pada sub bab 4.2 dan 4.3, kemudian diolah kembali ke dalam bentuk
grafik untuk mengetahui grafik hubungan. Grafik hubungan tersebut antara lain
grafikantara torsi (T ) dan daya kincir (Watt), grafik hubungan antara torsi (T) dan
putaran poros kincir (rpm), dan grafik hubungan antara koefisien daya (Cp)
dengantip speed ratio (tsr). Grafik yang disajikan untuk setiap keadaan selebihnya
dapat dilihat pada grafik – grafik berikut ini.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
48
4.4.1 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros Kincir dan Torsi Untuk Tiga
Variasi Kecepatan Angin.
Datadari Tabel 4.4, Tabel 4.5, dan Tabel 4.6 yang telah diperoleh pada
perhitungan diatas selanjutnya digunakan untuk membuat grafik hubungan antara
ketiga torsi (𝑇) tiap variasi terhadap putaran poros kincir. Berdasarkan grafik yang
telah terbentuk pada gambar 4.3 diketahui bahwa nilai puncak torsi (𝑇) tertinggi
yang dihasilkan oleh variasi kecepatan 8,3 m/s adalah 1,11 N.m pada putaran poros
kincir 268 rpm. Sedangkan nilai puncak torsi (𝑇) yang dihasilkan oleh variasi
kecepatan 7,4 m/s adalah 1,09 N.m pada putaran poros kincir 347 rpm. Dan nilai
puncak torsi (𝑇) yang dihasilkan oleh variasi kecepatan 6,3 m/s adalah 0,98 N.m
pada putaran poros kincir 276 rpm. Dari gambar 4.1 dapat diambil kesimpulan
bahwa kincir angin dengan variasi kecepatan 8,3 m/s memiliki torsi (𝑇) puncak
tertinggi daripada variasi kecepatan lainnya. Nilai torsi dan nilai putaran poros
pada kincir dipengaruhi oleh besar kecilnya kecapatan angin.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
49
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Antara Putaran Poros Kincir dan Torsi Pada Tiga
Variasi Kecepatan Angin.
4.4.2 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Mekanis Untuk Tiga Variasi
Kecepatan Angin.
Datadari Tabel 4.4, Tabel 4.5, dan Tabel 4.6 yang telah diperoleh pada
perhitungan diatas selanjutnya digunakan untuk membuat grafik hubungan antara
ketiga daya mekanis tiap variasi terhadap torsi. Berdasarkan grafik yang telah
terbentuk pada gambar 4.1 diketahui bahwa nilai puncak daya mekanis (𝑃𝑂𝑢𝑡)
tertinggi yang dihasilkan oleh variasi kecepatan 8,3 m/s adalah 37,86 Watt pada
torsi 1,11 N.m. Sedangkan nilai puncak daya mekanis (𝑃𝑂𝑢𝑡) yang dihasilkan oleh
variasi kecepatan 7,4 m/s adalah 39,46 Watt pada torsi 1,09 N.m. Dan nilai puncak
daya mekanis (𝑃𝑂𝑢𝑡) yang dihasilkan oleh variasi kecepatan 6,3 m/s adalah 28,33
Watt pada torsi 0,98 N.m. Dari gambar 4.1 dapat diambil kesimpulan bahwa kincir
angin dengan variasi kecepatan 7,4 m/s memiliki daya mekanis (𝑃𝑂𝑢𝑡) puncak
tertinggi daripada variasi kecepatan lainnya.
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0 100 200 300 400 500 600
Tors
i N.m
Putaran poros kincir ( RPM )
kec. Angin 6,3 m/s
kec. Angin 7,4 m/s
kec. Angin 8,3 m/s
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
50
Gambar 4.2Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Mekanis Kincir Pada Ketiga
Variasi Kecepatan Angin.
4.4.3 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Elektris Untuk Tiga Variasi
Kecepatan Angin.
Datadari Tabel 4.4, Tabel 4.5, dan Tabel 4.6 yang telah diperoleh pada
perhitungan diatas selanjutnya digunakan untuk membuat grafik hubungan antara
ketiga daya elektris (𝑃𝐿𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑘) tiap variasi terhadap putaran poros kincir.
Berdasarkan grafik yang telah terbentuk pada gambar 4.2 diketahui bahwa nilai
puncak daya elektris (𝑃𝐿𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑘) tertinggi yang dihasilkan oleh variasi kecepatan 8,3
m/s adalah 21,56 Watt pada torsi 0,82 N.m. Sedangkan nilai puncak daya elektris
(𝑃𝐿𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑘) yang dihasilkan oleh variasi kecepatan 7,4 m/s adalah 18,35 Watt pada
torsi 0,95 N.m. Dan nilai puncak daya elektris (𝑃𝐿𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑘) yang dihasilkan oleh
variasi kecepatan 6,3 m/s adalah 10,48 Watt pada torsi 0,72 N.m. Dari gambar 4.1
dapat diambil kesimpulan bahwa kincir angin dengan variasi kecepatan 8,3 m/s
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
45.00
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20
day
a m
ekan
is (
wat
t )
torsi N.m
kec. Angin 6,3 m/s
kec. Angin 7,4 m/s
kec. Angin 8,3 m/s
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
51
memiliki daya elektris (𝑃𝐿𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑘) puncak tertinggi daripada variasi kecepatan
lainnya.
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Torsi dan Daya Elektris Pada Tiga Variasi
Kecepatan Angin.
4.4.4 Grafik Hubungan Antara TSR dan Koefisien Daya Mekanis Untuk
Tiga Variasi Kecepatan Angin.
Datadari Tabel 4.4, Tabel 4.5, dan Tabel 4.6 yang telah diperoleh pada
perhitungan diatas selanjutnya digunakan untuk membuat grafik hubungan antara
ketiga koefisien daya mekanis (𝐶𝑃𝑀𝑎𝑥 𝑀𝑒𝑘𝑎𝑛𝑖𝑠) tiap variasi terhadap tip speed ratio
(tsr). Berdasarkan grafik yang telah terbentuk pada gambar 4.4 diketahui bahwa
nilai puncak koefisien daya mekanis (𝐶𝑃𝑀𝑎𝑥 𝑀𝑒𝑘𝑎𝑛𝑖𝑠) tertinggi yang dihasilkan
oleh variasi kecepatan 8,3 m/s adalah 14,55 dengan nilai tip speed ratio sebesar
2,46. Sedangkan nilai puncak koefisien daya mekanis (𝐶𝑃𝑀𝑎𝑥 𝑀𝑒𝑘𝑎𝑛𝑖𝑠) yang
dihasilkan oleh variasi kecepatan 7,4 m/s adalah 21,98 dengan nilai tip speed ratio
sebesar 2,52. Dan nilai puncak koefisien daya mekanis (𝐶𝑃𝑀𝑎𝑥 𝑀𝑒𝑘𝑎𝑛𝑖𝑠)yang
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20
day
a el
ektr
is (
wat
t )
Torsi N.m
kec. Angin 6,3 m/s
kec. Angin 7,4 m/s
kec. Angin 8,3 m/s
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
52
dihasilkan oleh variasi kecepatan 6,3 m/s adalah 24,5 dengan nilai tip speed ratio
sebesar 3,55. Dari gambar 4.1 dapat diambil kesimpulan bahwa kincir angin
dengan variasi kecepatan 6,3 m/s memiliki koefisien daya mekanis
(𝐶𝑃𝑀𝑎𝑥 𝑀𝑒𝑘𝑎𝑛𝑖𝑠) puncak tertinggi daripada variasi kecepatan lainnya. Seperti
ditunjukkan pada gambar, semakin kecil nilai tsr maka semakin besar Cp yang
dihasilkan hingga pada kondisi tertentu (maksimal) nilai Cp akan ikut menurun.
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Antara Cp Mekanis dan TSR Pada Tiga Variasi
Kecepatan Angin.
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00
koef
isie
n d
aya
mek
anis
( c
p %
)
Tip Speed Ratio ( TSR )
kec. Angin 6,3 m/s
kec. Angin 7,4 m/s
ke. Angin 8,3 m/s
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
53
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 poros horizontal bersudu tiga dari bahan
pipa PVC 8 inchi tipe AW dengan diameter 1m, lebar maksimum sudu 14
cm padajarak 20 cm dari pusat poros.
2. Daya mekanis terbesar yang dihasilkan oleh kincir angin yaitu 31,08 Watt
pada variasi kecepatan angin 8,3 m/s.Daya listrik terbesar yang dihasilkan
oleh kincir angin yaitu 20,10 watt pada variasi kecepatan angin 8,3 m/s.
3. Koefisien daya tertinggi yang did apat yaitu sebesar 9,61 % pada tsr 2,52
dengan kecepatan angin 7,4 m/s.
5.2 Saran
1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan variasi tambahan ekor pada
sudu kincir.
2. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang pengurangan berat sudu dan
jumlah beratpembebanan.
3. Perlu dilakukan uji coba dengan variasi kecepatan angin yang lebih rendah
(3 m/s - 6 m/s), mengingat karakteristik angin di Indonesia cenderung
rendah.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
54
DAFTAR PUSTAKA
Ginting, Soeripno J. 1993.“Pemasangan dan Uji Coba Pemanfaatan Kincir Angin
Poros Horisontal”. Lembaga Fisika Nasional LIPI. Bandung
NegeriKincirAngin”.http://www.1powerbloger.com.
Rusidin.2016. ”Unjuk Kerja Kincir Angin Poros Horizontal Empat Sudu,
Diameter 1 M, Lebar Maksimum 13 CM Dengan Jarak 12,5 CM Dari Pusat
Poros“.Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Sari, Eka. 2012.“ Belanda Sang.
Sitorus,Juanda Antonius. 2016. “Unjuk Kerja Kincir Angin Poros Horizontal
Bersudu Tiga Diameter 1 M, Lebar Maksimum 13 CM Dengan Jarak 12,5
CM Dari Pusat Poros”. Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
.http://www.kincirangin.info/plta-gambar.php. diakses 29 November 2016
http://www.xahart.blogspot.com, diakses 29 November 2016
http://www.gunturcuplezt.com, diakses 29 November 2016
http://www.wind-work.com, diakses 29 November 2016
http://www.travelwriterstales.com, diakses 29 November 2016
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI