PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ABSTRAK
Kebutuhan energi sangat penting untuk perkembangan sosial-ekonomi suatu
negara. Suatu negara dikatakan maju apabila didukung sumber daya manusia yang
maju dan memiliki sumber energi yang bisa menghidupi seluruh rakyatnya. Atas
dasar perkembangan ilmu pengetahuan maka muncul ide tentang energi yang bisa
diperoleh secara berkelanjutan tanpa merusak alam yaitu energi terbarukan,
contohnya yakni energi angin. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui unjuk
kerja beberapa model kincir angin seperti torsi, hubungan daya dengan rpm,
hubungan koefisien daya dan tip speed ratio dengan beberapa variasi sudu dari
penelitian yang dilakukan. Model kincir angin yang diteliti adalah kincir angin giromill dengan sudu
NACA 0015 dan panjang chord 12 cm, menggunakan bahan triplek yang
dibungkus pelat seng sebagai kulit luarnya, dan tingginya 80 cm. Terdapat dua
variasi penelitian yakni dengan variasi jumlah sudu dan variasi diameter penopang
sudu, variasi jumlah sudu adalah empat sudu dan tiga sudu sedangkan variasi
diameter penopang sudu adalah 50 cm dan 70 cm penopang sudu berbahan dasar
triplek dengan tebal 12 mm. Agar mendapatkan daya kincir, torsi, koefisien daya
maksimal, dan tip speed ratio pada kincir, maka poros kincir dihubungkan ke
mekanisme pengereman yang berfungsi untuk pemberian beban pada
kincir,besarnya beban kincir dapat dilihat pada neraca pegas, putaran kincir angin
diukur mengunakan tachometer dan kecepatan angin diukur menggunakan
anemometer dan kecepatan udara rata-rata adalah 8,1 m/s . Penelitian dilakukan
dengan menggunakan fan blower di Laboratorium Konversi Energi Universitas
Sanata Dharma. Dari hasil penelitian ini, kincir angin giromill empat sudu dengan variasi
diameter 70 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 6,52 % pada
tip speed ratio 0,85 dengan daya output maksimal sebesar 12,27 watt pada torsi
0,61 N.m. Kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm dapat
menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 5,81 % dan pada tip speed ratio
0,99 dengan daya output maksimal sebesar 11,86 watt dan torsi 0,49 N.m. Kincir
angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 50 cm dapat menghasilkan
koefisien daya maksimal sebesar 5,65 % pada tip speed ratio 0,55 dengan daya
output maksimal sebesar 7,54 watt dan torsi 0,41 N.m. Kincir angin giromill tiga
sudu dengan variasi diameter 50 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal
sebesar 4,11 % pada tip speed ratio 0,52 dengan daya output maksimal sebesar
7,58 watt dan torsi 0,35 N.m.
Kata kunci : Kincir angin sumbu vertikal, giromill, koefisien daya, tip speed ratio
vii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ABSTRACT
The need of energy is very important for country’s socio-development. A
developed-country should have been supported by the progressive human
resources to support the society. Through the science and knowledge
development, some sustainable and eco-friendly energy has been invented, for
example the wind energy. This research aims to examine the performance of wind
turbines, such as the torsion, the relation of power and rpm, power coefficient
relation and tip speed ration in various researches. The researcher examined giromill wind turbine with NACA blade 0015 and
12 cm-length chord, which was made of plywood covered with zinc-plating with
80 cm-height. There were two research variation, the blade number variation and
the blade crutch diameter variation. The blade number variations were four blades
and three blades, while the blade crutch diameters were 50 cm and 70 cm, which
were made of plywood with 12 mm-thickness. To obtain the turbine power,
torsion, maximum power coefficient, and tip ratio speed on the turbine, the axis
turbine was connected to braking mechanism for giving weight to the turbine. The
weight amount could be seen on spring balance, the turbine rotation was measured
with tachometer and the wind speed was measured with anemometer, and the
average wind speed was 8,1 m/s. The research was performed in the Konversi
Energi Laboratory, Sanata Dharma University, using fan blower. From the research, four blades giromill wind turbine with 70 cm in diameter
could generate the maximum power coefficient 6,52 % on 0,85 tip speed ratio,
with 12,27 watt maximum power output on 0,61 N.m in torsion. Three blades
giromill wind turbine with 70 cm in diameter could generate the maximum power
coefficient 5,81% on 0,99 tip speed ratio, with 11,86 watt maximum power output
on 0,49 N.m in torsion. Four blades giromill wind turbine with 50 cm in diameter
could generate the maximum power coefficient 5,65% on 0,55 tip speed ratio,
with 7,54 watt maximum power output on 0,41 N.m in torsion.Three blades
giromill wind turbine with 50 cm in diameter could generate the maximum power
coefficient 4,11 % on 0,52 tip speed ratio, with 7,58 watt maximum power output
and 0,35 Nm in torsion.
Keywords:vertical axis wind turbine, giromill, power coefficient, tip speed ratio
viii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
KATA PENGANTAR
Puji syukur atas kasih, karunia dan rahmat yang berlimpah dari Tuhan Yesus
Kristus dan Bunda Maria sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan
Skripsi dengan judul “ Unjuk Kerja Kincir Angin Giromill dengan Sudu NACA
0015 dan Panjang Chord 12 cm” Skripsi inimerupakan salah satu persyaratan bagi
para mahasiswa/mahasiswi untuk dapat menyelesaikan jenjang pendidikan S1
pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas
Sanata Dharma Yogyakarta.
Dalam penyusunan Skripsi ini penulis banyak menerima bantuan, semangat
dan doa dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan kerendahan hati penulis
ingin menyampaikan rasa syukur dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Sudi Mungkasi S.Si., M.Math.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin.
3. Ir. Rines, M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang dengan sabar
dan meluangkan waktu untuk membimbing, memberikan saran, dan masukan
serta pengarahan kepada penulis dalam penyusunan laporan tugas akhir ini
sampai dengan selesai.
4. Dr. Drs.Vet. Asan Damanik selaku Dosen Pembimbing Akademik.
5. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin yang telah mendidik dan
memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.
ix
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6. Seluruh staff Fakultas Sains dan Teknologi atas kerja sama dan dukungan
kepada penulis untuk dapat menyelesaikan laporan tugas akhir.
7. Auxentius Soenarjo (Alm.) dan Rita Handayani selaku orang tua penulis yang
telah memberikan dukungan material, cinta dan doa sehingga penulis dapat
menyelesaikan Skripsi ini.
8. Adikku Clara Damba Mutiara terima kasih untuk semua dukungan dan cinta.
9. Devania Claudia Monica, terima kasih atas kasih sayang, doa, cinta
,kesabaran dan motivasi yang selalu menemani hari-hariku. Semoga
keindahan ini selalu terjaga di dalam nama Tuhan Yesus.
10. Teman-teman seperjuangan Bernadus Maswasano, Gregorius Agung Septian
Kurniaji terima kasih untuk dukungan dan bantuan dalam pembuatan kincir
angin ini.
11. Teman-teman sekelas (Dwi, Anggi, Arko, Juanda,Ferdi,Damar, Brian Satria,
Andra, Wilson, Candra, Yerikho, Bowo, Yoseph, Maccabe, Brian, Evan, Rio,
Dedo). Terima kasih atas kebersamaan dan kenangan-kenangan indah.
12. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin, angkatan 2012 khususnya, yang yang
telah memberi saran, kritik, nasehat dan dukungan kepada penulis dalam
penyelesaian Skripsi ini.
13. Semua pihak yang tidak mungkin disebut satu per satu yang telah berperan
serta membantu penulis untuk dapat menyelesaikan Skripsi ini.
Penulis menyadari dalam penulisan Skripsi ini masih banyak kekurangan
yang perlu diperbaiki, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritikan yang
x
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
membangun untuk menyempurkan Skripsi. Akhir kata seperti penulis harapkan
semoga Skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.
Yogyakarta,9 September 2016
Penulis
xi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .............................................................................................................. i
TITTLE PAGE ......................................................................................................................... ii
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................................. iii
DAFTAR DEWAN PENGUJI ............................................................................................ iv
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ............................................................ v
LEMBAR PUBLIKASI ......................................................................................................... vi ABSTRAK ................................................................................................................................ vii
ABSTRACT ............................................................................................................................. viii
KATA PENGANTAR ........................................................................................................... ix
DAFTAR ISI ............................................................................................................................. xii
DAFTAR GAMBAR.............................................................................................................. xiv
DAFTAR TABEL ................................................................................................................. xvii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang .................................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah .............................................................................................. 2
1.3 Tujuan dan manfaat penelitian ....................................................................... 3
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1Dasar teori ............................................................................................................. 4
2.2Landasan Teori ..................................................................................................... 5
2.3Airfoil ..................................................................................................................... 6
2.4 Kincir Angin ........................................................................................................ 7
2.4.1Kincir Angin Poros Horizontal ............................................................ 7
2.4.2 Kincir Angin Poros Vertikal ............................................................... 8
2.5 Rumus Perhitungan............................................................................................ 11
2.5.1 Energi dan Daya Angin ................................................................... 11
2.5.2 Torsi Kincir Angin ........................................................................... 12
2.5.3 Daya Kincir Angin ........................................................................... 12
2.5.4Tip Speed Ratio................................................................................... 13
2.5.5 Koefisien Daya .................................................................................. 14
xii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Penelitian ............................................................................................ 15
3.2 Bahan Untuk Penelitian .................................................................................... 16
3.3 Alat Untuk Penelitian ........................................................................................ 19
3.4 Desain Kincir ....................................................................................................... 22
3.5 Perancangan kincir angin ................................................................................. 23
3.6 Variabel yang Diukur ........................................................................................ 24
3.7 Parameter yang Dihitung ................................................................................. 24
3.8 Langkah Penelitian ............................................................................................ 24
BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Penelitian ......................................................................................... 27
4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ................................................................. 31
4.2.1 Perhitungan Torsi 31
4.2.2 Perhitungan Daya Kincir 31
4.2.3 Perhitungan tip speed ratio 32
4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya 32
4.3 Hasil Perhitungan ............................................................................................... 32
4.4 Grafik Hasil Perhitungan ................................................................................. 36
4.5 Grafik Perbandingan dengan Variasi Diameter 50 cm dan 70 cm ....... 51
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan .......................................................................................................... 53
5.2 Saran ...................................................................................................................... 54
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................ 55
LAMPIRAN .............................................................................................................................. 56
xiii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bagian-bagian Airfoil .................................................................................... 5
Gambar 2.2 American Windmill ......................................................................................... 7
Gambar 2.3 Dutch Four Arm .............................................................................................. 7
Gambar 2.4 Kincir Angin Darrieus ................................................................................... 9
Gambar 2.5 Kincir Angin Giromill ................................................................................. 10
Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin ........................................ 15
Gambar 3.2 Bentuk sudu kincir angin giromill ........................................................... 17
Gambar 3.3 Pengikat sudu dengan dudukan sudu ...................................................... 18
Gambar 3.4 Dudukan sudu … .......................................................................................... 18
Gambar 3.5 Poros utama kincir … .................................................................................. 18
Gambar 3.6 Fan Blower ..................................................................................................... 19
Gambar 3.7 Anemometer ................................................................................................... 20
Gambar 3.8 Tachometer ..................................................................................................... 20
Gambar 3.9 Sistem Pengereman ...................................................................................... 21
Gambar 3.10 Neraca Pegas .................................................................................................. 21
Gambar 3.11 Desain kincir .................................................................................................. 22
Gambar 3.12 Sudu kincir yang sudah diberi triplek ..................................................... 23
Gambar 3.13 Desain kincir angin giromill ...................................................................... 24
Gambar 3.14 Skema pengambilan data kincir angin .................................................... 25
Gambar 3.15 Skema susunan alat untuk pengujian ...................................................... 25
Gambar 4.1 Grafik hubungan putaran kincir dengan torsi kincir angin giromil empat sudu variasi diameter 70 cm ..................................................................................... 37
xiv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Gambar 4.2 Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin
giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm 38
Gambar 4.3 Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin
giromill empat sudu variasi diameter 50 cm 39
Gambar 4.4 Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin
giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm 40
Gambar 4.5 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill
empat sudu variasi diameter 70 cm 41
Gambar 4.6 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill tiga
sudu variasi diameter 70 cm 42
Gambar 4.7 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill
empat sudu variasi diameter 50 cm 43
Gambar 4.8 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill tiga
sudu variasi diameter 50 cm 44
Gambar 4.9 Grafik hubungan koefisien daya ( )dan λ kincir angin giromill
empat sudu variasi diameter 70 cm 45 Gambar 4.10 Grafik hubungan koefisien daya ( )dengan λ kincir angin
giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm ............................................. 46 Gambar 4.11 Grafik hubungan koefisien daya ( )dengan λ kincir angin
giromill empat sudu variasi diameter 50 cm ........................................ 48 Gambar 4.12 Grafik hubungan koefisien daya ( )dengan λ kincir angin
giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm ............................................. 49
Gambar 4.13 Grafik hubungan daya output ( ) dan Torsi pada kincir
angin giromill empat sudu dan tiga sudu dengan variasi
diameter 50 cm dan 70 cm 51
Gambar 4.14 Grafik hubungan koefiesien daya( )dan tip speed ratio (λ)
pada kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu variasi
diameter 50 cm dan 70 cm ......................................................................... 52
xv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data penelitian kincir angin giromill empat sudu diameter 70 cm ...... 27
Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin giromill tiga sudu diameter 70 cm........... 28
Tabel 4.3 Data penelitian kincir angin giromill empat sudu diameter 50 cm ...... 29
Tabel 4.4 Data penelitian kincir angin giromill tiga sudu diameter 50 cm........... 30
Tabel 4.5 Data perhitungan empat sudu dengan variasi diameter 70 cm .............. 33
Tabel 4.6 Data perhitungan tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm .................. 34
Tabel 4.7 Data perhitungan empat sudu dengan variasi diameter 50 cm .............. 35
Tabel 4.8 Data perhitungan tiga sudu dengan variasi diameter 50 cm .................. 36
xvii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Turbin angin yang juga dikenal dengan sebutan kincir angin merupakan sarana
pengubah energi kinetik menjadi energi mekanik untuk memutar generator listrik.
Sejarah penggunaan energi angin dimulai sejak abad ke-17 SM dan terbesar di
berbagai Negara, seperti: Persia, Babilonia, China dan di benua Eropa dengan
berbagai bentuk rancangan. Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk
mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi,
keperluan irigasi dan lain-lain.
Kini turbin angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan
listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi. Walaupun
sampai saat ini pembangunan turbin angin masih belum dapat menyaingi
pembangkit listrik konvensional (seperti PLTD, PLTU dan lain-lain), untuk
sekarang turbin angin masih dikembangkan oleh para ilmuwan karena menurut
perkiraan dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah
kekurangan sumber daya alam tak dapat diperbaharui (seperti batubara, minyak
bumi) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan listrik sebagai energi alternatif.
Masing-masing sumber energi alternatif memiliki kelebihan dan kekurangan,
dan diharapkan bahwa satu atau lebih dari sumber energi terbarukan suatu hari
nanti dapat menjadi sumber energi jauh lebih baik dibandingkan konvensional. Indonesia, negara kepulauan yang 2/3 wilayahnya adalah lautan dan mempunyai
garis pantai terpanjang di dunia yaitu ± 80.791,42 km merupakan wilayah
potensial untuk pengembangan pembangkit listrik tenaga angin, namun sayang
potensi ini nampaknya belum dilirik oleh pemerintah.
Kincir angin dibedakan dalam dua jenis berdasarkan sumbu putarnya, yaitu
kincir anginsumbu vertikal dan kincir angin sumbu horizontal. Salah satu jenis
kincir angin vertikal adalah kincir angin Giromill
1
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
Kincir angin Giromill memiliki bentuk sudu yang menyerupai konstruksi sayap
pesawat. Giromill umumnya memerlukan kecepatan angin yang lebih tinggi untuk
pergerakan awalnya,dan kadang-kadang memerlukan penggerak mula (prime
mover) .
Namun sayang karakteristik dari kincir angin Giromill belum diketahui secara
pasti dan belum tercantum di dalam naskah naskah yang tersedia. Oleh karena itu
penelitian ini dimaksudkan untuk mengetahui karakteristik dari model kincir ini,
yaitu hubungan antara koefisien daya (Cp) dan tip speed ratio (tsr) yang dihasilkan
kincir angin Giromill.
Penelitian ini mengambil judul “Unjuk Kerja Kincir angin Giromill Dengan
Sudu NACA 0015 dan panjang chord 12 cm”. Diameter model kincir angin yang
diteliti dibuat dalam dua variasi yaitu 50 cm dan 70 cm dan memiliki 3 dan 4
sudu. Variasi ini dimaksudkan untuk mengetahui model kincir mana yang
mempunyai unjuk kerja yang paling baik.
1.2 Rumusan Masalah
Permasalahan yang dapat dirumuskan pada karakteristik kincir angin Giromill
tiga dan empat sudu dengan variasi diameter di tiap sudunya adalah sebagai
berikut: a. Indonesia adalah negara kepulauan dan memiliki garis pantai yang sangat luas,
dimana 2/3 bagian dari wilayah Indonesia adalah lautan. Indonesia mempunyai
energi angin yang sangat melimpah, namun energi angin tersebut memiliki
kecepatan rendah. b. Jika tidak dimanfaatkan secara baik, energi fosil akan segera habis. Energi
terbarukan diperlukan untuk menggantikan ketersediaan energi konvensional
di Indonesia. c. Energi yang ramah lingkungan perlu ditingkatkan pemanfaatannya di
Indonesia. Disamping menghemat energi fosil, juga dapat mengurangi
kerusakan alam akibat penggunaan energi yang tidak ramah lingkungan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
d. Kincir angin adalah salah satu contoh energi terbarukan yang cocok untuk
alam Indonesia. e. Terdapat berbagai jenis kincir angin dilihat dari bentuk porosnya, yaitu kincir
angin poros vertikal dan poros horizontal. Salah satu kincir angin poros
vertikal adalah kincir angin Giromill. f. Karakteristik kincir angin Giromill belum diketahui secara pasti dan belum
tercantum di dalam naskah-naskah yang tersedia sehingga perlu dicari melalui
penelitian ini.
1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian
1.3.1 Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian kincir angin ini adalah :
a. Membuat model kincir angin tipe Giromill dengan Airfoil NACA 0015
ukuran 12 mm dan tinggi 80 cm dengan empat variasi yaitu empat sudu
dengan diameter 70 cm dan 50 cm , serta tiga sudu dengan diameter 70 cm
dan 50 cm b. Mengetahui unjuk kerja kincir angin giromill tiga sudu dengan diameter 70
cm dan 50 cm c. Mengetahui unjuk kerja kincir angin giromill empat sudu dengan diameter 70
cm dan 50 cm d. Mendapatkan hubungan hasil penelitian koefisien daya yang didapat terhadap
tip speed ratio (tsr)
1.3.2 Manfaat
Manfaat yang bisa didapat dari penelitian kincir angin tipe Giromill dengan 3
dan 4 sudu Airfoil NACA 0015 ukuran 12 mm dengan diameter 70 cm dan
50 cm ini adalah : a. Dapat dipergunakan sebagai sumber informasi bagi masyarakat luas agar bisa
dikembangkan sebagai alternatif pembangkit listrik b. Menambah kepustakaan di bidang energi terbarukan c. Menambah referensi untuk kincir angin tipe Giromill
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Dasar Teori
Energi merupakan suatu kekuatan yang dimiliki oleh suatu zat sehingga
zat tersebut mempunyai pengaruh pada keadaan sekitarnya. Energi angin yang
jumlahnya sangat tak terbatas dan banyak dimanfaatkan untuk meringankan kerja
manusia. Angin memberikan energi gerak sehingga mampu mengerakan energi
kincir angin, perahu layar dan bahkan bisa dimanfaatkan untuk pembangkit energi
listrik yang berupa turbin angin. Keberadaan energi angin ini terdapat di atmosfer
atau lapisan udara bumi yang mengandung banyak partikel udara dan gas.
Kondisi atmosfer atau lapisan udara yang menyelimuti bumi mengandung
berbagai macam molekul gas dan terdiri dari beberapa lapisan. Lapisan atmosfer
yang paling terendah berupa troposfer. Lapisan troposfer sangat tipis bila
dibandingkan dengan diameter bumi. Pada troposfer, semua peristiwa cuaca
seperti angin terjadi.
Energi angin merupakan sumber daya alam yang terbarukan yang memiliki
jumlah tidak terbatas di sekitar permukaan bumi. Energi angin adalah energi yang
terkandung pada massa udara yang bergerak. Energi angin berasal dari energi
matahari. Pemanasan bumi oleh sinar matahari menyebabkan perbedaan massa
jenis ( ) pada udara. Perbedaan massa jenis ini menyebabkan perbedaan tekanan
pada udara sehingga akan terjadi aliran fluida dan menghasilkan angin. Kondisi
aliran angin dipengaruhi oleh medan atau permukaan bumi yang dilalui oleh aliran
angin dan perbedaan temperatur permukaan bumi.
4
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
2.2 Landasan Teori
Giromill sangat terkenal untuk bentuk dan desain sudu yang sederhana,
perbedaan kincir angin giromill dengan Darrieus terletak pada sudu yang
melengkung dari sumbu atas sampai bawah, sedangkan giromill bentuk sudu yang
vertikal dengan penopang atas dan bawah sudu, untuk perbedaan dengan H-Rotor
adalah batang penyangga sudu yang diletakkan diporos utama. Beberapa
penelitian yang dilakukan dengan kincir angin giromill menggunakan bentuk sudu
airfoil yang simetris seperti NACA 0015 dan NACA 0018, mendapatkan daya
output yang besar di tip speed ratio yang rendah. Cara kerja kincir angin giromil
tidak berbeda dengan kincir angin Darrieus, angin yang datang akan langsung
mendorong sudu,sudu yang aerodinamis akan lebih berpengaruh terhadap gaya
dorong sudu.
Pada tahun 2010, M Samanaudy, Ghorab dan Youssef meneliti tentang
kincir angin giromill dengan variasi sudut pemasangan, jumlah sudu, model airfoil
(NACA 0024 NACA 4420 NACA 4520) dan panjang chord. Dalam penelitian
yang dilakukan M Samanaudy, Ghorab dan Youssef, koefisien daya maksimum
sebesar 25% menggunakan tipe airfoil simetris NACA 0024 dengan panjang
chord 15 cm , sudut pemasangan 10º dan menggunakan empat sudu. Untuk airfoil
simetris seperti NACA 0024 dalam pengujian ini diperoleh koefisien daya
maksimum sebesar 25% pada tip speed ratio optimal 1,4 dengan variasi pitch
angle 100, dan menggunakan empat sudut, sedangkan untuk penelitian variasi
model airfoil non simetris NACA 4420, pada kondisi yang sama diperoleh
koefisien daya maksimum 16% pada tip speed ratio optimal 1,2 , dan pengujian
NACA 4520 diperoleh koefisien daya maksimal 13 % pada tip speed ratio optimal
1.1. penelitian yang dilakukan oleh M Samanaudy, Ghorab dan Youssef
menunjukan bahwa airfoil simetris bisa mencapai koefisien daya tertinggi
dibandingkan dengan airfoil non simetris seperti NACA 4420 dan NACA 4520.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
2.3 Airfoil
Airfoil adalah bentuk penampang dari suatu sayap pesawat yang dapat
menghasilkan gaya angkat (lift) atau efek aerodinamika ketika melewati suatu
aliran udara. Airfoil merupakan bentuk dari potongan melintang sayap yang
dihasilkan oleh perpotongan tegak lurus sayap terhadap pesawat, dengan kata lain
airfoil merupakan bentuk sayap secara dua dimensi seperti pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Bagian-bagian dari airfoil
(Sumber: http.gws_rd=cr,ssl&ei=CY3zV9jKE8XpvAS54L4Bw#q)
Dari Gambar 2.1 , dapat dijelaskan terminologi airfoil sebagai berikut :
a. Leading edge, merupakan bagian permukaan paling depan dari airfoil.
b. Trailing edge, merupakan bagian permukan paling belakang dari airfoil.
c. Mean chamber line, merupakan garis pertengahan yang membagi antara
permukaan bagian atas dan permukaan bagian bawah dari airfoil.
d. Chord line, merupakan garis lurus yang menghubungkan leading
edge dan trailing edge.
e. Chord, merupakan perpanjangan dari chord line mulai dari leading edge
hingga trailing edge. Dengan kata lain, chord adalah karakteristik
dimensi longitudinal dari suatu airfoil.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
f. Maximum chamber, merupakan jarak antara mean chamber line dengan
chord line. Maximum chamber membantu mendefinisikan bentuk dari
mean chamber line.
g. Maximum thickness, merupakan ketebalan maksimum dari suatu airfoil,
dan menunjukkan persentase dari chord. Maximum thickness membantu
mendefinisikan bentuk dari airfoil dan juga performa dari airfoil
tersebut. 2.4 Kincir Angin
Kincir angin adalah sebuah alat yang digerakan oleh tenaga angin
sehingga menghasilkan energi mekanik atau gerak. Kincir angin dulunya banyak
ditemukan di negara-negara Eropa. Khususnya Belanda dan Denmark yang waktu
itu banyak digunakan untuk irigasi, menumbuk hasil pertanian, penggilingan
gandum dan pembangkit tenaga listrik. Secara umum kincir angin digolongkan
menjadi dua jenis menurut porosnya: kincir angin poros horizontal dan kincir
angin poros vertikal.
2.4.1 Kincir Angin Poros Horizontal
Kincir angin poros horizontal atau propeler adalah kincir angin yang
memiliki poros sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai dengan arah
angin. Kincir angin poros horizontal ini memiliki jumlah sudu lebih dari dua,
kincir angin ini dapat berputar dikarenakan adanya gaya aerodinamis yang bekerja
pada suatu kincir.
Beberapa jenis kincir dengan poros horizontal:
a. American Windmill
American windmill atau wind engine dirancang oleh Daniel Halladay pada
tahun 1854. Sebagian besar digunakan untuk mengangkat air dari sumur,
sedangkan untuk versi yang lebih besar digunakan untuk penembakan dan
penggilingan gabah serta memotong jerami.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
Gambar 2.2 American Windmill
(Sumber :pinterest.com)
b. Dutch Four Arm
Desain rancangan kincir angin ini bisa dibilang sederhana, dan mungkin awal
dari rancangan kincir angin yang asli, karena bentuk dan bahan materialnya pun
dari kayu dan tanah liat serta jumlah sudunya model ini sangat terkenal di
Belanda hingga kita menyebutnya negara kincir angin.
Gambar 2.3 Dutch Four Arm
(Sumber :pinterest.com)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
Kekurangan dan kelebihan kincir angin poros horizontal.
Kelebihan kincir angin poros horizontal :
a. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu berada
di atas menara.
b. Tidak memerlukan sudut orientasi.
c. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi.
d. Setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan angin meningkat 20% ke atas.
e. Tidak memerlukan karakteristik angin karena arah angin langsung
menuju rotor.
f. Banyak digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik.
Kekurangan kincir angin poros horizontal :
a. Kontruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menahan generator dan
gearbox yang berat.
b. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikan dengan arah
angin.
2.4.2 Kincir Angin Poros Vertikal
Kincir angin poros vertikal adalah salah satu jenis kincir yang posisi
porosnya lurus dengan arah angin atau dengan kata lain kincir jenis ini dapat
mengkonversi tenaga angin dari segala arah kecuali arah angin dari atas atau
bawah. Kincir jenis ini menghasilkan torsi yang lebih besar dari pada kincir angin
poros horizontal.
Beberapa jenis kincir angin poros vertikal:
a. Kincir angin Darrius
Kincir angin Darrius sama seperti model Savonius namun desain sudu
menggunakan sistem aerofoil. Desain ini dipatenkan oleh Georges Jean Marie
Darrieus, seorang insinyur aeronautika dari Perancis pada tahun 1931. Ada jenis
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
lain yang menyerupai kincir angin Darrieus hanya sudunya yang tegak lurus dan
aerofoil di sudunya, dinamakan Giromill atau H-Rotor.
Gambar 2.4 Kincir angin Darrius
(Sumber :pinterest.com)
b. Kincir angin Giromill
Kincir angin Girromill mempunyai konstruksi dan karakteristik yang mirip
dengan tipe Darrius, bedanya hanya pada posisi rotor, dimana untuk turbin
angin Giromill, sudu sama–sama menggunakan profil propeller dan dipasang
tegak sejajar dengan poros. Sedangkan pada tipe Darrius, sudu propeller
dipasangkan melengkung. Dalam aplikasi turbin angin Darrius umumnya
memerlukan kecepatan angin awal yang lebih tinggi untuk start up dan
kadang-kadang memerlukan penggerak mula (prime mover) untuk start up
dan penggerak mula akan berhenti setelah dicapai batas minimum untuk
menggerakan turbin secara mandiri.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
Gambar 2.5 Kincir angin Giromill
(Sumber :pinterest.com)
Kelebihan dan kekurangan kincir angin poros vertikal:
Kelebihan kincir angin poros vertikal :
a. Dapat menerima arah angin dari segala arah. b. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar. c. Memiliki torsi yang besar pada putaran rendah. d. Tidak perlu mengatur sudut-sudut untuk menggerakan sebuah generator.
Kekurangan kincir angin poros vertikal :
a. Bekerja pada putaran rendah sehingga energi yang dihasilkan kecil. b. Hanya dapat mengkonversi energi angin 50% dikarenakan adanya gaya
drag tambahan. c. Dipasang di tempat rendah sehingga faktor keselamatan perlu
diperhatikan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
2.5 RUMUS PERHITUNGAN
Berikut ini adalah rumus-rumus yang dipergunakan dalam perhitungan
unjuk kerja kincir angin :
2.5.1 Energi dan Daya Angin
Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik yang dirumuskan berikut
ini :
(1)
dengan :
adalah energi kinetik (joule).
adalah massa ( )
adalah kecepatan angin (
Dari Persamaan (1) , dapat diketahui daya adalah energi per satuan waktu (J/s)
maka persamaan tersebut dapat ditulis menjadi :
(2)
dengan :
adalah daya yang dihasilkan angin ( J/s = watt).
adalah massa udara yang mengalir per satuan waktu (kg/s).
adalah satuan waktu (s).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
dimana :
(3)
dengan :
adalah massa jenis udara (kg/m3).
adalah luas frontal kincir (m2).
Dengan substitusi, Persamaan (2) dan Persamaan (3), daya angin ( ) dapat
dirumuskan menjadi :
disederhanakan menjadi :
(4)
2.5.2 Torsi Kincir angin
Torsi sebuah kincir angin dapat dihitung menggunakan persamaan (Yanus A.
Cengel, 2006, hal. 38) :
(5)
dengan :
adalah torsi (Nm).
adalah jarak lengan torsi (m).
adalah gaya pengimbang (N).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
2.5.3 Daya Kincir angin
Daya kincir angin adalah daya yang dihasilkan oleh poros kincir akibat energi
angin yang melintasi sudu-sudu kincir. Berdasarkan penelitan yang dilakukan oleh
seorang ilmuan Jerman bernama Albert Betz, didapatkan efisiensi maksimum
kincir angin, yaitu sebesar 59,3 % angka ini disebut betz limit.
Rumusan teori daya kincir yang dihasilkan oleh gerak melingkar pada poros kincir
angin adalah :
(6)
dengan :
adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt).
adalah torsi (Nm).
adalah kecepatan sudut (rad/s).
Dengan demikian daya yang dihasilkan oleh kincir dinyatakan dengan persamaan:
(7)
dengan :
adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt)
adalah putaran poros (rpm)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
2.5.4 Tip Speed Ratio (λ)
Tip speed ratio (λ) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir angin
yang berputar melingkar dengan kecepatan angin yang melewatinya, dapat
dirumuskan :
yang disederhanakan menjadi :
(8)
dengan :
adalah jari-jari kincir (m)
adalah putaran poros (rpm)
adalah kecepatan angin (m/s)
2.5.5. Koefisien Daya (Cp)
Koefisien daya atau power coefficient (Cp) adalah perbandingan antara daya yang
dihasilkan oleh kincir angin ( ) dengan daya yang dihasilkan oleh angin ( ) .
Rumusnya adalah :
(9)
dengan :
adalah daya yang dihasilkan kincir (watt)
adalah daya yang dihasilkan angin (watt)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Penelitian
Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perencanaan kincir hingga
analisis data. Langkah kerja dalam penelitian ini dalam bentuk gambar diagram
alirseperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.1.
Mulai
Perencanaan Pembuatan Kincir Angin Giromill dengan Sudu NACA
Pembuatan Kincir Angin Giromill dengan sudu NACA dengan panjang chord 12 cm
Pengujian dan Pengambilan data, (untuk mengetahui kecepatan kincir, kecepatan angin dan beban pengereman) pada kincir
Pengolahan data
(untuk mencari hubungan putaran poros dan torsi, daya output dan torsi serta
koefisien daya dan tip speed ratio)
Analisa serta pembahasan data dan pembuatan naskah skripsi
Selesai
Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian kincir angin
16
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
Ada tiga jenis perlakuan metode untuk melakukan penelitian ini, yaitu :
1. Penelitian Kepustakaan (Library Research)
Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur –literatur
yang berhubungan dengan penulisan tugas akhir ini serta dapat dipertanggung
jawabkan kebenarannya. 2. Pembuatan Alat
Pembuatan alat uji kincir angin tipe propeler dilakukan di Laboratorium
konversi energi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Kincir yang sudah jadi
dipasang pada wind tunnel dan motor listrik sebagai sumber tenaga untuk
menghasilkan tenaga angin untuk memutar kincir. 3. Pengamatan Secara Langsung (Observasi)
Metode observasi ini dilakukan dengan mengamati secara langsung
terhadap objek yang diteliti yaitu kincir angin jenis propeler pada wind tunnel.
3.2Bahan penelitian
Bahan- bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
a. Bahan untuk sudu kincir angin
Sudu-sudu menggunakan bahan papan triplek (plywood) ukuran 12 mm yang
sudah dipotong dengan pola NACA 0015 dan disusun menggunakan rangka
alumunium dan stainless steel dengan tinggi 80 cm, untuk lebih kuat bagian
sela antara triplek (plywood) satu dengan lain diberi potongan triplek
(polywood) dengan ketebalan 3 mm. Bentuk sudu dapat dilihat pada Gambar
3.2. b. Bahan untuk pengikat ujung sudu kincir.
Pada masing- masing ujung sudu terdapat alumunium dengan ketebalan 5 mm
dan panjang 20 cm digunakan untuk mengikat sudu dengan dudukan sudu.
c. Bahan untuk dudukan sudu
Dudukan sudu seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.4 merupakan komponen
yang berfungsi sebagai pengikat dan tumpuan sudu. Dudukan sudu memiliki
lubang disetiap sudutnya. Terdapat enam lubang disetiap satu sudu
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
yang dipakai untuk mengikat sudu dengan dudukan sudu.Terdapat pula dua
dudukan sudu yang dipasang di atas dan di bawah sudu. Dudukan sudu
terbuat dari papan triplek (plywood) dengan ketebalan 12 mm dan diameter
70 cm.
d. Bahan untuk poros utama kincir
Poros utama kincir seperti yang terdapat pada Gambar 3.5 terdapat di tengah
kincir antara dudukan sudu bawah dan atas. Bahan poros utama adalah pipa
pvc ukuran 1inch dengan panjang 90 cm dan dilapisi dengan potongan pipa
pvc di luarnya untuk menahan dudukan sudu bagian atas dan bawah.
(a) (b)
Gambar 3.2 Bentuk sudu kincir angin giromill
a) rangka sudu, b) rangka sudu yang sudah dilapisi triplek (polywood)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
Gambar 3.3 Pengikat sudu dengan dudukan sudu
Gambar 3.4 Dudukan Sudu
Gambar 3.5 Poros Utama Kincir
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
3.3 Alat untuk penelitian
Alat-alat yang digunakan untuk pembuatan kincir angin dan penelitian
meliputi beberapa bagian, yaitu :
a. Alat kerja utama :
1. Mesin bor
2. Mesin Gerinda
3. Gergaji
4. Palu b. Alat kerja tambahan dan alat bantu pengukuran :
1. Fan blower
Fan blower berfungsi untuk menghisap udara yang akan disalurkan ke wind
tunnel, fan blower dengan daya penggerak motor 5,5 kW. Gambar 3.6 akan
menunjukan bentuk dari fan blower.
Gambar 3.6 Fan blower
2. Anemometer
Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan angin , dan juga
digunakan untuk mengukur suhu angin di sekitar lingkungan. Gambar 3.7
menunjukan bentuk dari anemometer.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
3. Tachometer
Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan
putaran poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (revolution per minute).
Jenis tachometer yang digunakan adalah digital tachometer , cara kerjanya cukup
sederhana meliputi 3 bagian, yaitu: sensor,pengolah data dan penampil. Gambar
3.8 menunjukan bentuk tachometer.
Gambar 3.7 Anemometer
Gambar 3.8 Tachometer
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
1. Sistem Pengereman
Sistem pengereman seperti pada Gambar 3.9 berfungsi sebagai beban
pada putaran kincir. Sistem pengereman ini digunakan untuk mengetahui besarnya
torsi dan kecepatan putaran kincir angin.
Gambar 3.9 Sistem Pengereman
5. Neraca pegas
Neraca pegas digunakan untuk mengetahui beban pengereman pada kincir
pada saat kincir angin berputar. Gambar 3.10 menunjukan bentuk dari neraca
pegas yang digunakan dalam penelitian. Neraca pegas ini diletakan pada bagian
sistem pengereman dan dihubungkan dengan kopling dengan jarak yang telah
disesuaikan.
Gambar 3.10 Neraca pegas
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
c.Penopang kincir
Penopang kincir berfungsi sebagai penopang sudu, agar kincir dapat
berputar. Poros kincir ini juga sebagai penghubung antara kincir dengan sistem
pengereman yang dihubungkan dengan poros penyambung.
3.4 Desain Kincir
Desain kincir angin seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.11 adalah sudu
kincir angin giromill dengan penampang airfoil NACA 0015 dan panjang chord
15 cm yang belum ditutupi plat seng dan pada Gambar 3.12 adalah sudu kincir
yang sudah diberi pembatas berupa triplek .
Gambar 3.11 Desain kincir
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
Gambar 3.12 Sudu kincir yang sudah diberi triplek
3.5. PERANCANGAN KINCIR ANGIN
Dalam perancangan ini, parameter yang sudah diketahui adalah :
a. Diameter Kincir b. Tinggi Kincir c. Panjang Airfoil d. Jumlah Sudu
= 70 cm dan 50 cm = 80 cm = 12 cm = 3 dan 4
Sudu kincir angin Giromill tersusun dari triplek yang sudah berpola NACA
0015, kemudian diberi lubang untuk rangka depan stainless steel dan rangka
belakang alumunium, bagian sela antara triplek satu dan lainnya diberi penguat
berupa triplek 3 mm diikat dengan bendrat. Untuk pengikat antara ujung sudu dan
penopang sudu menggunakan alumunium dengan panjang 20 cm dan direkatkan
di bagian atas dan bawah sudu dengan cara diberi baut dan diikat dengan kawat.
Pelapisan plat seng harus sesuai pola NACA 0015, plat seng ditekuk dan di paku
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
dan di beri lem di bagian ekor sebagai pengikat. Gambar 3.13 adalah contoh
desain kincir angin giromill.
Gambar 3.13 Desain kincir angin giromill
3.6. VARIABEL YANG DIUKUR
Data yang diambil dari percobaan ini adalah sebagai berikut :
a. Kecepatan angin (m/s) b. Putaran poros (rpm) c. Gaya pengimbang (N)
3.7. PARAMETER YANG DIHITUNG
Untuk mendapat karakteristik yang diperoleh saat penelitian
digunakanlah parameter sebagai berikut :
a. Daya angin (Pin) b. Daya kincir (Pout) c. Gaya pengimbang / torsi (N) d. Koefisien daya (Cp)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
3.8.LANGKAH PENELITIAN
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium konversi energi program studi
Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma, dengan memakai fan blower
berkapasitas 5.5 kW. Pengambilan data kecepatan angin diambil sebanyak 30 kali
sebelum pengambilan data kecepatan poros dan gaya pengimbang. Gambar 3.14
menunjukan skema pengambilan data kecepatan angin dengan anemometer dan
Gambar 3.15 menunjukan skema pengujian
Gambar 3.14 Skema pengambilan data kecepatan angin
Gambar 3.15 Skema susunan alat untuk pengujian
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
Langkah pertama sebelum pengujian adalah pemasangan kincir angin pada
penopang kincir angin, dan memasang sistem pengereman yang terletak di rangka
bagian atas tiang penyangga yang terhubung pada poros utama kincir. Langkah
langkah dalam pengambilan data adalah sebagai berikut :
a. Poros kincir dihubungkan dengan mekanisme pengereman. b. Proses pengambilan data kecepatan angin dilakukan dengan memasangkan
anemometer di depan fan blower sejauh 2 m. c. Pengambilan data kecepatan angin dilakukan sebanyak tiga puluh kali. d. Fan blower dihidupkan guna pengukuran kecepatan angin. e. Mematikan fan blower setelah tiga puluh kali pengambilan data kecepatan
angin. f. Memposisikan kincir angin sejajar dengan fan blower dengan jarak 2 m di
depan fan blower. g. Pemasangan neraca pegas dengan tali nylon dan menghubungkan lengan dari
sistem pengereman. h. Menghidupkan fan blower. i. Pada percobaan pertama dengan empat sudu dan tiga sudu dengan variasi
diameter 70 cm. j. Mekanisme pengereman menggunakan karet sebagai pegas untuk
pengereman dan untuk mengetahui besar torsi dinamis pada penelitian. k. Mengukur kecepatan poros di bagian bawah kincir dengan tachometer,
pengambilan data dilakukan dengan rata rata kecepatan putaran poros yang
tertulis di tachometer. l. Mengamati selama waktu yang ditentukan. m. Mengulang kembali langkah ke 2 hingga ke 12 untuk variasi sudu yang
berikutnya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB IV
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Penelitian
Berikut ini adalah hasil data dari penelitian kincir angin Giromill empat sudu
dan tiga sudu dengan dua variasi diameter. Data yang diperoleh dapat dilihat pada
Tabel 4.1 , Tabel 4.2 , Tabel 4.3, Tabel 4.4 .
Tabel 4.1 Data penelitian kincir angin giromill empat sudu
diameter 70 cm v = 8,29 m/s
No Putaran Poros Beban n (rpm) f (gram)
1 313,1 0
315,5 0
319,0 0
2 307,0 80
310,3 80
299,2 80
3 290,4 230
284,9 230
276,6 230
4 250,7 360
250,0 360
256,5 360
5 248,1 450
243,1 450
242,4 450
6 227,9 510
228,3 510
227,8 510
7 192,7 620
187,4 620
190,1 620
8 160,3 640
152,7 640
142,8 640
28
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin giromill tiga sudu diameter 70 cm v = 8,515 m/s
No Putaran Poros Beban n (rpm) f (gram)
1 352,9 0
358,1 0
363,9 0
2 350,1 100
347,7 100
346,6 100
3 328,2 210
324,7 210
324,3 210
4 281,6 270
271,5 270
268,3 270
5 259,6 400
263,9 400
253,7 400
6 230,9 500
219,9 500
217,9 500
7 187,1 570
190,4 570
192,1 570
8 173,3 620
161,7 620
156,1 620
9 142,4 660
139,1 660
107,1 660
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
Tabel 4.3 Data penelitian kincir angin giromill empat sudu diameter 50 cm v = 8,274 m/s
No Putaran Poros Beban n (rpm) f (gram)
1 305,1 0
304,1 0
308,2 0
2 288,2 80
282,2 80
283,5 80
3 278,6 140
278,4 140
270,5 140
4 266,8 200
265,9 200
267,3 200
5 237,1 250
233,0 250
220,5 250
6 198,6 300
197,8 300
194,0 300
7 186,9 350
188,3 350
185,8 350
8 174,8 420
160,1 420
154,3 420
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
Tabel 4.4 Data penelitian kincir angin giromill tiga sudu
diameter 50 cm v = 8,55 m/s
No Putaran Poros Beban n (rpm) f (gram)
1 304,0 0
306,2 0
310,8 0
2 284,6 90
281,8 90
281,5 90
3 274,2 120
275,0 120
273,7 120
4 268,9 170
263,3 170
258,5 170
5 256,1 210
251,9 210
244,9 210
6 215,8 260
197,5 260
183,7 260
7 180,1 320
181,2 320
178,1 320
8 170,4 360
164,4 360
136,2 360
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan
Pengolahan data menggunakan berbagai asumsi untuk mempermudah dalam
proses perhitungan, yaitu sebagai berikut :
a. Percepatan gravitasi bumi b.
Massa jenis udara
4.2.1 Perhitungan Torsi
Contoh perhitungan torsi, data diambil dari pengujian yang dilakukan dari
Tabel 4.5 pada pengujian ke empat dan pembebanan yang ke dua. Dari data yang
diperoleh, besaran gaya dalam satuan Newton adalah (F) = 0,78 Newton dan jarak
lengan torsi ke poros sebesar 0,1 m. Nilai torsi dapat dihitung sebagai berikut :
T = F . l
= (0,78) . (0,1)
= 0,08 N.m
Jadi, nilai torsi yang dihasilkan adalah sebesar 0,08 N.m
4.2.2 Perhitungan Daya Kincir
Contoh perhitungan untuk daya kincir (Pout), data diambil dari Tabel 4.5
pada pengujian ke empat dan pembebanan yang ke dua. Diperoleh kecepatan
angin sebesar8,29m/s, putaran poros (n) sebesar 307 rpm, dan torsi yang telah
diperhitungkan pada Sub Bab 4.2.1 adalah sebesar = 0,08 N.m. Besar nilai daya kincir dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
Pout = T . ω
= 0,08 .
.
30
= 0,08 . .(307) 30
= 2,52 watt
Jadi, nilai daya kincir yang diperoleh adalah sebesar 2,52 watt
4.2.3 Perhitungan tip speed ratio
= 9,81 m
/s2
= 1,18 kg/m3
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
Contoh perhitungan untuk tsr (λ), data diambil dari Tabel 4.5 pada pengujian
ke empat dan pembebanan yang ke dua. Diperoleh putaran poros kincir angin
dalam rad/s adalah sebesar 32,1 rad/s, jari jari kincir angin sebesar (r) = 0,35 m,
dan kecepatan angin sebesar 8.29 m
/s. Nilai tip speed ratio dapat dihitung
menggunakan rumus sebagai berikut : = .
λ
= (32,10 ). (0,35) 8,29
= 1,36
Jadi, nilai tip speed ratio yang diperoleh adalah 1,36
4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya
Contoh perhitungan koefisien daya (Cp), data diambil dari perhitugan diatas
yakni, besar nilai daya angin adalah 188,2 watt dan nilai dari daya yang dihasilkan
kincir angin pada Sub Bab 4.2.2 adalah sebesar 2,52 watt. Nilai koefisien daya
dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
Cp= x 100% = 188,22,52 x 100%
= 1,34 %
Jadi, nilai koefisien daya yang diperoleh adalah sebesar 0,016 %
4.3 Hasil Perhitungan
Pengujian kincir angin sumbu vertikal tipe giromill dengan sudu NACA
0015, panjang chord 12 cm, empat sudu dan tiga sudu, untuk dua variasi diameter:
50 cm dan 70 cm, yang sudah diuji ini diperoleh hasil data – data seperti yang
dapat dilihat pada Tabel 4.5, Tabel 4.6, Tabel 4.7 dan Tabel 4.8.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
Tabel 4.5 Perhitungan empat sudu variasi diameter 70 cm, v=8,29 m/s
Gaya Beban Kecepatan Daya Daya Tip
Koefisien
Output Speed Pengimbang(f) Torsi(T) Sudut( ) Angin Daya(Cp)
Kincir Ratio(λ)
N N.m rad/s watt watt %
0 0 32,79 188,2 0 1,38 0
0 0 33,04 188,2 0 1,39 0
0 0 33,41 188,2 0 1,41 0
0,78 0,078 32,15 188,2 2,52 1,36 1,34
0,78 0,078 32,49 188,2 2,55 1,37 1,35
0,78 0,078 31,33 188,2 2,46 1,32 1,31
2,26 0,226 30,41 188,2 6,86 1,28 3,65
2,26 0,226 29,83 188,2 6,73 1,26 3,58
2,26 0,226 28,97 188,2 6,54 1,22 3,47
3,53 0,353 26,25 188,2 9,27 1,11 4,93
3,53 0,353 26,18 188,2 9,25 1,11 4,91
3,53 0,353 26,86 188,2 9,49 1,13 5,04
4,41 0,441 25,98 188,2 11,47 1,10 6,09
4,41 0,441 25,46 188,2 11,24 1,07 5,97
4,41 0,441 25,38 188,2 11,21 1,07 5,95
5,00 0,500 23,87 188,2 11,94 1,01 6,34
5,00 0,500 23,91 188,2 11,96 1,01 6,35
5,00 0,500 23,86 188,2 11,93 1,01 6,34
6,08 0,608 20,18 188,2 12,27 0,85 6,52
6,08 0,608 19,62 188,2 11,94 0,83 6,34
6,08 0,608 19,91 188,2 12,11 0,84 6,43
6,28 0,628 16,79 188,2 10,54 0,71 5,60
6,28 0,628 15,99 188,2 10,04 0,68 5,33
6,28 0,628 14,95 188,2 9,39 0,63 4,99
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
Tabel 4.6 Data perhitungan tiga sudu variasi diameter 70 cm,v= 8,515 m/s.
Gaya Daya
Tip
Torsi Kecepatan Daya Outpu Koefisien Pengimbang Speed
(T) Sudut( ) Angin t Daya(Cp) (f) Ratio(λ)
Kincir
N N.m rad/s watt watt %
0 0 36,96 203,98 0 1,52 0
0 0 37,50 203,98 0 1,54 0
0 0 38,11 203,98 0 1,57 0
0,98 0,10 36,66 203,98 3,60 1,51 1,76
0,98 0,10 36,41 203,98 3,57 1,50 1,75
0,98 0,10 36,30 203,98 3,56 1,49 1,75
2,06 0,21 34,37 203,98 7,08 1,41 3,47
2,06 0,21 34,00 203,98 7,00 1,40 3,43
2,06 0,21 33,96 203,98 7,00 1,40 3,43
2,65 0,26 29,49 203,98 7,81 1,21 3,83
2,65 0,26 28,43 203,98 7,53 1,17 3,69
2,65 0,26 28,10 203,98 7,44 1,15 3,65
3,92 0,39 27,19 203,98 10,67 1,12 5,23
3,92 0,39 27,64 203,98 10,84 1,14 5,32
3,92 0,39 26,57 203,98 10,43 1,09 5,11
4,91 0,49 24,18 203,98 11,86 0,99 5,81
4,91 0,49 23,03 203,98 11,30 0,95 5,54
4,91 0,49 22,82 203,98 11,19 0,94 5,49
5,59 0,56 19,59 203,98 10,96 0,81 5,37
5,59 0,56 19,94 203,98 11,15 0,82 5,47
5,59 0,56 20,12 203,98 11,25 0,83 5,51
6,08 0,61 18,15 203,98 11,04 0,75 5,41
6,08 0,61 16,93 203,98 10,30 0,70 5,05
6,08 0,61 16,35 203,98 9,94 0,67 4,87
6,47 0,65 14,91 203,98 9,65 0,61 4,73
6,47 0,65 14,57 203,98 9,43 0,60 4,62
6,47 0,65 11,22 203,98 7,26 0,46 3,56
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
Tabel 4.7 Data perhitungan empat sudu variasi dimeter 50 cm,v= 8,27 m/s
Daya
Tip
Gaya Kecepatan Daya Speed Koefisien
Output Pengimbang(n) Torsi(f) Sudut( ) Angin Ratio Daya(Cp)
Kincir (λ)
N N.m rad/s watt watt %
0 0 31,95 133,5 0 0,97 0
0 0 31,85 133,5 0 0,96 0
0 0 32,27 133,5 0 0,98 0
0,78 0,08 30,18 133,5 2,37 0,91 1,77
0,78 0,08 29,55 133,5 2,32 0,89 1,74
0,78 0,08 29,69 133,5 2,33 0,90 1,75
1,37 0,14 29,17 133,5 4,01 0,88 3,00
1,37 0,14 29,15 133,5 4,00 0,88 3,00
1,37 0,14 28,33 133,5 3,89 0,86 2,91
1,96 0,20 27,94 133,5 5,48 0,84 4,11
1,96 0,20 27,84 133,5 5,46 0,84 4,09
1,96 0,20 27,99 133,5 5,49 0,85 4,11
2,45 0,25 24,83 133,5 6,09 0,75 4,56
2,45 0,25 24,40 133,5 5,98 0,74 4,48
2,45 0,25 23,09 133,5 5,66 0,70 4,24
2,94 0,29 20,80 133,5 6,12 0,63 4,59
2,94 0,29 20,71 133,5 6,10 0,63 4,57
2,94 0,29 20,32 133,5 5,98 0,61 4,48
3,43 0,34 19,57 133,5 6,72 0,59 5,03
3,43 0,34 19,72 133,5 6,77 0,60 5,07
3,43 0,34 19,46 133,5 6,68 0,59 5,00
4,12 0,41 18,31 133,5 7,54 0,55 5,65
4,12 0,41 16,77 133,5 6,91 0,51 5,17
4,12 0,41 16,16 133,5 6,66 0,49 4,99
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
Tabel 4.8 Data perhitungan tiga sudu dengan variasi 50 cm,v= 8,6 m/s
Gaya
Daya Tip
Koefisien
Beban Kecepatan Daya Speed Pengimbang Output Daya
Torsi(T) Sudu( ) Angin Ratio (f) Kincir (Cp)
(λ)
N N.m rad/s watt watt %
0 0 31,8 153,3 0 0,92 0
0 0 32,1 153,3 0 0,93 0
0 0 32,5 153,3 0 0,94 0
0,88 0,09 29,8 153,3 2,63 0,86 1,72
0,88 0,09 29,5 153,3 2,61 0,85 1,70
0,88 0,09 29,5 153,3 2,60 0,85 1,70
1,18 0,12 28,7 153,3 3,38 0,83 2,21
1,18 0,12 28,8 153,3 3,39 0,83 2,21
1,18 0,12 28,7 153,3 3,37 0,83 2,20
1,67 0,17 28,2 153,3 4,70 0,81 3,06
1,67 0,17 27,6 153,3 4,60 0,80 3,00
1,67 0,17 27,1 153,3 4,51 0,78 2,95
2,06 0,21 26,8 153,3 5,52 0,77 3,60
2,06 0,21 26,4 153,3 5,43 0,76 3,55
2,06 0,21 25,6 153,3 5,28 0,74 3,45
2,55 0,26 22,6 153,3 5,76 0,65 3,76
2,55 0,26 20,7 153,3 5,28 0,60 3,44
2,55 0,26 19,2 153,3 4,91 0,56 3,20
3,14 0,31 18,9 153,3 5,92 0,54 3,86
3,14 0,31 19,0 153,3 5,96 0,55 3,89
3,14 0,31 18,7 153,3 5,85 0,54 3,82
3,53 0,35 17,8 153,3 6,30 0,52 4,11
3,53 0,35 17,2 153,3 6,08 0,50 3,97
3,53 0,35 14,3 153,3 5,04 0,41 3,29
4.4 Grafik Hasil Perhitungan
Pengolahan data yang dilakuakan pada Sub Bab 4.2 dan 4.3 mendapatkan
hasil grafik. Grafik – grafik hubungan tersebut yakni antara lain grafik antara daya
dan torsi, grafik hubungan antara putaran poros dan torsi, dan grafik hubungan
antara koefisien daya dengan tip speed ratio (λ). Penjelasan untuk grafik
hubungan di atas, lebih lengkapnya dapat dilihat pada grafik – grafik berikut ini :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
4.4.1 Grafik Hubungan Putaran Kincir (rpm) dengan Torsi Kincir Angin
Giromill Empat Sudu Variasi Diameter 70 cm
Data dari Tabel 4.5 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat
digunakan untuk membuat grafik hubungan antara putaran kincir (rpm) dan torsi.
Pada Gambar 4.1 menunjukan bahwa nilai torsi yang dihasilkan kincir angin
giromill empat sudu dengan variasi diameter 70 cm adalah 0,63 N.m dan terjadi
pada putaran sebesar 142,8 rpm.
350
300
n (
rpm
) 250
200
po
ros,
Pu
tara
n
150
100
50
n = -229,6x T+ 327,93 0
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70
Torsi, T (N.m)
Gambar 4.1 Grafik hubungan putaran kincir dengan torsi kincir angin giromil empat sudu variasi diameter 70 cm
4.4.2 Grafik Hubungan Putaran Kincir (rpm) dengan Torsi Kincir Angin
Giromill Tiga Sudu Variasi Diameter 70 cm
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
Data dari Tabel 4.6 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat
digunakan untuk membuat grafik hubungan antara putaran kincir (rpm) dan torsi.
Pada Gambar 4.2 menunjukan bahwa nilai torsi yang dihasilkan kincir angin
giromill tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm adalah 0,65 N.m dan terjadi
pada putaran sebesar 107,1 rpm.
400
350
(rp
m)
300
250
, n
poro
s
200
Pu
tara
n
150
100
50 n = -346,4T + 378,0
0 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70
Torsi, T (N.m)
Gambar 4.2 Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin
giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm
4.4.3 Grafik Hubungan Putaran Kincir (rpm) dengan Torsi Kincir Angin
Giromill Empat Sudu Variasi Diameter 50 cm
Data dari Tabel 4.7 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat
digunakan untuk membuat grafik hubungan antara putaran kincir (rpm) dan torsi.
Pada Gambar 4.3 menunjukan bahwa nilai torsi yang dihasilkan kincir angin
giromill empat sudu dengan variasi diameter 50 cm adalah 0,41 N.m dan terjadi
pada putaran sebesar 154,3 rpm.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
350
300
(rp
m)
250
n
po
ros,
200
Pu
tara
n
150
100
50
n = -368,1T + 317,2
0
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Torsi , T (N.m)
Gambar 4.3 Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin
giromill empat sudu variasi diameter 50 cm
4.4.4 Grafik Hubungan Putaran Kincir (rpm) dengan Torsi Kincir Angin
Giromill Tiga Sudu Variasi Diameter 50 cm
Data dari Tabel 4.8 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya dapat
digunakan untuk membuat grafik hubungan antara putaran kincir (rpm) dan torsi.
Pada Gambar 4.4 menunjukan bahwa nilai torsi yang dihasilkan kincir angin
giromill tiga sudu dengan variasi diameter 50 cm adalah 0,35 N.m dan terjadi
pada putaran sebesar 136,2 rpm.
4.4.5 Grafik Hubungan Antara Daya dengan Torsi Kincir Angin Giromill
Empat Sudu Variasi Diameter 70 cm
Data dari Tabel 4.5 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya
dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan
torsi. Pada Gambar 4.5 menunjukan bahwa nilai daya kincir (Pout) puncak yang
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
dihasilkan kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 70 cm adalah 12,27
watt pada torsi sebesar 0,61 N.m.
4.4.6 Grafik Hubungan Antara Daya dengan Torsi Kincir Angin Giromill
Tiga Sudu Variasi Diameter 70 cm
Data dari Tabel 4.6 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya
dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan
torsi. Pada Gambar 4.6 menunjukan bahwa nilai daya kincir (Pout) puncak yang
dihasilkan kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm adalah 11,86
watt pada torsi sebesar 0,49 N.m.
350
300
, n
(rp
m) 250
200
poro
s
Pu
tara
n
150
100
50 n = -442,0xT+ 322,2
0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4
Torsi, T (N.m)
Gambar 4.4 Grafik hubungan putaran kincir (rpm) dengan torsi kincir angin
giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
14
12 (w
att)
10
ou
t 8
P
Day
a o
utp
ut,
6
4
2 P
out = -37,16T2 + 41,75T - 0,349
0 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70
Torsi, T (N.m)
Gambar 4.5 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 70 cm
14
12
10
(wat
t)
8
o ut
, P
6
ou
tpu
t
4
Day
a
2 P
out = -46,72T2 + 45,71T - 0,341
0
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70
Torsi, T (N.m)
Gambar 4.6 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 70 cm
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
43
4.4.7 Grafik Hubungan Antara Daya dengan Torsi Kincir Angin Giromill
Empat Sudu Variasi Diameter 50 cm
Data dari Tabel 4.7 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya
dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan
torsi. Pada Gambar 4.7 menunjukan bahwa nilai daya kincir (Pout) puncak yang
dihasilkan kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 50 cm adalah 7,54
watt pada torsi sebesar 0,41 N.m.
8
7
(wat
t) 6
5
ou
t
P
ou
tpu
t,
4
3
Day
a
2
1 P
out = -43,40T2 + 34,61T + 0,005
0
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50
Torsi , T (N.m)
Gambar 4.7 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin Giromill empat sudu variasi diameter 50 cm
4.4.8 Grafik Hubungan Antara Daya dengan Torsi Kincir Angin Giromill
Tiga Sudu Variasi Diameter 50 cm
Data dari Tabel 4.8 yang sudah diperoleh pada perhitungan sebelumnya
dapat digunakan untuk membuat grafik hubungan antara daya kincir (Pout) dan
torsi. Pada Gambar 4.8 menunjukan bahwa nilai daya kincir (Pout) puncak yang
dihasilkan kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm adalah 6,30 watt
pada torsi sebesar 0,35 N.m.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
44
7
6 (w
att)
5
ou
t
4
P
,
outp
ut
3
Day
a
2
1
Pout = -57,45T2
+ 36,89T - 0,060
0
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 Torsi, T (N.m)
Gambar 4.8 Grafik hubungan daya Pout dengan torsi kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm
4.4.9 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya ( ) dan tip speed ratio (λ)
Untuk Kincir Angin Empat Sudu Variasi Diameter 70 cm
Pada Gambar 4.9 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya
maksimal dan tsr optimal untuk kincir angin variasi sudu polos diperoleh
persamaan cp = -25,31λ2 + 45,33λ - 13,71 untuk menentukan nilai koefisien daya
maksimal dan tsr optimal. Nilai tsr optimal dapat dihitung dari persamaan sebagai
berikut :
= -25,31λ2 + 45,33λ - 13,71 d
dλ = 0
0 = -50,62λ + 45,33 λ λ = −−
45,3350,62= 0,89
Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan tip speed ratio (λ) optimal, yakni sebesar 0,89
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
45
Nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai λ yang dimasukan ke dalam
persamaan sebagai berikut : = -25,31λ
2 + 45,33λ–13,71
= -25,31(0,892)
+ 45,33(0,89) – 13,71
= 6,64%
Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan koefisien daya maksimal
(Cpmax), yakni sebesar 6,64%
Cp
(%
)
7
6
5
4
3
2
1
Cp = -25,31λ2 + 45,33λ - 13,71
0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6
λ
Gambar 4.9 Grafik hubungan koefisien daya dan tip speed ratio (λ) kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 70 cm
4.4.10 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya ( ) dan tip speed ratio (λ)
Untuk Kincir Angin Tiga Sudu Variasi Diameter 70 cm
Pada Gambar 4.10 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya
maksimal dan tsr optimal untuk kincir angin variasi sudu polos diperoleh
persamaan Cp = -11,19λ2 + 19,91λ- 3,319 untuk menentukan nilai koefisien daya
maksimal dan tsr optimal. Nilai tsr optimal dapat dihitung dari persamaan sebagai
berikut :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
46
= -11,19λ2 + 19,91λ–3,319
d
dλ = 0
0 = -11,19λ + 19,91 λ
λ = −−11,19
19,91= 0,88
Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan tip speed ratio (λ) optimal, yakni sebesar 0,88 Nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai λ yang dimasukan ke dalam persamaan sebagai berikut : = -11,19 λ
2 + 19,91 λ–3,319
= -11,19(0,88)2 + 19,91(0,88) – 3,319
= 5,59 %
Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan koefisien daya maksimal
(Cpmax), yakni sebesar 5,59 %
Cp
(%
)
7
6
5
4
3
2
1
Cp = -11,19λ2 + 19,91λ- 3,319
0 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80
λ
Gambar 4.10 Grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio (λ) kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 70 cm
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
47
4.4.11 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya ( ) dan tip speed ratio (λ)
Untuk Kincir Angin Empat Sudu Variasi Diameter 50 cm
Pada Gambar 4.11 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya
maksimal dan tsr optimal untuk kincir angin variasi sudu polos diperoleh
persamaan Cp = -38,49λ2 + 47,41λ - 9,410 untuk menentukan nilai koefisien daya
maksimal dan tsr optimal. Nilai tsr optimal dapat dihitung dari persamaan sebagai
berikut :
= -38,49 λ2 + 47,41 λ–9,41 d
dλ = 0
0 = -76,98λ + 47,41 λ
λ = −−47,41
76,98= 0,61
Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan tip speed ratio (λ) optimal, yakni sebesar 0,61
Nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai λ yang dimasukan ke dalam
persamaan sebagai berikut :
= -38,49 λ2 + 47,41 λ–9,41
= -38,49(0,61)2 + 47,41 (0,61) – 9,41
= 5,27 %
Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan koefisien daya maksimal
(Cpmax), yakni sebesar 5,27 %
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
48
Cp
(%
)
6
5
4
3
2
1
Cp = -38,49λ2 + 47,41λ - 9,410
0 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10
λ
Gambar 4.11 Grafik hubungan koefisien daya ( ) dengan tip speed ratio (λ) kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 50 cm
4.4.12 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya ( ) dan tip speed ratio (λ)
untuk Kincir Angin Tiga Sudu Variasi Diameter 50 cm
Pada Gambar 4.12 menunjukan grafik hubungan antara koefisien daya
maksimal dan tsr optimal untuk kincir angin variasi sudu polos diperoleh
persamaan Cp = -35,58λ2 + 42,65λ - 8,695 untuk menentukan nilai koefisien daya
maksimal dan tsr optimal. Nilai tsr optimal dapat dihitung dari persamaan sebagai
berikut :
= -35,58λ2 + 42,65λ–8,695 d
dλ = 0
0 = -72,16 λ + 42,65 λ
λ = −−42,65
72,16= 0,59
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
49
Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan tip speed ratio (λ) optimal,
yakni sebesar 0,595
Nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai λ yang dimasukan ke dalam
persamaan sebagai berikut : = -35,58 λ
2 + 42,65λ–8,695
= -35,58(0,59)2 + 42,65 (0,59) – 8,695
= 4,37 %
Hasil perhitungan dari persamaan di atas menunjukan koefisien daya maksimal
(Cpmax), yakni sebesar 4,37 %
Cp
(%
)
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1 0,5
Cp = -35,58λ2 + 42,65λ - 8,695
0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
λ
Gambar 4.12 Grafik hubungan koefisien daya ( ) dengan tip speed ratio (λ) kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm
4.5 Grafik Perbandingan Kincir Angin Giromill Empat Sudu dan Tiga
Sudu dengan Variasi Diameter 50 cm dan 70 cm
Berikut ini adalah grafik perbandingan dari kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu variasi diameter 50 cm dan 70 cm, grafik perbandingan daya output ( ) dan torsi, koefisien daya (Cp) dan tip speed ratio (λ).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
50
4.5.1 Grafik Perbandingan Daya Output ( ) dengan Torsi Untuk Kincir
Angin Giromill Empat Sudu dan Tiga Sudu Variasi Diameter 50 cm dan
70 cm
3 Sudu D 50 cm 3 Sudu D 70 cm 4 Sudu D 50 cm 4 Sudu D 70 cm 14
12
( w
att)
10
8
Day
a O
utp
ut
6
4
2
0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
Torsi N.m Gambar 4.13 Grafik hubungan daya output ( ) dengan Torsi pada kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu variasi diameter 50 cm dan 70 cm
Gambar 4.13, memperlihatkan dari perbandingan antara empat variasi yang diteliti dan akhirnya diperoleh hasil yaitu, kincir angin giromill empat sudu variasi diameter 70 cm mendapatkan torsi paling tinggi sebesar 0,61 N.m dan menghasilkan daya output ( ) 12,27 watt, sedangkan untuk daya output ( ) pada variasi tiga sudu dengan diameter 70 cm, diperoleh daya output
( ) sebesar 11,86 watt dan torsi sebesar 0,49 N.m. Untuk variasi diameter 50 cm, kincir angin giromill empat sudu menghasilkan daya output ( ) sebesar 7,54 watt daan torsi sebesar 0,41 N.m, dan yang terakhir adalah kincir angin giromill tiga sudu variasi diameter 50 cm yang menghasilkan torsi paling rendah sebesar 0,35 N.m dan menghasilkan daya output ( ) sebesar 6,30 watt.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
51
4.5.2 Grafik Perbandingan Koefisien Daya ( ) dengan tip speed ratio (λ)
Untuk Kincir Angin Giromill Empat Sudu dan Tiga Sudu Variasi Diameter
50 cm dan 70 cm
3 Sudu D 50 cm 3 sudu D 70 cm 4 sudu D 50 cm 4 sudu D 70 cm
7
6
5
Cp
(%
) 4
3
2
1
0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8
Tip speed ratio, λ
Gambar 4.14 Grafik hubungan koefiesien daya ( ) dan tip speed ratio (λ) pada kincir angin giromill empat sudu dan tiga sudu variasi
diameter 50 cm dan 70 cm
Pada Gambar 4.14, dapat diketahui bahwa kincir angin giromill empat sudu
dengan variasi diameter 70 cm memiliki koefisien daya maksimal yang paling
besar dibandingkan dengan variasi yang lain. Kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 70 cm menghasilkan koefisien daya maksimal
sebesar 6,52% dan tip speed ratio (λ) sebesar 0,85 data diperoleh dari perhitungan
pada Sub Bab 4.4.9.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari penelitian kincir angin giromill empat sudu dan tigasudu NACA 0015
panjang chord 12 cm dengan variasi diameter 50 cm dan 70 cm yang sudah
dilakukan, maka dapat disumpulkan sebagai berikut :
1. Telah berhasil dibuat kincir angin giromill sudu NACA 0015 dengan
panjang chord 12 cm. Dengan variasi sudu, yaitu :empat sudu dan tiga
sudu dan variasi diameter yaitu 50 cm dan 70 cm, berbahan dasar triplek
(plywood) yang tutup dengan pelat seng dengan tinggi 80 cm.
2. Pada kincir angin giromill tiga sudu dengan diameter 70 cm diperoleh
daya output maksimal sebesar 11,86 watt pada torsi 0,49 Nm dan putaran
poros 230,9 rpm, dan pada kincir angin giromill tiga sudu dengan diameter
50 cm diperoleh daya output maksimal sebesar 8,35 watt pada torsi 0,31
Nm dan putaran poros 181,2 rpm.
3. Pada kincir angin giromill empat sudu dengan diameter 70 cm diperoleh
daya output maksimal sebesar 12,27 watt pada torsi 0,61 Nm pada putaran
poros 192,7 rpm, dan pada kincir angin giromill empat sudu dengan
diameter 50 cm diperoleh daya output maksimal sebesar 7,54 watt pada
torsi 0,41 Nm pada putaran poros 174,8 rpm.
4. Kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 70 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal ( ) sebesar 6,52% pada tip speed ratio(λ )0,85. Kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi diameter 70 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal ( ) sebesar 5,81 % dan pada tip speed ratio (λ ) 0,99. Kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 50 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal ( ) sebesar 5,65 % pada tip speed ratio (λ ) 0,55. Kincir angin giromill tiga sudu dengan variasi
52
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
53
diameter 50 cm dapat menghasilkan koefisien daya maksimal ( ) sebesar 4,11% pada tip speed ratio (λ ) 0,52. Kincir angin giromill empat sudu dengan variasi diameter 70 cm menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 6,52 % dan tip speed ratio (λ) sebesar 0,85, dimana kincir dengan variasi ini memiliki koefisien daya maksimal yang paling besar dibandingkan dengan variasi yang lain.
5.2 Saran
Setelah dilakukan penelitian ada beberapa hal yang dapat menjadi saran untuk
penelitian selanjutnya :
1. Persiapkan dengan matang yang menunjang penelitian dari desain dan
model airfoil yang dipakai.
2. Perbanyak ariasiuntuk model sudu NACA danv ariasi sudut pemasangan
sudu (pitch angle)
3. Pemilihan pelat seng yang cocok untuk ditekuk dan tidak membekas
sangat perlu diperhatikan untuk efisiensi penggunaan pelatseng.
4. Memperhatikan pemasangan sudu harus presisi untuk penopang bawah
dan atas.
5. Membuat penopang bawah, atas serta poros utama dengan bahan yang
tepat dan kuat untuk menghidari kerusakan dan untuk keakuratan data
pada saat penelitian.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
54
DAFTAR PUSTAKA
Cengel, Y.A 2006, “Sistem perpindahan panas Single Basin Solar Still dengan
memvariasi sudut kemiringan kaca penutup” Desphande ,Pratamesh., 2013, “Numerical Study of Giromill-Type Wind Turbines
with Symmetrical and Non-symmetrical Airfoils”, Department of
Mechanical Engineering Lamar University Beaumont , Texas El Samanoudy , M., 2010, “Effect of some design parameters on the performance
of a Giromill vertical axis wind turbine”, Mesir. Diakses : 25 Mei 2016 Johnson,
G.L., 2006, “Wind Energy System”, Manhattan. Diakses :Tanggal 12
April 2015.
Kadir, A., 1995, “ Energi : Sumber Daya, Inovasi, Tenaga Listrik dan Potensial
Ekonomi.”, Penerbit Universitas Indonesia, Jakarta. Pudjanarso , A &Nursuhud , D., 2006, “ Mesin Konversi Energi” Andi Offset,
Yogyakarta.
Siregar ,Indra., 2012, “Pengaruh Perubahan Sudut Pitch yang Besar Terhadap
Kinerja Low Solidity Turbin Angin Sumbu Vertikal H-Rotor Dengan
NACA 0018” Universitas Negeri Semarang, Diakses : Tanggal 8
Agustus 2016 Suseno , Michael., 2013, “Airfoil” Jakarta. Diakses : 12 Maret 2016
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
55
LAMPIRAN
Hasil pengambilan data kecepatan angin
1 2 3 Rata-rata
7,66 5,87 6,08 7,817
7,05 6,49 6,49
8,11 7,98 8,78
7,39 8,37 7,98
8,37 7,03 7,81
7,27 8,91 7,03
8,05 7,8 8,41
8,41 8,99 7,72
7,96 9,23 8,7
7,87 8,1 8,6
1 2 3 Rata-rata
8,17 8,66 8,29 8,332333
8,5 8,32 8,28
8,29 8,31 8,32
8,12 8,14 7,63
7,09 8,36 8,31
8,31 8,3 8,14
8,47 8,69 8,47
8,69 8,18 8,29
8,6 8,91 8,18
8,5 8,67 8,78
1 2 3 Rata-rata
7,27 7,41 8,04 7,672067
6,77 7,99 7,4
6,9 7,772 7,4
7,94 8,23 7,99
7,74 7,94 7,78
8,23 7,82 8,23
7,94 7,8 7,26
7,45 7,71 8,04
7,71 8,23 7,45
7,22 7,26 7,24
1 2 3 Rata-rata
8,93 8,65 8,47 8,578667
8,74 8,66 8,63
9,08 9,08 9,08
8,36 8,87 8,93
8,37 8,92 8,42
8,57 8,99 7,99
8,39 8,42 8,96
7,94 7,94 8,55
8,06 8,86 7,94
8,51 8,35 8,7
1 2 3 Rata-rata
8,43 8,2 7,41 7,376
7,41 8,25 8,13
7,02 8,42 7,53
8,14 8,14 7,69
7,72 7,53 7,3
7,84 7,18 7,17
7,17 7,17 7,75
7,65 7,75 7,83
0,83 7,83 7,45
7,26 7,02 6,06
1 2 3 Rata-rata
8,5 7,88 8,96 8,063226
8,67 8,3 8,73
8 7,87 8,26
7,88 8,29 8,39
8,31 8,66 8,5
8,29 8,15 7,66
8,69 7,16 8,24
8,37 8,38 8,32
8,04 8,47 8,75
8,74 8,19 8,31
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1 2 3 Rata-rata
8,41 8,13 8,19 8,515667
8,56 8,45 8,01
8,81 8,23 8,59
8,77 8,41 8,62
8,59 7,8 9,23
8,19 8,59 8,77
8,67 8,93 8,38
8,38 9,07 8,59
8,13 9,17 8,41
8,07 8,42 8,9
1 2 3 Rata-rata
7,53 7,17 7,53 7,588333
7,53 7,25 8,99
8,91 6,99 8,13
7,2 8,59 7,17
7,11 8,11 7,22
7,22 7,74 7,29
7,29 7,59 7,05
6,51 8,18 7,09
6,99 7,53 8,23
8,13 8,12 7,26
56
1 2 3 Rata-rata
8,59 8,65 8,6 8,668333
7,99 8,79 8,14
8,59 8,25 9,49
8,63 9,04 8,36
8,14 8,67 8,52
9,2 9,05 9,7
8,56 9,14 8,54
8,39 9,05 7,87
8,48 8,89 8,49
8,37 9,28 8,59
1 2 3 Rata-rata
8,47 8,56 8,92 8,577667
8,5 8,67 8,16
8,95 7,45 8,6
8,55 7,6 9,01
8,41 8,59 7,74
9,05 8,56 8,41
8,45 9,16 9,05
8,43 8,61 8,3
8,73 9,1 9,13
8,44 9,19 8,54
1 2 3 Rata-rata
8,3 8,34 8,69 8,274
7,94 8,01 8,22
8,24 8,37 8,75
8,01 7,92 7,76
8,38 7,7 8,47
8,09 8,79 8,89
9,2 8,02 8,14
8,13 8,01 8,32
8,24 7,92 9,32
7,71 7,84 8,5
Dari hasil pengambilan ke 12 data kecepatan angin maka kecepatan angin rata-
rata adalah 8,1 m/s
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Top Related