50279547 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 2011ii 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 LengkapTanda 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 SayamenyatakandengansesungguhnyabahwaTugasAkhiryangsaya tulisini,tidakmemuatkaryaataubagiankaryaoranglain,kecualiyangtelah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah. Surakarta, 09 Februari 2011 Penulis Stefanus Andryanto E P vi vii INTISARI Penelitianinibertujuanuntukmengetahuidanmencaritorsi,dayakincir, koefisiendayadantipspeedratio(tsr)padamodelkinciranginporosvertikal dengan empat sudu yang membuka dan menutup secara otomatis. Ukurandiameterkincirdibuatdenganduavariasi,yaitu70cmdan100 cm.Sedangkanukuranlebarsudumodelkinciranginsebesar40cmsaat membukamaksimal.Untukmengukurdanmengetahuitorsi,dayakincir, koefisiendayadantipspeedratio,kincirdihubungkankegeneratoryang tersambungkerangkaianlampuyangberfungsisebagaivariasibeban.Besarnya beban pengimbang torsi diukur dengan neraca pegas, tachometer berfungsi untuk mengukurbesarnyaputaranporoskincir,sedangkanuntukmengukurkecepatan angin menggunakan anemometer. Dayakincirmaksimalsebesar3,8wattdidapatkanpadakincirdengan diameter100cmsaatkecepatanangin6,71m/sdanmenghasilkantorsisebesar 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 PujidansyukurkepadaTuhanYangMahaEsaatassegalarahmatdan karuniaNya,sehinggaTugasAkhirinidapatterselesaikan.TugasAkhirini sebagaisalahsatusyaratuntukmendapatkangelarsarjanaS-1untukprogram studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. JuduldariTugasAkhiriniadalahUnjukKerjaModelKincirAnginPoros VertikalDenganEmpatSuduyangMembukadanMenutupSecaraOtomatis Dengan Variasi Diameter. PenulisdapatmenyelesaikanTugasAkhirinikarenaadanyabantuandan 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.KepalaLaboratoriumdanLaboranJurusanTeknikMesinUniversitas 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. Penulismenyadaribahwanaskahinijauhdarisempurna,makasegalakritik dan saran yang membangun akan penulis terima. Semoga naskah Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi mahasiswa Teknik Mesindanpembacalainnya.Penulisjugamemohonmaafjikaadapenulisan 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/(.v2)terhadap n/v, untuk diameter kincir70 cm ..................................................................................................................... 34 Gambar4.3.GrafikhubunganF.n/(.v2)terhadapn/v,untukdiameterkincir100 cm ................................................................................................................... 34 xiii Gambar 4.4. Grafik hubungan antara ???p terhadap tsr untuk 2 model kincir ........ 40 Gambar4.5.Grafikhubunganantaraputaranporos-torsi-dayakincir,untuk diameter kincir 70 cm............................................................................................ 42 Gambar4.6.Grafikhubunganantaraputaranporos-torsi-dayakincir,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/(xv2) dan n/v kincir angin diameter 70 cm .................. 35 Tabel 4.4 Perhitungan F/(xv2) dan n/v kincir angin diameter 100 cm ................ 36 Tabel L1. Data perhitungan hubunganF/(xv2) terhadap n/v kincir model dengan diameter 70 cm ...................................................................................................... 48 Tabel L2. Data perhitungan hubunganF/(xv2) terhadap n/v kincir model dengan diameter 100 cm .................................................................................................... 50 TabelL3.Dataperhitungantorsidandayakincirdengandiameter70cm,saat kecepatan angin 6,84 m/s ...................................................................................... 52 TabelL4.Dataperhitungantorsidandayakincirdengandiameter70cm,saat kecepatan angin 6,64 m/s ...................................................................................... 53 TabelL5.Dataperhitungantorsidandayakincirdengandiameter70cm,saat kecepatan angin 6,06 m/s ...................................................................................... 54 TabelL6.Dataperhitungantorsidandayakincirdengandiameter70cm,saat kecepatan angin 5,46 m/s ...................................................................................... 55 TabelL7.Dataperhitungantorsidandayakincirdengandiameter100cm,saat kecepatan angin 6,71 m/s ...................................................................................... 56 TabelL8.Dataperhitungantorsidandayakincirdengandiameter100cm,saat kecepatan angin 6,58 m/s ...................................................................................... 56 TabelL9.Dataperhitungantorsidandayakincirdengandiameter100cm,saat kecepatan angin 5,88 m/s ...................................................................................... 56 TabelL10.Dataperhitungantorsidandayakincirdengandiameter100 cm,saat kecepatan angin 5,53 m/s ...................................................................................... 57 xv TabelL11.Dataperhitungantorsidandayakincirdengandiameter100 cm,saat kecepatan angin 5,14 m/s ...................................................................................... 57 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG MASALAH Energifosilkhususnyaminyakbumidanbatubaraadalahsumberenergi utamadansumberdevisanegara.Salahsatupenggunaannyaadalahsebagai pembangkitlistrik.EnergiFosilmerupakanenergiyangtidakterbarukan(non renewableenergy).DimanacadanganenergifosilIndonesiajumlahnyatidaktak terbatas,yangakanhabispadasuatusaatnanti.Padahalkebutuhanenergiterus meningkatsejalanpertumbuhanekonomidanpenduduk.Pemakaianenergifosil jugaakanmenyebabkanpemanasanglobalakibatsisapembakarannyayang berupa gas CO dan CO2. Maka perlu adanya energi alternative yang terbarukan(renewable energy) danramahlingkungansebagaisumberenergibaru.Daribeberapaenergiyang terbarukan, salah satunya adalah energi angin.Pemanfaatan tenaga angin di Indonesia belum begitu optimal, walaupun di beberapadaerahsudahmampumemanfaatkantenagaanginsebagaipembangkit listrik, penggerak pompa, namun penerapannya belum bisa dibilang efektif. Maka diperlukansebuahmekanismeuntukmerubahenergianginmenjadienergiyang 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 4suduyangmembukadanmenutupsecaraotomatisdenganvariasidiameter. 2 Desainkincirangindibuatsesederhanamungkinagarnantisetiaporangdapat mengaplikasikan Tugas Akhir ini. 1.2 RUMUSAN MASALAH Dalam tugas akhir ini kincir model di uji di dalam terowongan angin yang tersediadiUniversitasSanataDharma.Dalamprosesujitersebutdiharapakan dapatmemperolehdatayangdihasilkandariunjukkerjakincir4sududengan variasi diameter. 1.3 BATASAN MASALAH Untukmemfokuskanpembahasan,makadalamtugasakhirinidiberi batasan masalah sebagai berikut :1.Kincirmodelyangdigunakanadalahkincirporosvertikaldengan4sudu yang membuka dan menutup secara otomatis. 2.Diametermaksimalkinciradalah1meter,menyesuaikandenganlebar 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.Membuatkincirangintipeporosvertikal4suduyangmembukadan menutup secara otomatis dengan variasi diameter. 2.Menentukanhubunganantaradayakincirdantorsidinamisuntukvariasi kecepatanantara5m/ssampaidengan7m/suntuk2variasidiameter kincir. 3 3.Menentukanhubunganantarakoefisiendaya(powercoefficient)dantsr untuk tiga variasi diameter kincir. 1.5 MANFAAT TUGAS AKHIR Adapun manfaat dari tugas ini adalah: 1.Pengembangan teknologi tepat guna. 2.Dapatmembantumasyarakatterutamadidaerahpedesaanuntuk 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. Kecepatanangindipengaruhiolehbeberapahal,diantaranyaletaktempatdimana kecepatan angin di dekat khatulistiwa lebih cepat dari yang jauh dari garis khatulistiwa.Semakintinggitempat,semakinkencangpulaanginyangbertiup, halinidisebabkanolehpengaruhgayagesekanyangmenghambatlajuudara.Di permukaanbumi,gunung,pohon,dantopografiyangtidakratalainnya 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 utarabertiupdariutarakeselatan.Dibandara,windsocksdigunakanuntuk menunjukkanarahangin,tetapijugadapatdigunakanuntukmemperkirakan kecepatanangindengansudutgantungnya.Kecepatananginbiasanyadiukur dengan anemometer. 5 Indonesiasepertikebanyakannegaratropis,memilikipotensianginyang rendah.DariGambar2.1dapatdilihatbahwapotensianginterbesardiIndonesia terletakdikepulauanSumba,Sumbawa, LombokdanBali,yaitusebesar4,66 m/s. 2.2 Kincir Angin. Kinciranginadalahsebuahmesinyangdigerakkanolehtenagaangin untukmenumbukbiji-bijian.Kinciranginjugadigunakanuntukmemompaair untukmengairisawah.Kinciranginjugadapatdigunakanuntukmenghasilkan energilistrik,disebutjugadenganturbinangin.(sumber: http://id.wikipedia.org/wiki/Kincir_angin) Berdasarkanposisiporosnya,kincirangindibagimenjadi2yaitukincir 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 porosvertikaljugamemilikikecepatanawalyanglebihrendahdibandingkan dengankinciranginporoshorizontal,sehinggacocokuntukdigunakanuntuk daerah yang memiliki potensi angin yang rendah seperti Indonesia. Namunkincir anginporosvertikal jugamemilikibeberapakelemahan,diantaranyakebanyakan 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. Dalamdinamikafluida,gayahambat(yangkadang-kadangdisebut hambatanfluidaatauhambatanseret) adalahgayayangmenghambatpergerakan sebuah benda padat melalui sebuah fluida (cairan atau gas).Bentukgaya hambat yangpalingumumtersusundarisejumlahgayagesek,yangbertindaksejajar denganpermukaanbenda,plusgayatekanan,yangbertindakdalamarahtegak lurusdenganpermukaanbenda.(sumber:http://id.wikipedia.org/ wiki/Gaya_hambat) Sedangkangayalift(gayaangkat)banyakdibahasditeknologipesawat terbang. Dalam teknologi pesawat terbang,gayalift didapatkan dari desain sayap pesawatterbangyangmenyebabkantekananudarayangberadadibawah permukaan sayap lebih besar daripada tekanan udara di atas permukaan sayap. 2.4 Rumus Perhitungan. Berikutiniadalahbeberaparumusperhitunganyangmendukunganalisa unjuk kerja kincir angin 2.4.1 Energi angin. Energi yang terdapat pada angin merupakan energi kinetik, sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut ??????= 0,5. ???. ???2(1) 8 yang dalam hal ini: ?????? : Energi kinetic, Joule ??? : massa udara, kg ??? : kecepatan angin, m/s Sedangkan daya adalah energi per satuan waktu, maka dari persamaan (1) dapat dituliskan: ??????= 0,5. ??? . ???2(2) yang dalam hal ini: ?????? : daya angin, watt ???: massa udara yang mengalir dalam waktu tertentu, kg/s ??? : massa jenis udara, kg/m3 dimana: ??? = ???. ???. ???(3) yang dalam hal ini: ??? : luas penampang melintang arus angin yang ditangkap oleh kincir, m2 Denganmenggunakanpersamaan(3),makadayaangin(??????)dapat dirumuskan menjadi: ??????= 0,5. ???. ???. ???. ???2, disederhanakan menjadi: ??????= 0,5. ???. ???. ???3(4) 9 Biladiasumsikanbesarnyamassajenisudara(???)adalah1,2kg/m3,maka dari persamaan (4) dapat disederhanakan menjadi: ??????= 0,6. ???. ???3(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 Torsiadalahperkalianvectorantara jaraksumbuputardengangayayang bekerja pada titik yang berjarak dari sumbu pusat. Yang dapat dirumuskan sebagai berikut: ??? = ???. ???(6) yang dalam hal ini: ??? : torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros, Nm ??? : gaya pada poros akibat puntiran, N ??? : jarak lengan ke poros, m 10 2.4.2.2 Daya kincir Perhitungandayapadagerakmelingkarpadaumumnyadapatdituliskan sebagai berikut: ??? = ???. ???(7) yang dalam hal ini: ???: torsi dinamis, Nm ??? : kecepatan sudut, rad/s Jika pada kincir angin besarnya kecepatan sudut (???) dirumuskan sebagai: ??? = 2??????60 (8) Maka besarnya daya kincir berdasarkan persamaan (7) dapat dinyatakan dengan: ??????= ???. ??? ??????= ???.2??????60 ??????= ?????????30 (9) yang dalam hal ini: ?????? : daya poros kincir angin, watt ??? : putaran poros setiap menit, rpm 11 2.4.3 Tip speed ratio Tipspeedratio(tsr)adalahperbadinganantarakecepatanujungsudu kincir angin yang berputar dengan kecepatan angin, dapat dirumuskan dengan: ????????? = 2?????????60??? (10) yang dalam hal ini: ??? : jari-jari kincir, m ??? : putaran poros kincir tiap menit, rpm ??? : kecepatan angin, m/s 2.4.4 Koefisien daya (Cp) Koefisien daya (Cp) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir(??????)dengandayayangdisediakanolehangin(??????),sehinggadapat dirumuskan sebagai berikut: ?????? = ???????????? . 100% (11) yang dalam hal ini: ?????? : koefisien daya, % ?????? : daya yang dihasilkan oleh kincir, watt ?????? : daya yang dihasilkan oleh angin, watt 12 BAB III METODE PENELITIAN PenelitiandilakukandilaboratoriumkonversienergiUniversitasSanata Dharmaselama2hari,mulaitanggal22Januari2011hinggatanggal23Januari 2011. Pengambilan data dilakukan dari pukul 08.00 hingga pukul 24.00. 3.1 Peralatan dan Bahan KinciranginmodeltugasakhiryangdapatdilihatpadaGambar3.1 memiliki 3 bagian utama, yaitu: Gambar 3.1 Kincir angin model 13 1.Handle Shaft HandleshaftsepertiyangdapatdilihatpadaGambar3.2 merupakanbagianyangberfungsisebagaiporosutama,sekaligus komponentempatsuduberada.Kesentrisankomponeninisangat penting,karenaakan mempengaruhiefisiensikerjakincirangin.Pada komponeniniterdapatstopperpinyangberfungsimembatasisudut buka sebesar 85o dan sudut tutup sudu sebesar 5o. 2.Blade Bladesepertidapatdilihatpadagambar3.3,adalahkomponen 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 SupportsepertiyangdapatdilihatpadaGambar3.4,merupakan komponenpendukungkinciryangdirancangini.Komponeninijuga merangkapsebagaisupportuntukkomponenblade.Padakomponen ini juga terdapatblade stopper yang berfungsi sebagai limit maksimal dan minimal sudu kincir dapat membuka dan menutup. Sedangkanperalatanyangmendukungdalampengambilandataantara lain: 1.Wind tunnel DapatdilihatpadaGambar3.5,windtunnelberfungsiuntuk menangkapanginyangdihisapolehfanblower.Sekaligusmenjadi tempat untuk pengujian kincir. Gambar 3.4 Support 15 2.Fan blower Gambar3.6adalahfanblowerdengandayamotor5,5KWyang berfungsi untuk menghisap angin melalui wind tunnel. 3.Anemometer Alatiniberfungsiuntukmengetahuikecepatananginyangadadi dalam wind tunnel, anemometer ditunjukan pada Gambar 3.7 Gambar 3.5 Wind tunnel Gambar 3.6 Fan blower 16 4.Stopwatch Stopwatch,sepertiGambar3.8digunakanuntukmencatatwaktu saat pengambilan data kincir angin. 5.Neraca pegas NeracapegasyangditunjukanpadaGambar3.9digunakanuntuk mengukur beban pengimbang torsi dinamis. Gambar 3.7 Anemometer Gambar 3.8 Stopwatch Gambar 3.9 Neraca pegas 17 6.Rangkaian beban lampu RangkaianlampusepertipadaGambar3.10berfungsiuntuk memberikan variasi beban dalam menguji kincir angin. 7.Generator GeneratorsepertidapatdilihatpadaGambar3.11dihubungkan denganrangkaianbebanlampu,yangnantinyaberfungsisebagai penghambat/pengeremputarankincirdalampengambilandatatorsi 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 sebagaidatayangdibutuhkan.Tachometeryangdipakaiditunjukan pada Gambar 3.12. 3.2 Variabel Penelitian Beberapavariablepenelitianyangharusditentukansebelumpenelitian 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 (???) 2.Putaran kincir/ poros (???) 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 (??????) 2.Daya kincir (??????) 3.Koefisien daya (??????) 4.Tip speed ratio (?????????) Langkah pertama dalam pengambilan data penelitian adalah memposisikan kinciranginsepertiGambar3.13.Sambungkankincirangindengantransmisi sabuk yang berada dibawah wind tunnel. Gambar 3.13 Pengambilan data torsi 20 3.5 Langkah Penelitian Pengambilandatatorsidinamisdandayakincirdilakukansecara bersamaan. Saat pengambilan data torsi dinamis, hal-hal yang perlu dilakukan adalah: 1.Memasang neraca pegas pada tempat yang ditentukan. 2.Memasangtaliyangdihubungkanantaraneracapegasdenganlengan pada generator. 3.MemposisikananemometersepertiGambar3.14untukmengukur kecepatan angin di dalam wind tunnel. 4.Menghubungkangeneratorkerangkaianlampu,yangnantinya berfungsi sebagai rem/ penghambat. 5.Rangkaianlampudiposisikanpadaposisisaklaroffsemuaterlebih dahulu, pengujian dilakukan hingga 4 variasi beban lampu. 6.Jikasudahsiap,nyalakanbloweruntukmenghembuskananginpada windtunnel.Aturkecepatanangindalamwindtunneldengancara Gambar 3.14 Setting anemometer 21 merubah jarak blower terhadapwind tunnel untuk menentukan variasi angin mulai dari 7 m/s hingga 5 m/s, mulai dari yang tercepat. 7.Bilakecepatananginsudahsesuaidenganyangdiinginkan,maka pengukurandapatdilakukandenganmembacamassapengimbang yang terukur pada neraca pegas. 8.Mengukurputaranporosdengantachometeryangdiarahkanpada pulley besar. 9.Hasil dari pengamatan kemudian dicatat. 10. Ulangi langkah 5 hingga 9, untuk 4 hingga 5variasi 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 Datapenelitiandiperolehdaripengambilandatatorsipadakincirangin diameter70cm.Pengujiandilakukandenganvariasikecepatananginmulaidari yangtertinggiyaitusekitar7m/sdenganpenurunan0,5m/shinggakincir berhenti berputar. Pembebanan variatif menggunakan rangkaian lampu, mulai dari 0atautidakadapembebananhingga4lampu.Daripenelitiandidapatkandata yang dapat dilihat pada Tabel 4.1. 4.1.2 Data penelitian kincir dengan diameter 100 cm Prosespenelitiansamasepertipengujiankincirdengandiameter70cm. DaripenelitiandiperolehdatayangtampakpadaTabel4.223 Tabel 4.1 Data hasil pengujian kincir dengan diameter 70 cm. ?????? (m/s) beban (gram) Putaran (rpm) 6.7614061.49 6.5714061.13 6.614064.3 6.8414064.68 6.7814063.43 6.9214064.87 6.111046.95 6.111051.6 5.9711051.8 5.4610034.37 5.5110034.86 5.4110037.04 6.7618052.08 6.5718051.99 6.618051.37 6.8419054.49 6.7819055.75 6.9219054.95 6.115039.9 6.115039.45 5.9715040.07 5.4613025.75 5.5113027.64 5.4113027.16 6.7621049.53 6.5721047.06 6.621047.72 6.8420050.61 6.7820052.12 6.9220050.85 ?????? (m/s) beban (gram) Putaran (rpm) 6.118036.03 6.118035.16 5.9718034.58 5.4614019.13 5.5114018.93 5.4114018.2 6.7624042.87 6.5724042.91 6.624043.4 6.8423045.26 6.7823045.42 6.9223045.1 6.120030.24 6.120033.02 5.9720031.19 5.4615016.33 5.5115012.11 5.4115014.71 6.7627039.89 6.5727039.7 6.624039.26 6.8426042.36 6.7826041.01 6.9226042.03 6.122026.27 6.122026.2 5.9722025.41 5.461709.42 5.5117010.52 5.4117013.31 24 Tabel 4.2 Data hasil pengujian kincir dengan diameter 100 cm. ?????? (m/s) Beban (gram) Putaran (rpm) 6.7116066.25 6.7416067.02 6.6816064.94 6.616062.12 6.5216060.13 6.6316061.99 5.9116051.24 5.8516049.48 5.8716051.64 5.616047.49 5.4816045.91 5.5216044.96 5.1915037.1 5.1115036.6 5.1115035.71 6.7123063.46 6.7423063.01 6.6823061.85 6.623056.41 6.5223057 6.6323058.2 5.9122045.47 5.8522043.51 5.8722046.42 5.622040.97 5.4822040.09 5.5222039.53 5.1921033.69 5.1121033.21 5.1121032.07 6.7128059.8 6.7428057.02 6.6828058.06 6.628053.9 6.5228053.16 6.6328052.93 5.9127042.26 5.8527041.32 ?????? (m/s) Beban (gram) Putaran (rpm) 5.8727042.74 5.625039.23 5.4825037.63 5.5225037.64 5.1924031.4 5.1124031.32 5.1124031.52 6.7133053.75 6.7433054.67 6.6833056.35 6.633051.28 6.5233050.23 6.6333049.02 5.9131039.67 5.8531040.65 5.8731039.62 5.629035.91 5.4829036.14 5.5229037.06 5.1929029.92 5.1129028.43 5.1129029.27 6.7135052.84 6.7435052 6.6835051.19 6.637047.62 6.5237048.84 6.6337049.86 5.9134037.68 5.8534038.2 5.8734037.55 5.631034.4 5.4831034.38 5.5231033.31 5.1931028.52 5.1131028.39 5.1131026.96 25 Contohperhitunganuntukkincirangindengandiameter100cmpada kecepatan angin 6.7 m/s ditunjukan pada sub bab 4.2: 4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan 4.2.1 Perhitungan daya angin Dayaangindihitungdenganmenggunakanpersamaan(5)yangdapat dilihat pada sub bab 2.4.1: ??????= 0,6. ???. ???3 yang dalam hal ini: ?????? : daya angin, watt ??? : luas penampang melintang angin yang ditangkap oleh kincir, m2 ??? : kecepatan angin, m/s Sedangkan dalam hal ini, besarnya luas penampang (???) sendiri adalah: ??? = ???. ??? dengan: ??? : diameter kincir, m ??? : tinggi sudu saat membuka maksimal, m sehingga persamaan (5) dapat disederhanakan menjadi: ??????= 0,6. ???. ???3 26 ??????= 0,6. ???. ???. ???3 Sebagai contoh diambil data dari table 4.1 no. 1 tanpa beban variatif (0). Daridata,kecepatanangin(???)sebesar6,76m/s,sedangkandiameter kinciryangdiuji(???)adalah0,7m,dantinggisudusaatmembukamaksimal(???) adalah 0,4 m. Maka dapat dihitung besarnya daya angin (??????) sebesar: ??????= 0,6. ???. ???. ???3 ??????= 0,6 . 0,7 . 0,4 . 6,763 ??????= 51,90 ??????

4.2.2 Perhitungan torsi Mengacupadapersamaan(6)yangdapatdilihatpadasubbab2.4.2.1, maka besarnya torsi dapat dirumuskan: ??? = ???. ??? yang dalam hal ini: ??? : torsi, Nm ??? : jarak lengan ke poros, m ??? : gaya pengimbang yang diukur tegak lurus, N diamana besarnya gaya pengimbang (???) sendiri sebesar: ??? = ???. ??? yang dalam hal ini: 27 ??? : massa pengimbang, kg ??? : percepatan gravitasi, m/s2 Maka persamaan (6) dapat disederhanakan menjadi: ??? = ???. ??? ??? = ???. ???. ??? Untukcontohperhitungandapatdiambildatadaritabel4.1no.1tanpa adanya beban variatif dari rangkaian lampu (0). Dari data, diperoleh besarnya massa pengimbang (???) 0,14 kg, sedangkan jaraklengankeporos(???)diukursaatpengujiansepanjang0,2m.jikapercepata gravitasi dianggap 9,81 m/s2, maka besarnya torsi adalah: ??? = ???. ???. ??? ??? = 0,2 . 0,14 . 9,81 ??? = 0,27 ?????? 4.2.3 Perhitungan daya kincir Daya kincir dihitung dengan persamaan (9) yang dibahas pada sub bab 2.4.2.2: ??????= ?????????30 yang dalam hal ini: ?????? : daya kincir, watt 28 ??? : besarnya torsi, Nm ??? : putaran poros, rpm Untukcontohperhitungandapatdiambildaritable4.1no.1tanpa pembebanan variatif rangkaian lampu (0). Daridata,didapatkanbahwapadakecepatanangin(???)6,76m/s didapatkanputaranporos(???)sebesar61,49rpm,sedangkanbesarnyatorsi(???) telahdiperhitungkanpadasubbab4.2.2sebesar0,27Nm,makabesarnyadaya poros: ??????= ?????????30 ??????= 0,27 . ??? . 61,4930 ??????= 1,74 ????????????s 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: ????????? = 2?????????60??? yang dalam hal ini: ??? : jari-jari kincir, m ??? : putaran poros tiap menit, rpm 29 ??? : kecepatan angin, m/s Untukcontohperhitungandiambildatadaritable4.1no.1tanpabeban variatif rangkaian lampu (0). Dari data, didapatkan putaran poros tiap menit (???) sebesar 61,49 rpm pada kecepatan angin (???) 6,76 m/s, sedangkan jari-jari kincir (???) sebesar 0.35 m. Maka besarnya tip speed ratio: ????????? = 2?????????60??? ????????? = 2???. 0,35 .61,4960 . 6,76 ????????? = 0,33 4.2.5 Perhitungan koefisen daya (??????) Koefisendaya(??????)dapatdihitungdenganpersamaan(11)yang pembahasannya terdapat pada sub bab 2.4.4. ?????? = ???????????? . 100% yang dalam hal ini: ?????? : koefisien daya, % ?????? : daya kincir, watt ?????? : daya angin, watt 30 Untukcontohperhitungandiambildatadaritable4.1no.1tanpa pembebanan variatif rangkaian lampu (0). Besarnya daya kincir (??????) didapatkan dari perhitungan pada sub bab 4.2.3 sebesar1,74watt.Sedangkanbesarnyadayaangin(??????)didapatkandari perhitunganpadasubbab4.2.1sebesar51,90.Makadidapatkankoefisendaya (??????) sebesar: ?????? = ???????????? . 100% ?????? = 1,7451,9. 100% ?????? = 3,35% 4.3 Hasil dan Pembahasan 4.3.1 Persamaan garis polynomial. Grafikhubungan??????dengantsruntukberbagaijeniskincirangindapatdilihat 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?????? da tsr untukkinciranginporosvertikal(savonius)merupakanfungsipersamaangaris polynomial pangkat dua, sehingga dapat didekati dengan persamaan: ??????= ???1 ?????????2 +???2 ????????? +???3(12) dimana: ?????? : Koefisien daya, % 31 ????????? : Tip speed ratio ???1, ???2, ???3 : konstanta SepertidalamPersamaan10yangdibahaspadasubbab2.4.3,tsr berbanding lurus dengan rpm, maka jika kincir tidak berputar, atau rpm = 0 (nol), makanilaidaritsrjugaakanmenjadi0(nol).Sedangkankoefisiendayasendiri adalahperbandinganantaradayakincir(??????)dengandayaangin(??????),dimana sepertiyangdibahaspadasubbab2.4.2.2,dayakincirjugaberbandinglurus denganputaranporos(???),makajikakincirtidakberputar,nilai??????=0(nol), dengan demikian Persamaan 12 dapat disederhanakan menjadi: ??????= ???1 ?????????2 +???2 ?????????(13) ???3 dianggap 0 (nol), karena jika tsr = 0 (nol) maka nilai dari ?????? = 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 (??????) adalah: ??????= ???????????? ??????=???. ???0,5 ??? ??? ???3 ??????=???. ???0,5 ??? ??? ???3 ??????= ??? ?????? 2 ??? ???60

0,5 ??? ??? ???3 ??????= 2 ??? ??????30 ??? ??? ?????? ???3 Jika???1 = 2 ??? ??????30 ??? maka koefisien daya (??????) dapat disederhanakan menjadi: ??????= ???1 ??? ?????? ???3 (14) Sedangkan tsr sendiri memiliki persamaan: ????????? = 2????????????60??? ????????? = ?????????30 ?????? 33 Jika ???2 = ?????????30 maka, persamaan tsr dapat disederhanakn menjadi: ????????? = ???2 ?????? (15) SehinggajikaPersamaan14danPersamaan15disubtitusikankedalam Persamaan 13, maka akan menjadi: ??????= ???1 ?????????2 +???2 ????????? ???1 ??? ?????? ???3 = ???1 ???2 ??????

2+???2 ???2 ?????? ???1 ??? ?????? ???3 = ???1 ???22 ???2???2 +???2 ???2 ?????? jika persamaan dibagi dengan n/v, maka???1 ?????? ???2 = ???1 ???22 ?????? +???2 ???2 sehingga menjadi, ??? ?????? ???3 = ???1 ???22???1 ???2???2 + ???2 ???2???1 ?????? (16) yang dalam hal ini: ??? : Gaya, N ??? : Putaran poros setiap menit, rpm 34 ??? : Massa jenis udara pada suhu tertentu, kg/m3 ??? : kecepatan angin, m/s ???1, ???2, ???1, ???2 : konstanta Dari hasil pengujian didapatkan, grafik F.n/(.v2) terhadap n/v sebagai berikut: 00.010.020.030.040.050.060 2 4 6 8 10 12F/(.v2)n/vF/(.v2)=-0,002(n/v)+0,05300.020.040.060.080.10.120 2 4 6 8 10 12F/(.v2)n/vF/(.v2)= -0,013(n/v)+0,163Gambar 4.2 Grafik perbandingan F.n/(.v2) terhadap n/v, untuk diameter kincir 70 cm Gambar 4.3 Grafik perbandingan F.n/(.v2) terhadap n/v, untuk diameter kincir 100 cm 35 Tabel 4.3. Perhitungan F/(xv2) dan n/v kincir angin diameter 70 cm. Va (m/s) m (gram) n (rpm) ???????????????n/v 6.7614061.490.039.10 6.5714061.130.039.30 6.614064.30.039.74 6.8414064.680.029.46 6.7814063.430.029.36 6.9214064.870.029.37 6.111046.950.027.70 6.111051.60.028.46 5.9711051.80.038.68 5.4610034.370.036.29 5.5110034.860.036.33 5.4110037.040.036.85 6.7618052.080.037.70 6.5718051.990.037.91 6.618051.370.037.78 6.8419054.490.037.97 6.7819055.750.038.22 6.9219054.950.037.94 6.115039.90.036.54 6.115039.450.036.47 5.9715040.070.036.71 5.4613025.750.044.72 5.5113027.640.045.02 5.4113027.160.045.02 6.7621049.530.047.33 6.5721047.060.047.16 6.621047.720.047.23 6.8420050.610.037.40 6.7820052.120.047.69 Va (m/s) m (gram) n (rpm) ???????????????n/v 6.9220050.850.037.35 6.118036.030.045.91 6.118035.160.045.76 5.9718034.580.045.79 5.4614019.130.043.50 5.5114018.930.043.44 5.4114018.20.043.36 6.7624042.870.046.34 6.5724042.910.056.53 6.624043.40.056.58 6.8423045.260.046.62 6.7823045.420.046.70 6.9223045.10.046.52 6.120030.240.044.96 6.120033.020.045.41 5.9720031.190.055.22 5.4615016.330.042.99 5.5115012.110.042.20 5.4115014.710.042.72 6.7627039.890.055.90 6.5727039.70.056.04 6.624039.260.055.95 6.8426042.360.056.19 6.7826041.010.056.05 6.9226042.030.046.07 6.122026.270.054.31 6.122026.20.054.30 5.9722025.410.054.26 5.461709.420.051.73 5.5117010.520.051.91 5.4117013.310.052.46 36 Tabel 4.4. Perhitungan F/(xv2) dan n/v kincir angin diameter 100 cm. Va (m/s) m (gram) n (rpm) ???????????????n/v 6.7116066.250.039.87 6.7416067.020.039.94 6.6816064.940.039.72 6.616062.120.039.41 6.5216060.130.039.22 6.6316061.990.039.35 5.9116051.240.048.67 5.8516049.480.048.46 5.8716051.640.048.80 5.616047.490.048.48 5.4816045.910.048.38 5.5216044.960.048.14 5.1915037.10.057.15 5.1115036.60.057.16 5.1115035.710.056.99 6.7123063.460.049.46 6.7423063.010.049.35 6.6823061.850.049.26 6.623056.410.048.55 6.52230570.048.74 6.6323058.20.048.78 5.9122045.470.057.69 5.8522043.510.057.44 5.8722046.420.057.91 5.622040.970.067.32 5.4822040.090.067.32 5.5222039.530.067.16 5.1921033.690.066.49 5.1121033.210.076.50 5.1121032.070.076.28 6.7128059.80.058.91 6.7428057.020.058.46 6.6828058.060.058.69 6.628053.90.058.17 6.5228053.160.058.15 6.6328052.930.057.98 5.9127042.260.067.15 Va (m/s) m (gram) n (rpm) ???????????????n/v 5.8527041.320.067.06 5.8727042.740.067.28 5.625039.230.077.01 5.4825037.630.076.87 5.5225037.640.076.82 5.1924031.40.076.05 5.1124031.320.086.13 5.1124031.520.086.17 6.7133053.750.068.01 6.7433054.670.068.11 6.6833056.350.068.44 6.633051.280.067.77 6.5233050.230.067.70 6.6333049.020.067.39 5.9131039.670.076.71 5.8531040.650.076.95 5.8731039.620.076.75 5.629035.910.086.41 5.4829036.140.086.59 5.5229037.060.086.71 5.1929029.920.095.76 5.1129028.430.095.56 5.1129029.270.095.73 6.7135052.840.067.87 6.74350520.067.72 6.6835051.190.067.66 6.637047.620.077.22 6.5237048.840.077.49 6.6337049.860.077.52 5.9134037.680.086.38 5.8534038.20.086.53 5.8734037.550.086.40 5.631034.40.086.14 5.4831034.380.086.27 5.5231033.310.086.03 5.1931028.520.095.50 5.1131028.390.105.56 5.1131026.960.105.28 37 Dari Gambar 4.2 didapatkan persamaan untuk kincir dengan diameter 70 cm: ??? ?????? ???3 = 0,002 ???2???2 +0,053 ?????? Sehingga harga ???1 untuk kincir dengan diameter 70 cm dapat dicari dengan cara: ???1 ???22???1= 0,002 ???1 = 0,002 ???1???22 ???1 = 0,002 2 ??? ??????30 ???

??? ??????30 2 ???1 = 0,002 60 ????????? ??????2 ??? ???1 = 0,002 60 0,2??? 0.352 0,7 0,4 ???1 = 0,223 Sedangkan harga ???2 untuk kincir dengan diameter 70 cm dicari dengan cara: ???2 ???2???1= 0,053 ???2 = 0,053 ???1???2 ???2 =0,053 2 ??? ??????30 ?????? ??????30 38 ???2 = 0,053 2 ???????????? ??? ???2 =0,053 2 0,20,35 0,7 0,4 ???2 = 0,216 Jikaharga???1dan???2disubtitusikankePersamaan13,makadiperoleh persamaangarispolynomialperbadingan??????terhadaptsruntukkincirdengan diameter 70 cm sebagai berikut: ??????= 0,223 ?????????2 +0,216 ?????????(17) SedangkandariGambar4.3.didapatkanpersamaanuntukkincirdengan diameter 100 cm: ??? ?????? ???3 = 0,013 ???2???2 +0,163 ?????? Sehingga harga ???1 untuk kincir dengan diameter 100 cm dapat dicari dengan cara: ???1 ???22???1= 0,013 ???1 = 0,013 ???1???22 ???1 = 0,013 2 ??? ??????30 ???

??? ??????30 2 ???1 = 0,013 60 ????????? ??????2 ??? 39 ???1 = 0,013 60 0,2??? 0.52 1,0 0,4 ???1 = 0,497 Sedangkan harga ???2 untuk kincir dengan diameter 100 cm dicari dengan cara: ???2 ???2???1= 0,163 ???2 = 0,163 ???1???2 ???2 =0,163 2 ??? ??????30 ?????? ??????30 ???2 = 0,163 2 ???????????? ??? ???2 = 0,163 2 0,20,5 1,0 0,4 ???2 = 0,326 Jikaharga???1dan???2disubtitusikankePersamaan13,makadiperoleh persamaangarispolynomialperbadingan??????terhadaptsruntukkincirdengan diameter 70 cm sebagai berikut: ??????= 0,497 ?????????2 +0,326 ?????????(18) 4.3.2 Grafik hubungan antara Cp terhadap tsr DenganPersamaan17danPersamaan18,makadiperolehgrafikperbandingan antara ?????? terhadap tsr yag dapat dilihat pada Gambar 4.4. 40 DariGambar4.4,koefisiendayatertinggisebesar5,34%diperolehdarikincir 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: ??????= 0,223 ?????????2 +0,216 ????????? ????????????= 0,223 ?????????2 +0,216 ????????? ??? ?????????= 0,223 ?????????2 +0,216 ????????? ??? = 0,223 ????????? ?????????2 +0,216 ????????? ????????? (19) 01234560 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8koefisien daya (%)tsrdiameter kincir 70 cm diameter kincir 100 cmGambar 4.4.Grafik hubungan antara Cp terhadap tsr untuk 2 model kincir 41 Sedangkanpersamaanpolynomialhubunganantaratorsidengandaya kincir untuk kincir dengan diameter 100 dapat dicari menggunakan Persamaan 18, dengan cara: ??????= 0,497 ?????????2 +0,326 ????????? ????????????= 0,497 ?????????2 +0,326 ????????? ??? ?????????= 0,497 ?????????2 +0,326 ????????? ??? = 0,497 ????????? ?????????2 +0,326 ????????? ????????? (20) DenganPersamaan19,didapatkangrafikhubunganantaraputaranporos, torsi dan daya kincir untuk diameter kincir 70 cm, yang dapat dilihat pada Gambar 4.5. DenganPersamaan20,didapatkangrafikhubunganantaraputaranporos, torsidandayakinciruntukdiameterkincir100cm,yangdapatdilihatpada Gambar 4.6. 42 4.4 Pembahasan Padatugasakhirinitelahdiketahuibahwacarakerjakinciranginmodel iniadalahdengansuduyangmembukadanmenutupsecaraotomatiskarena adanyatiupanangin.Saatposisisuduterbuka,itulahsuduyangmenerimaangin 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 dansecaraotomatissuduyangseporosakanmenutup,halinimemungkinkan untuk meminimalkan rugi-rugi gesekan yang terjadi karena melawan arah angin. Padaprinsipkerjanya,tiupananginakanmemutarkinciranginsehingga 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 kecilatausebesar3,79wattpadakecepatanangin6,71m/smenggunakankincir dengandiameter100cm.Sedangkankoefisiendayaterbesarnyadiperolehpada putaranporos28,39rpmdankecepatanangin5,11m/sdidapatkansebesar5,64 %.pada kincir dengan diameter 100 cm dengan tsr sebesar 0,29. Kecilnyadayakincirdisebabkanolehbeberapahal,diantaranyakontur kinciryangkurangaerodinamismenyebabkanmasihbesarnyagayadragyang ditimbulkan saat salah satu sudu dalam posisi menentang arah angin. Kesentrisan poros,baikporosutamamaupunporossudujugamempengaruhikinerjakincir. Beratkinciranginmodel8kg,mempengaruhiefisiensikincirmodel,pemilihan material yang lebih ringan memungkinkan untuk menambah efisiensi kincir angin. Putaranporosyangterukurjugarelatifkecilantara9,42rpmhingga67,02rpm. Darihasilpenelitiandapatdiketahui,bahwasemakinbesardiameterkincir maka kinerja kincir juga akan menjadi semakin baik. 44 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Daripengujianmodelkinciranginyangtelahdilakukan, makadapatdiambil beberapa kesimpulan: 1.Koefisien daya tertinggi untuk kincir angin dengan diameter 70 cm sebesar 5,23 % didapatkan pada saat tsr 0,5. 2.Koefisiendayatertinggiuntukkincirangindengandiameter100cm sebesar 5,34 % didapatkan pada saat tsr 0,32. 3.Dayakincirtertinggiuntukkincirangindengandiameter70cmsebesar 2,81 watt didapatkan saat kecepatan angin 6,84 m/s pada torsi sebesar 0,3 Nm dan putaran poros 90 rpm. 4.Dayakincirtertinggiuntukkincirangindengandiameter100cmsebesar 3,87 watt didapatkan saat kecepatan angin 6,71 m/s pada torsi sebesar 1,85 Nm dan putaran poros 20 rpm. 5.Semakinbesardiameterdarikincir anginmakasemakinbesar 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.,WindEnergy Handbook, Wiley : New York, 2001 Irwin,J.David.,MechanicalEngineersHandbook,AuburnUniversty:Auburn, Alabama, 2001 Arifudin,Momon.,ModelKincirAnginPorosVertikalDenganEmpatSudu DatarEmpatRuangyangDapatMembentangdanMengatupSecaraOtomatis, 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/(xv2) terhadap n/v kincir model dengan diameter 70 cm. Va (m/s) m (gram) n (rpm) F (N) ???????????????n/v 6.7614061.491.37340.025059.09615 6.5714061.131.37340.026519.30441 6.614064.31.37340.026279.74242 6.8414064.681.37340.024469.45614 6.7814063.431.37340.02499.35546 6.9214064.871.37340.02399.37428 6.111046.951.07910.024177.69672 6.111051.61.07910.024178.45902 5.9711051.81.07910.025238.67672 5.4610034.370.9810.027426.29487 5.5110034.860.9810.026936.32668 5.4110037.040.9810.027936.84658 6.7618052.081.76580.03227.70414 6.5718051.991.76580.034097.91324 6.618051.371.76580.033787.78333 6.8419054.491.86390.03327.96637 6.7819055.751.86390.033798.22271 6.9219054.951.86390.032447.94075 6.115039.91.47150.032956.54098 6.115039.451.47150.032956.46721 5.9715040.071.47150.034416.71189 5.4613025.751.27530.035654.71612 5.5113027.641.27530.0355.01633 5.4113027.161.27530.036315.02033 6.7621049.532.06010.037577.32692 6.5721047.062.06010.039777.16286 6.621047.722.06010.039417.2303 6.8420050.611.9620.034957.39912 6.7820052.121.9620.035577.68732 6.9220050.851.9620.034147.34827 6.118036.031.76580.039555.90656 6.118035.161.76580.039555.76393 5.9718034.581.76580.041295.79229 5.4614019.131.37340.038393.50366 5.5114018.931.37340.03773.43557 5.4114018.21.37340.03913.36414 6.7624042.872.35440.042936.34172 49 (lanjutan) Tabel L1. Data perhitungan hubungan F/(xv2) terhadap n/v kincir model dengan diameter 70 cm. Va (m/s) m (gram) n (rpm) F (N) ???????????????n/v 6.5724042.912.35440.045456.5312 6.624043.42.35440.045046.57576 6.8423045.262.25630.040196.61696 6.7823045.422.25630.04096.69912 6.9223045.12.25630.039266.51734 6.120030.241.9620.043944.95738 6.120033.021.9620.043945.41311 5.9720031.191.9620.045875.22446 5.4615016.331.47150.041132.99084 5.5115012.111.47150.040392.19782 5.4115014.711.47150.04192.71904 6.7627039.892.64870.04835.90089 6.5727039.72.64870.051146.04262 6.624039.262.35440.045045.94848 6.8426042.362.55060.045436.19298 6.7826041.012.55060.046246.04867 6.9226042.032.55060.044396.0737 6.122026.272.15820.048334.30656 6.122026.22.15820.048334.29508 5.9722025.412.15820.050464.25628 5.461709.421.66770.046621.72527 5.5117010.521.66770.045781.90926 5.4117013.311.66770.047482.46026 50 Tabel L2. Data perhitungan hubungan F/(xv2) terhadap n/v kincir model dengan diameter 100 cm. Va (m/s) m (gram) n (rpm) F (N) ???????????????n/v 6.7116066.251.56960.029059.87332 6.7416067.021.56960.028799.94362 6.6816064.941.56960.029319.72156 6.616062.121.56960.030039.41212 6.5216060.131.56960.030779.22239 6.6316061.991.56960.029769.34992 5.9116051.241.56960.037458.67005 5.8516049.481.56960.038228.45812 5.8716051.641.56960.037968.79727 5.616047.491.56960.041718.48036 5.4816045.911.56960.043568.37774 5.5216044.961.56960.042938.14493 5.1915037.11.47150.045527.14836 5.1115036.61.47150.046967.16243 5.1115035.711.47150.046966.98826 6.7123063.462.25630.041769.45753 6.7423063.012.25630.041399.34866 6.6823061.852.25630.042149.25898 6.623056.412.25630.043168.54697 6.52230572.25630.044238.74233 6.6323058.22.25630.042778.77828 5.9122045.472.15820.051497.69374 5.8522043.512.15820.052557.43761 5.8722046.422.15820.05227.90801 5.622040.972.15820.057357.31607 5.4822040.092.15820.059897.31569 5.5222039.532.15820.059027.16123 5.1921033.692.06010.063736.49133 5.1121033.212.06010.065756.49902 5.1121032.072.06010.065756.27593 6.7128059.82.74680.050848.91207 6.7428057.022.74680.050398.45994 6.6828058.062.74680.05138.69162 6.628053.92.74680.052558.16667 6.5228053.162.74680.053858.15337 6.6328052.932.74680.052077.98341 5.9127042.262.64870.063197.15059 51 (lanjutan) Tabel L2. Data perhitungan hubungan F/(xv2) terhadap n/v kincir model dengan diameter 100 cm. Va (m/s) m (gram) n (rpm) F (N) ???????????????n/v 5.8527041.322.64870.06457.06325 5.8727042.742.64870.064067.28109 5.625039.232.45250.065177.00536 5.4825037.632.45250.068066.86679 5.5225037.642.45250.067076.81884 5.1924031.42.35440.072846.0501 5.1124031.322.35440.075146.12916 5.1124031.522.35440.075146.1683 6.7133053.753.23730.059928.01043 6.7433054.673.23730.059398.11128 6.6833056.353.23730.060468.43563 6.633051.283.23730.061937.7697 6.5233050.233.23730.063467.70399 6.6333049.023.23730.061377.39367 5.9131039.673.04110.072566.71235 5.8531040.653.04110.074056.94872 5.8731039.623.04110.073556.74957 5.629035.912.84490.07566.4125 5.4829036.142.84490.078956.59489 5.5229037.062.84490.077816.71377 5.1929029.922.84490.088015.76493 5.1129028.432.84490.090795.5636 5.1129029.272.84490.090795.72798 6.7135052.843.43350.063557.87481 6.74350523.43350.062987.71513 6.6835051.193.43350.064127.66317 6.637047.623.62970.069447.21515 6.5237048.843.62970.071157.4908 6.6337049.863.62970.068817.52036 5.9134037.683.33540.079586.37563 5.8534038.23.33540.081226.52991 5.8734037.553.33540.080676.39693 5.631034.43.04110.080816.14286 5.4831034.383.04110.084396.27372 5.5231033.313.04110.083176.03442 5.1931028.523.04110.094085.49518 5.1131028.393.04110.097055.55577 5.1131026.963.04110.097055.27593 52 Tabel L3. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 70 cm, saat kecepatan angin 6,84 m/s. ntsrT?????? 100.053561.046670.561360.58756 150.080341.570.544930.85554 200.107122.093330.52851.10633 250.133892.616670.512071.33993 300.160673.140.495651.55633 350.187453.663330.479221.75554 400.214234.186670.462791.93755 450.241014.710.446362.10237 500.267795.233330.429932.24999 550.294575.756670.413512.38042 600.321356.280.397082.49365 650.348126.803330.380652.58969 700.37497.326670.364222.66854 750.401687.850.347792.73019 800.428468.373330.331372.77464 850.455248.896670.314942.8019 900.482029.420.298512.81197 950.50889.943330.282082.80484 1000.5355810.46670.265652.78052 1050.5623510.990.249232.739 1100.5891311.51330.23282.68029 1150.6159112.03670.216372.60438 1200.6426912.560.199942.51128 1250.6694713.08330.183512.40098 1300.6962513.60670.167092.27349 1350.7230314.130.150662.1288 53 Tabel L4. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 70 cm, saat kecepatan angin 6,64 m/s. ntsrT?????? 100.055171.046670.528080.55272 150.082761.570.512130.80404 200.110342.093330.496181.03868 250.137932.616670.480231.25661 300.165513.140.464291.45786 350.19313.663330.448341.64242 400.220684.186670.432391.81028 450.248274.710.416441.96145 500.275855.233330.40052.09593 550.303445.756670.384552.21372 600.331026.280.36862.31482 650.358616.803330.352652.39922 700.386197.326670.336712.46693 750.413787.850.320762.51795 800.441378.373330.304812.55228 850.468958.896670.288862.56992 900.496549.420.272922.57086 950.524129.943330.256972.55512 1000.5517110.46670.241022.52268 1050.5792910.990.225072.47355 1100.6068811.51330.209122.40772 1150.6344612.03670.193182.32521 1200.6620512.560.177232.226 1250.6896313.08330.161282.11011 1300.7172213.60670.145331.97752 1350.744814.130.129391.82823 54 Tabel L5. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 70 cm, saat kecepatan angin 6,06 m/s. ntsrT?????? 100.0604511.0466670.437310.457718 150.0906771.570.4227550.663726 200.1209022.0933330.4082010.8545 250.1511282.6166670.3936461.03004 300.1813533.140.3790911.190347 350.2115793.6633330.3645371.335419 400.2418044.1866670.3499821.465258 450.272034.710.3354271.579863 500.3022555.2333330.3208731.679234 550.3324815.7566670.3063181.763371 600.3627066.280.2917641.832275 650.3929326.8033330.2772091.885944 700.4231577.3266670.2626541.92438 750.4533837.850.24811.947582 800.4836088.3733330.2335451.95555 850.5138348.8966670.218991.948284 900.5440599.420.2044361.925784 950.5742859.9433330.1898811.888051 1000.6045110.466670.1753261.835083 1050.63473610.990.1607721.766882 1100.66496111.513330.1462171.683447 1150.69518712.036670.1316631.584778 1200.72541312.560.1171081.470875 1250.75563813.083330.1025531.341739 1300.78586413.606670.0879991.197368 1350.81608914.130.0734441.037764 55 Tabel L6. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 70 cm, saat kecepatan angin 5,46 m/s. ntsrT?????? 100.0670941.0466670.3524040.36885 150.1006411.570.339290.532686 200.1341882.0933330.3261770.682797 250.1677352.6166670.3130630.819182 300.2012823.140.299950.941842 350.2348293.6633330.2868361.050776 400.2683764.1866670.2737231.145985 450.3019234.710.2606091.227468 500.335475.2333330.2474951.295226 550.3690175.7566670.2343821.349258 600.4025646.280.2212681.389564 650.4361116.8033330.2081551.416145 700.4696587.3266670.1950411.429001 750.5032057.850.1819271.428131 800.5367528.3733330.1688141.413535 850.5702998.8966670.15571.385214 900.6038469.420.1425871.343167 950.6373939.9433330.1294731.287395 1000.6709410.466670.116361.217897 1050.70448710.990.1032461.134673 1100.73803411.513330.0901321.037724 1150.77158112.036670.0770190.92705 1200.80512812.560.0639050.80265 1250.83867513.083330.0507920.664524 1300.87222213.606670.0376780.512673 1350.90576914.130.0245650.347096 56 Tabel L7. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat kecepatan angin 6,71 m/s. ntsrT?????? 50.077990.523333.103991.62442 100.155991.046672.68532.81062 150.233981.572.266613.55858 200.311972.093331.847923.86831 250.389972.616671.429233.73982 300.467963.141.010543.17309 350.545953.663330.591852.16814 400.623944.186670.173160.72495 Tabel L8. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat kecepatan angin 6,58 m/s. ntsrT?????? 50.079530.523332.976931.55793 100.159071.046672.566352.68611 150.23861.572.155773.38456 200.318142.093331.745193.65327 250.397672.616671.334613.49224 300.47723.140.924032.90147 350.556743.663330.513451.88096 400.636274.186670.102880.43071 Tabel L9. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat kecepatan angin 5,88 m/s. ntsrT?????? 50.0890020.5233332.33821.223658 100.1780051.0466671.97132.063294 150.2670071.571.6043992.518906 200.3560092.0933331.2374982.590496 250.4450112.6166670.8705982.278063 300.5340143.140.5036971.581608 350.6230163.6633330.1367960.50113 57 Tabel L10. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat kecepatan angin 5,53 m/s. ntsrT?????? 50.0946350.5233332.0475881.071571 100.1892711.0466671.7025271.781978 150.2839061.571.3574652.131221 200.3785412.0933331.0124042.119299 250.4731772.6166670.6673431.746213 300.5678123.140.3222811.011963 Tabel L11. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat kecepatan angin 5,14 m/s. ntsrT?????? 50.1018160.5233331.7463430.91392 100.2036321.0466671.4256171.492146 150.3054471.571.1048911.734679 200.4072632.0933330.7841651.641519 250.5090792.6166670.4634391.212665 300.6108953.140.1427130.448118 58

GAMBAR KERJA 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 UJIAN PENDADARAN TUGAS AKHIR I SKRIPSI TANGGAL : 11Februari 2011 Nama Mahasiswa STEFANUS ANDRYANTO EKO PRABOWO NIM 095214071 Judull topik Unjuk kerja model kincir anginporos vertikaldengan empat sudu yang dapat membuka danmenutup seacara otomatis dengan variasi diameter Pembimbing1Ir. Rines,M.T. Pembimbing 2. USULANREVISIDARIDOSENPENGUJI 1.1lembar untuk mahasiswa 2.1lembar untuk dosen pembimbing line "1 . IAtvURd 7 sviutMcJlCUAfaNJ 10vlufM tA< 1c'\:;ACpochzU.2vt- M1:elGJ4I