PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI - core.ac.uk · PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAI{ AKADEMIS ... satu pemanfaatan angin adalah dengan menggunakan turbin angin atau

i

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI-BLADE

BERBAHAN ALUMINIUM DUA BELAS SUDU DENGAN TIGA VARIASI

PITCH ANGLE

Tugas Akhir

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat

Memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin

Disusun oleh :

DIMAS CITRA MANGGALA YUDA

115214031

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2015

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE PERFORMANCE OF ALUMINUM TWELVE BLADES AMERICAN

MULTI-BLADE WINDMILL WITH THREE VARIATIONS OF PITCH

ANGLE

Final Project

Presented as partitial fulfilment of the requirement

as to obtain the Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

by :

DIMAS CITRA MANGGALA YUDA

115214031

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2015


LEMBAR PERSETUJUAN

TJNIUK KERIA MODEL KINCIR ANGINIi,flRICI}T MULTI.BTITDE

BERBAI{AN ALUMINIUM DUA BELAS SUDU DENGAN TIGA VARIASI

PITCH ANGLE

TelahDise,fi{ui Oleh

iii


UNJUT( KERIA MODEL KINCIR ANGINI MERTCAN ML.TLTI.BI-'TDEBERBAHAN ALUMINIT}M DUA BELAS SUDU I}TNGAFI TIGA YARIASI

PITCII ANGLE

Dpersiapkan dan disusun oleh :

Nama : Dimas Citra Manggala Yuda

NIM : 115214031

Ketua

Sekretaris

Anggota

Yogyakarta, 1 1 Juni 201 5

Fakultas Sains dan TeknologiUniversitas Sanata Dharma

Yogyakarta

lv

PrimaRosa, S.Si,M-


PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam

penulisan Tugas Akhir dengan judul :

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGII{ AMERICAN MULTI-BLADE


PITCH ANGLE

Yang dibuat untuk melengkapi persyaratar yang wajib ditempuh uutuk

menjadi Sarjana Teknik pada program Strata-1, Program studi Teknik Mesin.

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Sejauh

yang saya ketahui bukan merupakan tiruan dari Tugas Akhir yang sudah

dipublikasikan di perguruan tinggi manapun. Kecuali bagian informasi yang

dicantumkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 11 Juni 2015

Penulis

YudaDimas Ci Manggala


LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAI{ AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :

Nama

Nomor Mahasiswa

: Dimas Citra Manggala Yuda

:115214031

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang beriudul :

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN AMERICAN MULTI-BLADE


PITCH ANGLE

beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan

kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, ffie-

ngalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data,

mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Intemet atau media

lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun

memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai

penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di Yogyakarta

Padatanggal : 11 Juni 2015

Yang menyatakan

v1

itra Manggala Yuda


vii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Masa Esa yang telah melimpahkan

rahmat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini.

Tujuan penyusunan Tugas Akhir ini adalah sebagai persyaratan untuk dapat

menyelesaikan jenjang pendidikan S-1 pada program studi Teknik Mesin

Universitas Sanata Dharma.

Dalam laporan Tugas Akhir ini akan membahas mengenai unjuk kerja

model kincir angin American multi-blade. Dalam kesempatan ini penulis

menyampaikan ucapan terimakasih kepada :

1. Ibu Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si, M.Sc selaku Dekan

Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Bapak Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T, selaku ketua program studi

Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma

3. Bapak Ir. Rines, M.T, selaku dosen pembimbing Tugas Akhir ini

4. Bapak Budi Setyahandana, S.T, M.T, selaku dosen pembimbing

akademik

5. Ibu Yoke Sulistiani dan Devi Alcitra Candra, S.T, M.T, selaku orang

tua dan saudara yang telah mendukung dalam perjalanan studi hingga

terselesaikannya penulisan Tugas Akhir ini

6. Seluruh karyawan dan staf Universitas Sanata Dharma yang telah

memberikan pengalaman dan ilmu untuk kelancaran pembuatan

laporan tugas akhir.


7. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2011 yang telah memberi

dukungan dan masukan dalam penulisan Tugas Akhir ini.

8. Serta pihak-pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu, yang telah

membantu dalam pembuatan laporan tugas akhir.

Penulis menyadari akan keterbatasan dalam ilmu pengetahuan dan

pengalaman sehingga saran, kritik, sefia masukan yang membangun demi

kesempurnaan laporan ini. Akhir kata, semoga laporan Tugas Akhir ini dapat

bermanfaat bagi pembaca.

Yogyakarta, 11 Juni 2015

Dimas Citra Manggala Yuda

vlll


ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................. i

TITLE PAGE ............................................................................................................. ii

LEMBAR PERSETUJUAN ...................................................................................... iii

LEMBAR PERNYATAAN ....................................................................................... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI .................................... vi

KATA PENGANTAR ............................................................................................... vii

DAFTAR ISI .............................................................................................................. ix

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................. xi

DAFTAR TABEL ...................................................................................................... xiii

INTISARI .................................................................................................................. xiv

BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................... 1

1.1. Latar Belakang Masalah .......................................................................... 1

1.2. Rumusan Masalah .................................................................................. 3

1.3. Tujuan Penelitian ................................................................................... 3

1.4. Manfaat Penelitian ................................................................................. 4

1.5. Batasan Masalah...................................................................................... 4

BAB II DASAR TEORI ............................................................................................ 6

2.1 Konsep Dasar Angin ................................................................................ 6

2.2 Konsep Dasar Kincir Angin ..................................................................... 7

2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal .................................................... 7

2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal ........................................................ 10

2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap TSR………….………………...13

2.4 Rumus Perhitungan……………………………………………………..14

2.4.1 Energi Angin ................................................................................ 14

2.4.2 Perhitungan Torsi dan Daya ........................................................ 15

2.4.3 Perhitungan Torsi ........................................................................ 15


x

2.4.4 Perhitungan Daya Kincir ............................................................. 16

2.4.5 Tip Speed Ratio............................................................................ 17

2.4.6 Koefisien Daya (Cp) .................................................................... 18

BABIII METODE PENELITIAN ............................................................................. 19

3.1 Metode Penelitian .................................................................................... 19

3.2 Alat dan Bahan ......................................................................................... 20

3.3 Peralatan Pengujian .................................................................................. 20

3.4 Variabel yang Diukur ............................................................................... 22

3.5 Variabel yang Dihitung ............................................................................ 22

3.6 Prosedur Penelitian .................................................................................. 23

3.7 Flow Chart ............................................................................................... 26

BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN .................................................................... 27

4.1 Data Pengujian ......................................................................................... 27

4.2 Proses Pengolahan Data ........................................................................... 30

4.2.1 Perhitungan Daya Angin ................................................................. 31

4.2.2 Perhitungan Daya Kincir ................................................................. 32

4.2.3 Tip Speed Ratio ............................................................................... 32

4.2.4 Koefisien Daya Kincir (Cp) ............................................................. 33

4.3 Data Hasil Perhiungan ............................................................................ 33

4.5 Grafik Data Pengujian ............................................................................. 37

BAB V PENUTUP .................................................................................................... 49

5.1 Kesimpulan ............................................................................................... 49

5.2 Saran ......................................................................................................... 49

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ 51


xi

DAFTAR GAMBAR

hal

1. Gambar 2.1 Jenis-jenis kincir poros horisontal 7

2. Gambar 2.2 Kincir angin Propeler 8

3. Gambar 2.3 Kincir angin American multi-blade 9

4. Gambar 2.4 Kincir angin Propeler Dutch Four Arms 9

5. Gambar 2.5 Jenis-jenis kincir poros vertikal 11

6. Gambar 2.6 Kincir angin Savonius 12

7. Gambar 2.7 Kincir angin Darrieus 12

8. Gambar 2.8 Grafik hubungan antara Cp dan TSR untuk beberapa

jenis kincir 13

9. Gambar 3.1 Skema alat pengujian kincir 22

10. Gambar 3.2 Gambar sudu kincir American multi-blade 24

11. Gambar 3.3 Gambar kincir American multi-blade 12 sudu 24

12. Gambar 3.4 Diagram alur proses penelitian 26

13. Gambar 4.8 Grafik hubungan antara torsi dan putaran poros

pada kincir pitch angle 10o dengan kecepatan angin

rata-rata 9,37 m/s 37

14. Gambar 4.9 Grafik hubungan antara torsi dan daya output



15. Gambar 4.10 Grafik hubungan antara Cp dan TSR pada kincir

pitch angle 10o 39

16. Gambar 4.11 Grafik hubungan antara torsi dan putaran

poros pada kincir pitch angle 20o dengan kecepatan angin


xii


17. Gambar 4.12 Grafik hubungan antara torsi dan daya output



18. Gambar 4.13 Grafik hubungan antara Cp dan TSR pada kincir

pitch angle 20o 43

19. Gambar 4.14 Grafik hubungan antara torsi dan putaran

poros pada kincir pitch angle 30o dengan kecepatan angin


20. Gambar 4.15 Grafik hubungan antara torsi dan daya

output pada kincir pitch angle 30o dengan kecepatan angin


21. Gambar 4.16 Grafik hubungan antara Cp dan TSR

pada kincir pitch angle 30o 46

22. Gambar 4.17 Grafik gabungan hubungan antara Cp

dan TSR pada kincir 12 sudu 47


xiii

DAFTAR TABEL

hal

1. Table 4.1 Tabel hasil pengambilan data pengujian

dengan variasi pitch angle 10o 27





4. Tabel 4.4 Tabel data pendukung perhitungan 30

5. Tabel 4.5 Tabel hasil pengolahan data pengujian


6. Tabel 4.6 Tabel hasil pengolahan data pengujian

dengan variasi pitch angle 20o

35

7. Tabel 4.7. Tabel hasil pengolahan data pengujian



xiv

INTISARI

Pemanfaatan sumber daya alam dapat digunakan untuk meminimalis

masalah yang muncul dari meningkatnya kebutuhan akan energi. Salah satu

sumber daya alam yang murah dan efektif untuk digunakan adalah angin. Salah

satu pemanfaatan angin adalah dengan menggunakan turbin angin atau kincir

angin untuk pembangkit listrik dan penggerak mekanisme. Penelitian ini ditujukan

untuk mendapatkan nilai koefisiensi daya (Cp) maksimal dan tip speed ratio

(TSR) optimal kaitannya untuk 3 model kincir angin American multi-blade.

Proses pengujian yang dilakukan menggunakan model kincir angin

American multi-blade dengan 3 variasi pitch angle dan dipilih variasi manakah

yang memiliki nilai Cp dan TSR yang paling baik. Kincir angin American multi-

blade yang digunakan berbahan aluminium dengan 12 sudu dan diameternya 80

cm. Variasi pitch angle yang digunakan adalah 10o, 20

o, dan 30

o. Kincir angin

yang dibuat diujikan di dalam wind tunnel yang didukung dengan alat ukur

kecepatan angin, alat ukur putaran poros, neraca pegas, dan mekanisme

pengereman. Tiap data yang diperoleh dicatat dan diolah hingga mendapatkan

nilai Cp maksimal dan TSR optimal kaitannya dari tiap variasi pitch angle.

Dari perhitungan yang dilakukan, pada kincir angin dengan variasi pitch

angle 10o memiliki nilai Cp maksimum 0,057 atau 5,7% dan TSR optimal

kaitannya 0,91. Pada kincir angin dengan variasi pitch angle 20o memiliki nilai Cp

maksimumnya adalah 0,166 atau 16,6% dan TSR optimalnya pada 1,05. Dan pada

kincir angin dengan variasi pitch angle 30o memiliki nilai Cp maksimum 0,14 atau

13,8% dan TSR optimal kaitannya 0,72. Dari ketiga nilai Cp maksimal dan TSR

optimal kaitannya dapat disimpulkan bahwa kincir angin American multi-blade

yang paling baik adalah kincir dengan variasi pitch angle 20o.

Kata kunci : Koefisien daya, tip speed ratio, torsi, American multi-blade


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Indonesia sebagai negara kepulauan yang 2/3 wilayahnya meliputi lautan

sehingga memiliki panjang garis pantai ±80.791,42 km. Oleh karena itu Indonesia

merupakan wilayah potensial untuk pengembangan pembangkit listrik tenaga

angin. Angin merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang dapat

diperbarui (renewable energy) dan dapat dimanfaatkan menjadi energi mekanik

atau energi listrik melalui Sistem Konversi Energi Angin (SKEA).

Pemanfaatan angin menjadi sumber energi telah dilakukan sejak abad ke-17 oleh

para petani di beberapa negara Eropa seperti Belanda, Denmark dan negara-

negara Eropa lainnya untuk memenuhi kebutuhan para petani dalam

melakukan kegiatan pertanian, seperti penggilingan padi dan irigasi.

Pemanfaatan energi angin merupakan pemanfaatan energi terbarukan paling

berkembang sekarang. Berdasarkan data dari WWEA (World Wind Energy

Association) sampai dengan tahun 2007 perkiraan energi listrik dihasilkan oleh

turbin angin mencapai 93.85 gigawatts (GW), mampu menghasilkan lebih dari

1% dari total kelistrikan secara global. Amerika Serikat, Spanyol dan China

merupakan negara-negara terdepan dalam pemanfaatan energi angin baik

secara teknologi maupun ilmu pengetahuan.

Saat ini pemanfaatan akan potensi energi angin tersebut belum optimal. Di


2

tengah potensi angin melimpah di kawasan pesisir Indonesia, Indonesia hanya

baru memiliki total kapasitas terpasang dalam sistem konversi energi angin saat

ini kurang dari 800 kilowatt (kW). Di seluruh Indonesia, baru terdapat lima unit

kincir angin pembangkit listrik berkapasitas masing-masing 80 kilowatt yang

sudah dibangun. Tahun 2007, tujuh unit dengan kapasitas sama menyusul

dibangun di empat lokasi, masing-masing di Pulau Selayar tiga unit, Sulawesi

Utara dua unit, dan Nusa Penida, Bali, serta Bangka Belitung, masing-

masing satu unit. Merujuk pada kebijakan energi nasional, maka Pembangkit

Listrik Tenaga Angin (PLTA) ditargetkan mencapai 250 megawatt (MW) pada

tahun 2025.

Salah satu pemanfaatan angin untuk pembangkit listrik adalah dengan

menggunakan turbin angin atau kincir angin. Ada beberapa macam kincir yang

sering dipakai di industri, misal aincir angin Propeler, American multi-blade, dan

Savonius. Dalam pengujian yang akan saya ambil sebagai bahan Skripsi atau

Tugas Akhir ini, saya akan mengambil sampel kincir angin American multi-blade.

Kincir angin model ini salah satu kincir yang mudah berputar dengan kecepatan

angin yang rendah, oleh sebab itu saya mengambil kincir angin model American

multi-blade sebagai bahan pengujian saya kali ini. Kincir angin ini dapat

ditingkatkan efisiensinya untuk mendapat daya keluaran yang maksimal serta

nilai Cp dan TSR nya. Salah satunya mungkin dengan pengunaan sudu

berjumlah banyak. Sudu yang dipakai berjumlah 8, 10, 12 atau lebih sesuai

ketentuan jumlah sudu pada jenis kincir angin American multi-blade yang

menggunakan sudu yang banyak dan rapat. Namun, pada pengujian kali ini saya


3

akan menggunakan kincir angin American multi-blade dengan jumlah sudu 12 dan

variasi sudut atau pitch angle 10o, 20

o, dan 30

o. Kincir yang akan saya buat ini

dengan bahan dasar plat aluminium sebagai sudunya dan tutup pipa paralon

sebagai hubnya.

Tulisan ini bertujuan sebagai kajian awal mengenai cara meningkatkan

efisensi turbin angin melalui variasi sudutnya demi pemanfaatannya untuk

kehidupan sehari-hari dan keperluan industri.

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian latar belakang di atas, maka masalah–masalah yang ingin

diteliti dalam Tugas Akhir ini adalah pemanfaatan energi angin untuk memenuhi

kebutuhan sehari-hari baik bagi masyarakat, industri, ataupun edukasi.

Angin merupakan energi yang dapat diperoleh di daerah manapun , gratis,

dan memiliki kecepatan yang dapat menggerakan sebuah kincir angin pembangkit

listrik atau penggerak mekanisme yang efektif, efisien, dan optimal.

Perancangan kincir yang memperhatikan aspek desain dan bahan baku

pembuatan, dengan bantuan generator akan mampu menghasilkan listrik, sehingga

dapat menghasilkan efisiensi yang tinggi. Bisa juga digunakan sebagai penggerak

mekanisme seperti pompa tanpa bantuan listrik dari luar ataupun generator.

1.3. Tujuan Penelitian

Adapun beberapa tujuan penting dalam pengujian atau penelitian kincir

angin American multi-blade. Tujuannya sebagai berikut :


4

1. Membuat kincir angin American multi-blade dengan sudu 12 dan 3

variasi pitch angle

2. Mendapatkan nilai Cp maksimal dan TSR optimal kaitannya untuk tiga

buah variasi pitch angle

3. Membandingkan nilai Cp maksimal dan TSR optimal kaitannya dari tiap

pitch angle agar bisa dipilih yang terbaik

1.4. Manfaat Penelitian

Beberapa manfaat dari pengujian atau penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Dapat memberikan pilihan kincir yang terbaik pada masyarakat yang

membutuhkan pembangkit listrik dengan tenaga angin untuk kehidupan

sehari-hari dan industri.

2. Dapat mengoptimalkan alam demi terbentuknya energi terbarukan yang

murah dan efisien.

3. Dapat menambah literatur data penelitian untuk para peneliti yang akan

melanjutkan penelitian yang sejenis

1.5. Batasan Masalah

Berikut merupakan beberapa batasan masalah dalam penelitian yang

dilakukan, diantaranya sebagai berikut :

1. Nilai Cp maksimal dan TSR optimal pada tiap variasi sudutnya pada

kincir angin American multi-blade.


5

2. Faktor apa saja yang mempengaruhi nilai Cp maksimal dan TSR optimal

kaitannya dari pengujian yang dilakukan.


6

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Konsep Dasar Angin

Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan manusia. Perahu-

perahu layar menggunakan energi ini untuk melewati perairan sudah lama

sekali. Sebagaimana diketahui, pada asasnya angin merupakan udara yang

bergerak yang disebabkan oleh rotasi bumi dan disertai perbedaan tekanan

udara sekitar. Angin selalu bergerak dari tempat bertekanan tinggi ke tempat

bertekanan rendah.

Pada umumnya kecepatan angin dipengaruhi oleh letak tempat dan

ketinggiannya. Bila letak tempatnya di daerah khatulistiwa maka angin akan

lebih cepat dibandingkan dengan letak tempatnya jauh dari khatulistiwa.

Begitu pula ketinggianya. Semakin tinggi tempatnya semakin kencang juga

anginnya. Hal ini disebabkan oleh, semakin tinggi suatu tempat maka, gaya

gesekan yang di pengaruhi oleh permukaan bumi yang tidak datar, pohon,

gunung dan topografi semakin kecil.

Arah angin ditentukan oleh dari mana saja datangnya, apakah dari timur

ke barat atau dari selatan ke utara. Sebagai contoh windsocks yang digunakan

sebuah bandara pesawat komersial sebagai penunjuk datangnya arah angin

untuk mengukur kecepatan angin biasanya digunakan anemometer.


7

2.2 Konsep Dasar Kincir Angin

Kincir angin adalah sebuah alat yang mampu memanfaatkan kekuatan angin

untuk dirubah menjadi kekuatan mekanik. Dari proses itu memberikan

kemudahan berbagai kegiatan manusia yang memerlukan tenaga yang besar

seperti memompa air untuk mengairi sawah atau menggiling biji-bijian. 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. Berdasarkan posisi porosnya, kincir angin dibedakan

menjadi dua kelompok utama, yaitu kincir angin poros horizontal dan kincir angin

poros vertikal.

2.2.1 Kincir Angin Poros Horisontal

Kincir angin poros horisontal seperti contoh Propeler adalah kincir angin

yang memiliki poros utama sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai

dengan arah angin. Kincir angin poros horisontal ini memiliki jumlah bilah

lebih dari dua. Kincir angin ini dapat berputar dikarenakan adanya gaya

aeorodinamis yang bekerja pada suatu kincir. Beberapa jenis kincir angin poros

horisontal yang telah banyak dikenal diantaranya ditunjukan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Jenis-jenis kincir angin poros horisontal

(Sumber: http://2.bp.blogspot.com diakses 14 Februari 2015)


http://id.wikipedia.org/wiki/Air

http://id.wikipedia.org/wiki/Sawah

http://id.wikipedia.org/wiki/Listrik

http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin

http://id.wikipedia.org/wiki/Eropa

http://id.wikipedia.org/wiki/Amerika_Utara

http://2.bp.blogspot.com/

8

Beberapa jenis kincir angin horisontal yang sudah umum dikenal dan

dikembangkan, seperti :

1. Kincir Angin Propeler

Kincir angin ini merupakan kincir angin yang biasa diaplikasi di

daerah dataran Amerika dan Eropa. Kincir angin model ini mampu

menghasilkan putaran poros yang tinggi. Kincir angin model ini

menggunakan 3 buah sudu atau lebih, seperti pada Gambar 2.2.

2. Kincir Angin American multi-blade

Kincir angin ini merupakan kincir angin dengan jumlah banyak,

biasanya jumlah sudunya memenuhi 1 lingkaran penuh. Kincir angin

yang sering dijumpai di dataran Amerika. Kincir model ini punya nilai

torsi yang tinggi. Kincir angin model ini bisa di lihat pada Gambar 2.3

3. Kincir Angin Propeler dutch four arms

Kincir angin ini merupakan kincir angin Propeler yang

biasanya ditemukan di daratan Belanda sebagai pembangkit listrik.

Jenis kincir ini dapat kita lihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.2 Kincir angin Propeler

(Sumber: http://en.wiktionary.org/wiki/windmill diakses 14 Februari 2015)


http://en.wiktionary.org/wiki/windmill

9

Gambar 2.3 Kincir angin American multi-blade

(Sumber: http://panzoelgituloh.blogspot.com/2010/11/pembangkit-listrik-tenaga-

angin.html diakses 14 Februari 2015)

Gambar 2.4 Kincir angin Propeler Dutch Four Arms

(Sumber: http://en.wiktionary.org/wiki/windmill diakses 14 Februari 2015)

Kincir angin poros horisontal ini memiliki beberapa kelebihan dan

kekurangan seperti :

Kelebihan kincir angin poros horisontal:

1. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu yang

berada diatas menara.

2. Setiap penambahan tinggi menara sepuluh meter ke atas, kecepatan

angin meningkat sebesar 20% dan daya output meningkat 34%.


http://panzoelgituloh.blogspot.com/2010/11/pembangkit-listrik-tenaga-angin.html

http://panzoelgituloh.blogspot.com/2010/11/pembangkit-listrik-tenaga-angin.html

http://en.wiktionary.org/wiki/windmill

10

3. Rata-rata memiliki nilai kecepatan putar poros yang lebih tinggi.

Kekurangan yang dimiliki oleh kincir angin poros horisontal:

1. Menara yang tinggi serta bilah yang panjang sulit diangkut dan

juga memerlukan biaya besar untuk pemasangannya, bisa

mencapai 20% dari seluruh biaya peralatan turbin angin.

2. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikan dengan

arah angin (ekor atau sensor elektrik)

2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal

Kincir ini memiliki poros/sumbu rotor utama yang disusun tegak lurus.

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 mendayagunakan angin dari

berbagai arah. Kincir ini memiliki poros/sumbu rotor utama yang disusun tegak

lurus. 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 mendayagunakan angin dari

berbagai arah. Dengan sumbu yang vertikal, generator serta gearbox bisa

ditempatkan di dekat tanah, jadi menara tidak perlu menyokongnya dan lebih

mudah diakses untuk keperluan perawatan.


11

Gambar 2.5 Jenis-jenis kincir angin poros vertikal

(Sumber: http://2.bp.blogspot.com diakses 14 Februari 2015)

Beberapa jenis kincir angin horisontal yang sudah umum dikenal dan

dikembangkan:

1. Kincir Angin Savonius

Kincir angin Savonius merupakan salah satu kincir angin poros

vertikal yang sering diaplikasikan oleh masyarakat. Kincir angin ini

diaplikasikan di daerah yang memiliki arus angin yang berubah-ubah

arahnya. Kincir model ini memiliki nilai torsi yang besar. Kincir angin

ini berbentuk seperti selimut tabung, seperti pada Gambar 2.6.

2. Kincir Angin Darrieus

Kincir angin Darrius merupakan salah satu kincir angin poros

vertikal yang sering diaplikasikan oleh masyarakat. Kincir angin ini

diaplikasikan di daerah yang memiliki arus angin yang berubah-ubah

arahnya. Contoh bentuk kincir angin ini dapat dilihat pada Gambar 2.7.


http://2.bp.blogspot.com/

12

Gambar 2.6 Kincir angin Savonius

(Sumber: http://cleangreenenergyzone.com/cardboard-savonius-wind-turbine/

diakses 14 Februari 2015)

Gambar 2.7 Kincir angin Darrieus

(Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Darrieus_wind_turbine diakses

14 Februari 2015)

Kincir angin poros vertikal ini memiliki beberapa kelebihan dan kekurangan

seperti :

Kelebihan kincir angin poros vertikal:

1. Dapat menerima angin dari segala arah

2. Komponen-komponennya dapat dipasang dekat dengan permukaan

tanah.

3. Mudah dirawat dan diperbaiki..


http://cleangreenenergyzone.com/cardboard-savonius-wind-turbine/

http://en.wikipedia.org/wiki/Darrieus_wind_turbine

13

Kekurangan yang dimiliki oleh kincir angin poros vertikal :

1. Karena umum dipasang di dekat dengan permukaan tanah maka

kualitas angin yang didapat kurang bagus.

2. Memerlukan permukaan tanah yang rata dan datar

3. Nilai efisiensi yang dihasilkan lebih sedikit dibanding kincir poros

horisontal

2.3 Grafik Hubungan Antara Cp Terhadap TSR

Menurut Albert Betz Ilmuan Jerman bahwa koefisien daya maksimal dari

kincir angin adalah sebesar 59%, batas maksimal tersebut dengan Betz limit.

Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2 . 8 .

Gambar 2.8 Grafik hubungan antara Cp dan TSR untuk beberapa jenis kincir

(Sumber: gunturcupletz.blogspot.com diakses pada 21 Februari 2015)


14

2.4 Rumus Perhitungan

Ada beberapa rumus perhitungan yang digunakan dalam proses analisis data.

Berikut ini adalah rumus-rumus yang digunakan untuk melakukan perhitungan dan

analisis kerja kincir angin yang diteliti.

2.4.1 Energi Angin

Angin adalah fluida yang bergerak sehingga memiliki energi kinetik, maka

dapat dirumuskan sebagai berikut:

Ek = 0,5m v

2

(1)

dengan :

Ek = energi kinetik (joule).

m = massa udara (kg).

v = kecepatan angin (m/s).

Daya adalah energi persatuan waktu, sehingga dapat di tuliskan sebagai

berikut:

Pin=0,5mv2 (2)

dengan:

Pin = daya angin (watt).

m = massa udara yang mengalir dalam waktu tertentu (kg/s).


15

yang dalam hal ini

ṁ= ρAv (3)

dengan:

ρ = massa jenis udara (kg/m3).

A = luas penampang yang membentuk sebuah lingkaran ( m2

).

Dengan menggunakan persamaan (3), maka daya angin ( Pin) dapat

dirumuskan menjadi :

Pin = 0,5(ρAv)v2

, yang dapat disederhanakan menjadi :

Pin = 0,5ρAv3 (4)

2.4.2 Perhitungan Torsi dan Daya

Untuk mengetahui perbedaan unjuk kerja dari setiap sudut kemiringan

sudu yang divariasikan, maka perlu mencari torsi dinamis dan daya yang

dihasilkan oleh kincir.

2.4.3 Perhitungan Torsi

Torsi merupakan hasil perkalian vektor antara jarak sumbu putar

dengan gaya yang bekerja pada titik yang berjarak tertentu dari sumbu pusat.

Pada penelitian ini digunakan mekanisme pengereman, sehingga dapat

dirumuskan sebagai berikut:

T = Fr

(5)


16

dengan:

T = torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (N.m).

F = gaya pada poros akibat puntiran (N).

r = jarak lengan torsi ke poros (m).

2.4.4. Perhitungan Daya Kincir

Pada umumnya perhitungan untuk menghitung daya pada gerak

melingkar dapat dituliskan sebagai berikut:

Pout = T .ω

(6)

dengan :

T = torsi dinamis (Nm).

ω = kecepatan sudut (ω) didapatkan dari

n rpm =

ω =

rad/s

Dengan ini untuk daya yang dihasilkan oleh kincir dapat

dinyatakan dengan persamaan yaitu :

Pout= T

rad/s (7)


17

dengan :

Pout = Daya yang dihasilkan kincir angin (watt)

n = Putaran poros (rpm)

2.4.5. Tip Speed Ratio

Tip spead ratio (TSR) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu

kincir angin dengan kecepatan angin.

Kecepatan di ujung sudu (vt) dapat dirumuskan sebagai:

vt = ωr

(8)

dengan :

vt = kecepatan ujung sudu

ω = kecepatan sudut (rad/s).

r = jari-jari kincir (m).

sehingga tsrnya dapat dirumuskan dengan :

TSR = (9)

dengan :

r = jari – jari kincir (m).

n = putaran poros kincir tiap menit (rpm).

v = kecepatan angin (m/s).


18

2.4.6. Koefisiensi Daya (Cp)

Koefisien daya (Cp) adalah pebandingan antara daya yang dihasilkan oleh

kincir (Pout) dengan daya yang disediakan oleh angin (Pin), sehingga dapat

dirumuskan sebagai berikut:

Cp = 100% (10)

dengan :

Cp = koefisien daya (%).

Pout = daya yang dihasilkan oleh kincir (watt).

Pin = daya yang dihasilkan oleh angin (watt).


19

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Metode Penelitian

Dalam penelitian ini data yang diperlukan dapat diperoleh melalui beberapa

metode yaitu:

1. Penelitian Kepustakaan

Penelitian kepustakaan yaitu penelitian untuk landasan teori dari

Tugas Akhir ini dengan cara membaca literatur - literatur yang

berhubungan dengan penulisan topik pengujian serta dapat

dipertanggungjawabkan kebenarannya.

2. Pembuatan Alat

Sebelum dilakukan penelitian maka terlebih dahulu dilakukan

pembuatan alat uji yaitu kincir angin American multi-blade.

3. Pengamatan secara langsung atau observasi

Dengan menggunakan metode observasi yaitu dengan

melakukan pengamatan secara langsung terhadap objek yang diteliti

dalam hal ini adalah kincir angin tipe American multi-blade.


20

3.2. Alat dan Bahan

Dalam proses pembuatan kincir angin American multi-blade ini

membutuhkan beberapa alat dan bahan yang akan digunakan, di antaranya sebagai

berikut :

1. Plat aluminium 1x1 meter

2. Pipa aluminium profil U 5 meter

3. Tutup pipa paralon 6 inch

4. Mur dan Baut

5. Gerinda potong

6. Gunting plat

7. Bor

8. Kikir

9. Gerinda duduk

10. Penggaris

11. Pensil

12. Spidol

13. Penghapus pensil

3.3. Peralatan Pengujian

Dalam proses pengambilan data, ada beberapa peralatan pengujian yang

dibutuhkan untuk menunjang proses pengujian dan pengambilan data. Peralatan

ini wajib dipersiapkan dan dirangkai sesuai standar agar penggunaannya optimal

dan sesuai standart keamanan. Peralatan tersebut diantaranya sebagai berikut :


21

1. Fan, berfungsi sebagai sumber angin yang dipasang tepat di belakang

terowongan angin.

2. Motor, berfungsi merubah energy listrik menjadi eneri mekanik guna

menggerakkan fan.

3. V-belt, berfungsi sebagai penghubung antara Motor dan Fan.

4. Terowongan angin atau wind tunnel, berfungsi sebagai terowongan yang

dilewati angin, di mana terowongan ini terbuat dari triplek.

5. Anemometer digital, berfungsi untuk mengukur kecepatan angin dan

suhu lingkungan.

6. Tachometer, berfungsi untuk mengukur kecepatan putaran poros.

7. Neraca, berfungsi untuk mengukur berat pembebanan.

8. Tali, berfungsi untuk menggantungkan pembebanan.

9. Mekasisme pengereman berfungsi sebagai pembebanan.


22

Gambar 3.1 Skema alat pengujian kincir

3.4. Variabel yang Diukur

Sesuai dengan tujuan, variabel yang akan diukur adalah sebagai berikut:

1. Kecepatan angin, v ( m/s)

2. Gaya pengimbang, F (N)

3. Putaran poros kincir, n (rpm)

3.5. Variabel yang Dihitung

Untuk mendapatkan karakteristik yang didapat dalam penelitian

menggunakan parameter sebagai berikut:

1. Daya angin, (watt)

2. Torsi, T (Nm)

3. Daya kincir, (watt)

4. Koefisien daya, Cp

5. Tip speed ratio, TSR


23

3.6. Prosedur Penelitian

Ada beberapa prosedur penelitian yang harus dilakukan demi optimalnya

pengambilan data dan keutamaan faktor keselamatan penguji. Prosedur yang

harus dilakukan diantaranya sebagai beikut :

1. Pembuatan alat

Adapun langkah-langkah yang ditempuh dalam pembuatan alat kincir

angin tipe American multi-blade adalah:

a. Menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan

b. Pembutan kincir angin meliputi :

1. Menyiapkan plat aluminium sebagai bahan dasar pembuatan sudu

kincir

2. Membuat pola atau gambar sudu pada plat aluminium sesuai ukuran

yang ditentukan

3. Memotong pola dengan alat gerinda potong dan gunting potong plat

4. Menghaluskan bekas potongan plat dengan gerinda mesin

5. Memotong pipa aluminium profil U sepanjang sudu kincir atau

sepanjang jari-jari kincir

6. Melubangi plat yang sudah dipotong dan pipa aluminium pada

tempat yang sama

7. Menekuk plat dengan alat penekuk untuk membuat variasi pitch

angle yang ditentukan, yang pertama tekuk dengan pitch angle 10o


24

8. Menyatukan pipa dengan sudu kincir dengan membautnya pada

lubang-lubang yang sudah dibuat.

9. Menyiapkan hub dengan tutup pipa paralon

10. Membuat pola lubang pada hub untuk pemasangan sudu dan lubang

poros

11. Memasangkan sudu pada hub yang sudah disiapkan

12. Menguji kincir dengan mengambil data yang diperlukan atau diukur,

seperti kecepatan angin, putaran poros, dan beban pengimbang torsi

13. Melepas kembali kincir hingga sudunya bisa ditekuk kembali

14. Mengulangi proses nomor 7 dengan pitch angle 20o dan dilanjutkan

proses nomor 8 hingga 12

15. Mengulangi kembali proses nomor 13 dan 14 dengan pitch angle 30o

Gambar 3.2. Gambar sudu kincir

American multi-blade

`

Gambar 3.3. Gambar kincir

American multi-blade 12 sudu


25

2. Memasang kincir angin tepat di dalam wind tunnel.

3. Memasang alat pengukur kecepatan angin (anemometer) di depan wind

tunnel

4. Menghidupkan motor dan membiarkannya beroperasi beberapa menit

sampai putarannya stabil.

5. Mengukur putaran poros kincir dengan menggunakan tachometer untuk

putaran awal tanpa beban.

6. Mengukur kecepatan angin dari anemometer

7. Data diambil 3 kali untuk variasi beban yang sama.

8. Menambahkan beban pada mekanisme pengereman menggunakan karet

sesuai dengan penambahan nilai beban yang diinginkan.

9. Mengukur putaran poros kincir angin dengan tachometer untuk variasi

kedua

10. Mengukur kecepatan angin dari anemometer.

11. Data diambil 3 kali untuk variasi beban yang sama.

12. Mengulangi prosedur 8-11 sampai putaran kincir berhenti.

13. Mematikan mesin dan melepas beban serta kincir yang terpasang setelah

kincir angin berhenti

14. Mengolah data dan membahas hasil penelitian yang telah dilakukan.

15. Menarik kesimpulan dari hasil pengolahan data.


26

3.7. Flow Chart

Flow chart merupakan bagan alur dari proses penulisan yang dilakukan pada

Tugas Akhir ini. Bagan ini berisikan diantaranya pengolahan data dan

pembahasan. Secera lebih lengkap dapat dilihat pada diagram alur seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Diagram alur proses penelitian

Ya

Selesai

Menganalisa Data

Pengolahan Data

Mencari Literatur

Pengambilan Data

Mulai

Pembuatan Alat

Mencatat Data

Menyimpulkan Data


27

BAB IV

DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Pengujian

Hasil pengujian kincir angin American multi-blade ini meliputi: kecepatan

angin, v (m/s), putaran poros, n (rpm), beban atau gaya pengimbang, F (N), dan α

(°). Pengambilan data dengan memvariasikan pitch angle jumlah kincirnya.

Variasi pitch angle meliputi 10o, 20

o, dan 30

o. Data dari hasil pengujian yang

dilakukan diberikan dalam Tabel 4.1 hingga Tabel 4.4.

Tabel 4.1. Tabel hasil pengambilan data pengujian dengan variasi pitch

angle 10o

No

Rerata

Kecepatan

Angin, v

(m/s)

Rerata

Kecepatan Putar

Poros, n

(rpm)

Beban, F

(N)

1 9,73 408 0

2 9,06 341 0,88

3 9,56 319 1,37

4 9,43 310 1,86

5 9,32 231 2,65

6 9,38 211 3,24

7 9,06 101 4,32

8 9,38 52 5,30


28

Tabel 4.1 merupakan tabel data dari hasil pengambilan data pengujian kincir

angin American multi-blade 12 sudu dengan variasi pitch angle 10o. Dapat kita

lihat bahwa tabel di atas memiliki 8 buah data. Jumlah data di atas didasari oleh

jumlah beban yang diberikan pada kincir hingga kincir berhenti. Dan beban

maksimal yang mampu diberikan kepada kincir angin ini sekitar 5,30 N, jika

beban ditambahkan maka kincir akan berhenti berputar.


angle 20o

No

Rerata

Kecepatan

Angin, v

(m/s)

Rerata

Kecepatan Putar

Poros, n

(rpm)

Beban, F

(N)

1 8,75 418 0

2 8,53 411 0,98

3 8,62 378 1,77

4 8,40 329 2,94

5 8,29 297 3,73

6 8,42 264 4,41

7 8,49 247 5,40

8 8,35 211 6,38

9 8,07 181 7,36

10 8,35 161 8,34

11 8,27 135 9,32

12 8,48 97 9,81

13 8,17 48 10,30


29



lihat bahwa tabel di atas memiliki 13 buah data. Jumlah data di atas didasari oleh

jumlah beban yang diberikan pada kincir hingga kincir berhenti. Jumlah 13 data

ini merupakan jumlah data terbanyak dari semua variasi sudut atau pitch angle

yang diberikan pada kincir ini. Dan beban maksimal yang mampu diberikan

kepada kincir angin ini sekitar 10,30 N sebelum kincir berhenti sempurna.


angle 30o

No

Rerata

Kecepatan

Angin, v

(m/s)

Rerata

Kecepatan

Putar Poros, n

(rpm)

Beban, F

(N)

1 9,02 360 0

2 9,09 322 0,98

3 8,88 322 1,96

4 9,03 293 2,84

5 8,95 266 4,02

6 9,00 234 4,91

7 8,72 208 5,69

8 9,16 199 7,16

9 8,56 155 8,14

10 8,48 127 9,32

11 8,58 109 10,79


30



lihat bahwa Tabel 4.3 memiliki 11 buah data. Jumlah data di atas didasari oleh

jumlah beban yang diberikan pada kincir hingga kincir berhenti. Dan beban

maksimal yang mampu diberikan kepada kincir angin ini sekitar 10,79 N.

Tabel 4.4. Tabel data pendukung perhitungan

Diameter Kincir 80 cm

Panjang Lengan Torsi 20 cm

Swept Area 0.503 m

Suhu Udara 280C

Densitas Udara 1.18 kg/m3

Tabel 4.4 merupakan variabel data yang ditetapkan untuk perhitungan data

selanjutnya.

4.2 Proses Pengolahan Data

Dari data–data yang ada dari pengujian, meliputi kecepatan angin, v (m/s),

putaran poros, n (rpm), beban atau gaya pengimbang, F (N), sehingga dapat

menghitung nilai torsi, T (N.m), daya input, Pin (watt), daya output, Pout (watt),

koefisien daya (Cp), dan tip speed ratio (TSR). Beberapa rumus yang digunakan

untuk menghitung beberapa data pada Tabel 4.1, 4.2, dan 4.3 adalah :


31

a. Torsi

T = F r (N.m)

b. Kecepatan sudut

ω =

rad/s

c. Daya input

Pin =

(watt)

d. Daya output

Pout = T ω (watt)

e. Tip Speed Ratio

TSR =

f. Koefisien daya

Cp =

100%

4.2.1 Perhitungan Daya Angin

Daya angin adalah daya yang dihasilkan angin pada kincir angin dengan

swept area (A) = 0.503 dan kecepatan angin 9 m/s, dapat dicari dengan

menggunakan persamaan (4).

Pin =0,5 Av3

= (0,5) (1,18) (0.503) (9)3

= 216,196 watt


32

4.2.2 Daya Kincir

Daya kincir adalah daya yang dihasilkan oleh kincir angin dapat dicari

dengan menggunakan Persamaan (5), untuk mendapatkan daya kincir kita harus

mengetahui kecepatan sudut dan torsi. Maka perlu dicari terlebih dahulu

menggunakan Persamaan (7) dan (6):

Maka kecepatan sudut dan torsi kincir adalah:

a. ω =

=

= 10,571 rad/s

b. T = Fr

= (4,32) (0,2)

= 0,864 N.m

c. Pout = Tω

= (0,864) (10,571)

= 9,133 watt

4.2.3 Tip Speed Ratio

Untuk mengetahui besarnya perbandingan kecepatan ujung kincir dengan

kecepatan angin atau tip speed ratio dapat dicari dengan menggunakan Persamaan

(8):

TSR =


33

= ( )( )

( ) ( )

= 0,469 rad/s

4.2.4 Koefisien Daya Kincir

Koefisien daya kincir dapat dicari dengan menggunakan Persamaan (9):

Cp =

100%

=

100%

= 4,22 %

4.3 Data Hasil Perhitungan

Data yang diperoleh dari penelitian kemudian diolah dengan menggunakan

Microsoft Excel. Hasil perhitungan yang dihasilkan oleh kincir angin untuk setiap

variasi pitch angle pada sudunya dapat dilihat pada Table 4.5, 4.6, dan 4.7.

Tabel hasil di bawah adalah tabel hasil perhitungan dari kincir angin

American multi-blade 12 sudu :


34

Tabel 4.5. Tabel hasil pengolahan data pengujian dengan variasi pitch angle 10o

No

Rerata

Kece-

patan

Angin,

v

(m/s)

Rerata

Kece-

patan

Putar

Poros,

n

(rpm)

Beban,

F

(N)

Torsi,

T

(Nm)

Kece-

patan

Sudut,

ω

(rad/s)

Daya

Input,

Pin

(watt)

Daya

Output,

Pout

(watt)

Koe-

fisien

Daya,

Cp

Tip

Speed

Ratio.

TSR

1 9,73 408 0 0 42,8 273 0 0 1,76

2 9,06 341 0,88 0,18 35,7 220 6,3 0,03 1,58

3 9,56 319 1,37 0,27 33,4 259 9,2 0,04 1,40

4 9,43 310 1,86 0,37 32,5 249 12,1 0,05 1,38

5 9,32 231 2,65 0,53 24,2 240 12,8 0,05 1,04

6 9,38 211 3,24 0,65 22,1 245 14,3 0,06 0,94

7 9,06 101 4,32 0,86 10,6 221 9,1 0,04 0,47

8 9,38 52 5,30 1,06 5,4 244 5,8 0,02 0,23

Dari Tabel 4.5 ada 8 buah variasi data. Pada Tabel 4.5 ini sudah memiliki

hasil perhitungan, seperti torsi, kecepatan sudut, daya input, daya output, TSR,

dan Cp. Pada tabel di atas memiliki nilai kecepatan angin yang relatif sama.

Kecepatan angin rata-rata yang diberikan pada kincir kurang lebih 9,37 m/s. Jika

kita meilhat dari putaran porosnya, kincir ini mampu menghasilkan putaran poros

tertinggi 408 rpm. Beban maksimum yang dapat diterima kincir ini adalah 5,30 N.

Kincir ini memiliki nilai Cp maksimunya 0,06 atau 6% dan TSR optimal

kaitannya adalah 0,94. Hal ini dapat kita lihat pada Gambar 4.10.


35


No

Rerata

Kece-

patan

Angin, v

(m/s)

Rerata

Kece-

patan

Putar

Poros,

n

(rpm)

Beban,

F

(N)

Torsi,

T

(Nm)

Kece-

patan

Sudut,

ω

(rad/s)

Daya

Input,

Pin

(watt)

Daya

Output,

Pout

(watt)

Koe-

fisien

Daya,

Cp

Tip

Speed

Ratio.

TSR

1 8,75 418 0 0 43,81 198 0 0 2

2 8,53 411 0,98 0,20 43,07 184 8,5 0,05 2,02

3 8,62 378 1,77 0,35 39,55 190 14,0 0,07 1,84

4 8,40 329 2,94 0,59 34,42 176 20,3 0,12 1,64

5 8,29 297 3,73 0,75 31,10 169 23,2 0,14 1,50

6 8,42 264 4,41 0,88 27,61 177 24,4 0,14 1,31

7 8,49 247 5,40 1,08 25,83 182 27,9 0,15 1,22

8 8,35 211 6,38 1,28 22,10 172 28,2 0,16 1,06

9 8,07 181 7,36 1,47 18,95 156 27,9 0,18 0,94

10 8,35 161 8,34 1,67 16,86 172 28,1 0,16 0,81

11 8,27 135 9,32 1,86 14,10 168 26,3 0,16 0,68

12 8,48 97 9,81 1,96 10,19 181 20,0 0,11 0,48

13 8,17 48 10,30 2,06 5,06 162 10,4 0,06 0,25



dan Cp. Pada tabel di atas memiliki nilai kecepatan angin yang relatif sama.

Kecepatan rata-rata yang dterima kincir sekitar 8,4 m/s. Jika kita meilhat dari

putaran porosnya, kincir ini mampu menghasilkan putaran poros tertinggi 418

putaran per menitnya. Beban maksimum yang dapat diterima kincir ini adalah


36

10,30 N. Kincir ini memiliki nilai Cp maksimunya 0,18 atau 18% dan TSR

optimal kaitannya 0,94. Hal ini dapat kita lihat pada Gambar 4.13.


No

Rerata

Kece-

patan

Angin,

v

(m/s)

Rerata

Kece-

patan

Putar

Poros, n

(rpm)

Beban,

F

(N)

Torsi,

T

(Nm)

Kece-

patan

Sudut, ω

(rad/s)

Daya

Input,

Pin

(watt)

Daya

Output,

Pout

(watt)

Koe-

fisien

Daya,

Cp

Tip

Speed

Ratio.

TSR

1 9,02 360 0 0 37,7 217 0 0 1,67

2 9,09 322 0,98 0,20 33,7 223 6,6 0,03 1,48

3 8,88 322 1,96 0,39 33,7 208 13,2 0,06 1,52

4 9,03 293 2,84 0,57 30,7 218 17,5 0,08 1,36

5 8,95 266 4,02 0,80 27,9 213 22,4 0,11 1,24

6 9 234 4,91 0,98 24,5 216 24,0 0,11 1,09

7 8,72 208 5,69 1,14 21,7 197 24,7 0,13 1,00

8 9,16 199 7,16 1,43 20,8 228 29,8 0,13 0,91

9 8,56 155 8,14 1,63 16,3 186 26,5 0,142 0,76

10 8,48 127 9,32 1,86 13,3 181 24,9 0,14 0,63

11 8,58 109 10,79 2,16 11,4 187 24,7 0,13 0,53



dan Cp. Pada tabel di atas memiliki nilai kecepatan angin rata-rata sekitar 8,86

m/s. Jika kita meilhat dari putaran porosnya, kincir ini mampu menghasilkan


37

putaran poros tertinggi 360 putaran per menitnya. Beban maksimum yang dapat

diterima kincir ini adalah 10,70 N. Kincir ini memiliki nilai Cp maksimunya 0,142

atau 14,2% dan TSR optimal kaitannya 0,76. Hal ini dapat kita lihat pada Gambar

4.16.

4.4 Grafik Data Pengujian

Data yang telah diperoleh kemudian diolah kembali ke dalam bentuk grafik

untuk mengetahui hubungan antara torsi dengan kecepatan putar kincir (rpm),

torsi dengan daya yang dihasilkan kincir (Pout) serta koefisien daya kincir (Cp)

dengan tip speed ratio (TSR). Grafik yang disajikan untuk setiap variasi

percobaan dapat dilihat pada Gambar 4.8 sampai Gambar 4.17.

Gambar 4.8 Grafik hubungan antara torsi dan putaran poros pada kincir pitch

angle 10o dengan kecepatan angin rata-rata 9,37 m/s

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2


38

Pada grafik hubungan antara torsi dan putaran poros dapat dilihat bahwa

data yang dimasukkan akan membentuk garis miring lurus yang menghubungkan

tiap titiknya. Jika diamati pada grafik di atas nilai putaran poros semakin

menurun, namun nilai dari torsinya semakin bertambah. Hal ini dipengaruhi oleh

nilai F atau beban yang diberikan. Penambahan beban akan mengurangi nilai

putar poros, namun akan memperbesar nilai torsi. Hal ini menunjukkan bahwa

antara torsi dan putaran poros nilainya berbanding terbalik.

Gambar 4.9 Grafik hubungan antara torsi dan daya output pada kincir pitch angle

10o dengan kecepatan angin rata-rata 9,37 m/s

Pada grafik hubungan antara torsi dan daya output dapat dilihat membentuk

garis lengkung. Pada kasus ini berbeda dengan grafik hubungan antara torsi dan

putaran poros yang perbandingan nilainya berbanding terbalik, namun pada pada

grafik ini ada beberapa kondisi yang berbeda. Dapat diamati jika nilai torsi pada

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2


39

grafik terus meningkat, namun nilai daya output hanya mengalami pertambahan

pada titik ke 6 atau pada torsi sekitar 0,65 dan setelah itu adanya penurunan pada

nilai daya output tersebut. Nilai daya output mengalami penurunan dipengaruhi

karena kecepatan sudutnya juga mengalami penurunan. Kecepatan sudutnya

mengalami penurunan nilai, karena nilai putaran porosnya mengalami penurunan

pada proses pengujian kincirnya yang disebabkan oleh adanya penambahan

beban. Hal ini dapat kita buktikan dari beberapa rumus yang disajikan pada BAB

III.

Gambar 4.10 Grafik hubungan antara Cp dan TSR pada kincir pitch angle 10o

Pada grafik hubungan antara Cp dan TSR ini mempunyai bentuk grafik yang

melengkung, hampir sama seperti grafik hubungan antara torsi dan daya output.

Grafik ini akan menunjukkan nilai efisiensi dari kincir angin ini. Pada grafik ini

nilai TSR mengalami peningkatan nilainya, namun pada Cp hanya mengalami

y = -0,0764x2 + 0,1398x - 0,006

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0 0,5 1 1,5 2


40

peningkatan pada titik/data ke 3 atau pada TSR sekitar 0,9 dan setelah itu nilainya

turun. Jika dilihat dari data perhitungan pada tabel, nilai Cp maksimumnya adalah

0,06 atau sekitar 6% dan jika ditarik garis lurus ke ke bawah yang tegak lurus,

akan menunjukkan nilai TSR optimalnya pada 0,94.

Pada grafik Gambar 4.10 menggunakan garis pendekatan yang memiliki

persamaan y = -0,076x2 + 0,139x - 0,006, dengan y menunjukkan Cp dan x

menunjukkan TSR. Dari persamaan tersebut akan mendapatkan nilai Cp maksimal

dan TSR optimal kaitannya yang lebih akurat sesuai dengan grafik. Setelah

dilakukan perhitungan dengan cara diferensial yang menghasilkan persamaan

= (2)(-0,076)x + 0,139, dengan

= 0. Nilai Cp maksimal yang dihasilkan

sebesar 0,057 atau setara 5,7% dan TSR optimal kaitannya sebesar 0,914.

Pada kasus ini, nilai Cp pada grafik mengalami penurunan dikarenakan nilai

daya output yang menurun juga. Nilai daya output ini sama seperti pada grafik

torsi dan daya output, nilainya dipengaruhi oleh besaran nilai kecepatan sudut dan

putaran porosnya.


41





tiap titiknya. Jika kita amati pada grafik di atas nilai putaran poros semakin

menurun, namun nilai dari torsinya semakin besar. Hal ini dipengaruhi oleh nilai

F atau beban yang diberikan. Penambahan beban akan mengurangi nilai putaran

poros, namun akan memperbesar nilai torsi. Hal ini menunjukan bahwa antara

torsi dan putaran poros nilainya berbanding terbalik.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 0,5 1 1,5 2 2,5


42

Gambar 4.12 Grafik hubungan antara torsi dan daya output pada kincir pitch


Pada grafik hubungan antara torsi dan daya output dapat dilihat membentuk

garis lengkung. Pada kasus ini berbeda dengan grafik hubungan antara torsi dan

putaran poros yang perbandingan nilainya berbanding terbalik, namun pada pada

grafik ini ada beberapa kondisi yang berbeda. Dapat diamati jika nilai torsi pada

grafik terus meningkat, namun nilai daya output hanya mengalami pertambahan

pada titik/ data ke 10 atau pada torsi sekitar 1,7 dan setelah itu adanya penurunan

pada nilai daya output. Nilai daya output mengalami penurunan dipengaruhi

karena kecepatan sudutnya juga mengalami penurunan. Nilai kecepatan sudutnya

mangalami penurunan karena disebabkan oleh nilai putaran porosnya yang turun

pada proses pengujian kincirnya.

0

5

10

15

20

25

30

35

0 0,5 1 1,5 2 2,5


43




Pada grafik ini nilai TSR mengalami peningkatan nilainya, namun pada Cp hanya

mengalami peningkatan pada titik/data ke 5 atau pada tip speed ratio 0,9, setelah

itu nilainya turun. Jika dilihat dari tabel perhitungan data, nilai Cp maksimumnya

adalah 0,18 atau sekitar 18% dan jika ditarik garis lurus ke ke bawah yang tegak

lurus, akan menunjukkan nilai TSR optimalnya pada 0,94.


persamaan y = -0,153x2 + 0,320x - 0,001, dengan y menunjukkan Cp dan x

menunjukkan TSR. Dari persamaan tersebut akan mendapatkan nilai Cp

maksimal dan TSR optimal kaitannya yang lebih akurat sesuai dengan grafik.

Setelah dilakukan perhitungan dengan cara diferensial akan mendapatkan

y = -0,153x2 + 0,320x - 0,001

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

0,2

0 0,5 1 1,5 2 2,5


44

persamaan

= (2)(-0,153)x + 0,320, dengan

= 0. Nilai Cp masimal yang

dihasilkan sebesar 0,166 atau setara 16,6% dan TSR optimal kaitannya sebesar

1,045.




putaran poros nya.





0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 0,5 1 1,5 2 2,5


45

tiap titiknya. Jika kita amati pada grafik di atas nilai putaran poros semakin

mengecil, namun nilai dari torsinya semakin besar. Hal ini dipengaruhi oleh nilai

F atau beban yang diberikan. Penambahan beban akan mengurangi nilai putar

poros, namun akan memperbesar nilai torsi. Hal ini menunjukan bahwa antara

torsi dan putaran poros nilainya berbanding terbalik.

Gambar 4.15 Grafik hubungan antara torsi dan daya output pada kincir pitch


Pada grafik hubungan antara torsi dan daya output dapat kita lihat

membentuk garis lengkung. Pada kasus ini berbeda dengan grafik hubungan

antara torsi dan putaran poros yang perbandingan nilainya berbanding terbalik,

namun pada pada grafik ini ada beberapa kondisi yang berbeda. Dapat diamati

jika nilai torsi pada grafik terus bertambah, namun nilai daya output hanya

mengalami pertambahan pada titik/ data ke 8 atau pada torsi sekitar 1,7 dan

0

5

10

15

20

25

30

35

0 0,5 1 1,5 2 2,5


46

setelah itu adanya penurunan pada nilai daya output. Nilai daya output mengalami

penurunan dipengaruhi karena kecepatan sudutnya juga mengalami penurunan

karena nilai putaran porosnya yang mengalami penurunan pada proses pengujian

kincirnya.




Pada grafik ini nilai TSR mengalami peningkatan nilainya, namun pada Cp hanya

mengalami peningkatan pada titik/data ke 3 pada TSR sekitar 0,75 setelah itu

nilainya turun. Jika dilihat dari tabel perhitungan, nilai Cp maksimumnya adalah

0,142 atau sekitar 14,2% dan jika ditarik garis lurus ke ke bawah yang tegak lurus,

akan menunjukkan nilai TSR optimalnya pada 0,76.

y = -0,149x2 + 0,216x + 0,060

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0 0,5 1 1,5 2


47


persamaan y = -0,149x2 + 0,216x + 0,060, dengan y menunjukkan Cp dan x

menunjukkan TSR. Dari persamaan tersebut akan mendapatkan nilai Cp

maksimal dan TSR optimal kaitannya yang lebih akurat sesuai dengan grafik.

Setelah dilakukan perhitungan dengan cara diferensial akan mendapatkan

persamaan

= (2)(-0,149)x + 0,216, dengan

= 0. Nilai Cp masimal yang

dihasilkan sebesar 0,138 atau setara 13,8% dan TSR optimal kaitannya sebesar

0,724.




putaran poros nya.

Gambar 4.17 Grafik gabungan hubungan antara Cp dan TSR pada kincir 12 sudu

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

0,2

0 0,5 1 1,5 2 2,5


48

Pada grafik gabungan Cp dan TSR ini menggabungkan ke 3 buah grafik Cp

dan TSR untuk membandingkan nilai efisiensi yang terbaik antara kincir dengan

pitch angle 10o, 20

o, atau 30

o. Jika dilihat grafik kincir dengan pitch angle 20

o

memiliki nilai Cp dan TSR yang lebih besar dari pada pitch angle yang lainnya

dengan nilai Cp maksimal yang dihasilkan sebesar 0,057 atau setara 5,7% dan

TSR optimal kaitannya sebesar 0,914. Sudah dapat dibuktikan bahwa nilai

efisiensi daya pada kincir pitch angle 20o jauh lebih baik daripada kincir pitch

angle 10o dan 30

o. Kincir angin dengan pitch angle 30

o yang digambarkan pada

grafik efisiensinya lebih baik dari pada kincir angin yang memiliki pitch angle

10o.

Jadi, inti dari pengujian kincir angin American multi-blade dengan beberapa

variasi sudut ini adalah untuk memilih variasi sudut manakah yang memiliki nilai

efisiensi daya atau Cp dan TSR yang paling baik, sehingga masyarakat atau

industri yang akan menggunakan kincir jenis ini dapat memilih variasi sudut yang

tepat dan optimal dalam penggunaannya. Dalam kasus ini, kincir angin American

multi-blade 12 sudu yang paling baik adalah yang memiliki pitch angle 20o.


49

BAB V

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Setelah melakukan pengujian dan pengambilan data pada kincir angin

American multi-blade dengan 12 sudu berdiameter 80cm dan memiliki 3 buah

variasi pitch angle, yaitu pitch angle 100, 20

0, dan 30

0, dapat disimpulkan bahwa:

1. Telah berhasil dibuat model kincir angin American multi-blade 12 sudu

dengan 3 variasi pitch angle dan telah digunakan dalam penelitian.

2. Pada model kincir dengan pitch angle 10o dihasilkan nilai Cp maksimum

0,057 atau 5,7% dan TSR optimal kaitannya 0,91. Pada model kincir

dengan pitch angle 20o

Cp maksimumnya adalah 0,166 atau 16,6% dan

TSR optimalnya pada 1,04. Pada variasi ketiga pitch angle 30o memiliki

nilai Cp maksimum 0,138 atau 13,8% dan TSR optimal kaitannya 0,72.

3. Nilai Cp maksimum paling tinggi diperoleh dari model kincir angin dengan

variasi pitch angle 20o, yakni 0,166 atau 16,6% dan TSR optimal pada

1,04.

3.2 Saran

Dari pengujian dan analisis data yang telah dilakukan, banyak hal yang

dapat dipelajari bersama. Dari poin-poin penting yang didapatkan, ada beberapa

saran yang bisa diberikan untuk pihak yang berhubungan erat dengan topik Tugas


50

Akhir ini. Untuk beberapa penguji selanjutnya yang akan menguji dengan

jenis dan bahan kincir yang sama, disarankan untuk memberikan variasi sudut

atau pitch angle yang berbeda dan lebih variatif. Penguji berikutnya dapat

memberikan variasi pitch angle dengan penambahan 5o dari tiap variasinya.

Diharapkan dengan penambahan sudut 5o

akan didapat hasil efisiensi yang lebih

baik. Penguji juga dapat mengganti bahan hub dari yang semula berbahan tutup

pipa paralon diganti dengan hub yang berbahan kayu. Dengan begitu akan

dimungkinkan terjadinya perbedaan data yang dihasilkan.


51

DAFTAR PUSTAKA

Ahira, Anne. Penemu Kincir Angin. Tersedia http://www.anneahira.com/penemu-

kincir-angin.htm. Diakses : 1 Maret 2015.

Daryanto,Y. 2007, Kajian Potensi angin UntukPembangkit Listrik Tenaga Bayu.

Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, 2005. Pengelolaan

Energi Nasional.

Johnson, G.L. 2006. Wind Energy System. Manhattan. Diakses: 17 Februari 2015.

Pudjanarso, Astu & Nursuhud, Djati. 2006. Mesin Konversi Energi. Yogyakarta:

Andi Offset.


http://www.anneahira.com/penemu-kincir-angin.htm

http://www.anneahira.com/penemu-kincir-angin.htm

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI - core.ac.uk · PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAI{ AKADEMIS ... satu pemanfaatan angin adalah dengan menggunakan turbin angin atau

Documents