Kincir Angin Poros Vertikal

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN POROS VERTIKAL DENGAN EMPAT SUDU YANG MEMBUKA DAN MENUTUP SECARA OTOMATIS DENGAN VARIASI DIAMETER Tugas Akhir Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin Program Studi Teknik Mesin

Oleh: Stefanus Andryanto Eko Prabowo NIM: 095214071

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2011 i

PERFORMANCE WINDMILL MODEL WITH FOUR BLADES THAT OPEN AND CLOSE AUTOMATICALLY WITH VARIATIONS IN DIAMETER Final Project Presented as fulfillment of the Requirements To obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering Study Programme

By: Stefanus Andryanto Eko Prabowo Student Number: 095214071

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMME SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2011

ii

UNJUK KERJA MODEL KINCIR POROS VERTIKAL DENGAN EMPAT SUDU YANG MEMBUKA DAN MENUTUP SECARA OTOMATIS DENGAN VARIASI DIAMETER

Disusun oleh: Nama: Stefanus Andryanto E P NIM: 095214070

Telah Disetujui Oleh: Pembimbing Utama:

Ir. Rines, M.T.

iii

TUGAS AKHIR UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN POROS VERTIKAL DENGAN EMPAT SUDU YANG MEMBUKA DAN MENUTUP SECARA OTOMATIS DENGAN VARIASI DIAMETER

Dipersiapkan dan disusun oleh: S. Andryanto Eko P NIM: 095214071 Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji pada tanggal 11 Februari 2011 Susunan Dewan Penguji:

Ketua

Nama Lengkap

Tanda tangan

: D Doddy Purwadianto, S.T., M.T

……………

Sekretaris : Ir. Yohanes Baptista Lukiyanto, M.T.

……………

Anggota : Ir. Rines, M.T.

...…………

Tugas Akhir ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Yogyakarta, 23 Februari 2011 Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Dekan

(Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T.)

iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir yang saya tulis ini, tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah. Surakarta, 09 Februari 2011 Penulis

Stefanus Andryanto E P

v

vi

INTISARI Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui dan mencari torsi, daya kincir, koefisien daya dan tip speed ratio (tsr) pada model kincir angin poros vertikal dengan empat sudu yang membuka dan menutup secara otomatis. Ukuran diameter kincir dibuat dengan dua variasi, yaitu 70 cm dan 100 cm. Sedangkan ukuran lebar sudu model kincir angin sebesar 40 cm saat membuka maksimal. Untuk mengukur dan mengetahui torsi, daya kincir, koefisien daya dan tip speed ratio, kincir dihubungkan ke generator yang tersambung ke rangkaian lampu yang berfungsi sebagai variasi beban. Besarnya beban pengimbang torsi diukur dengan neraca pegas, tachometer berfungsi untuk mengukur besarnya putaran poros kincir, sedangkan untuk mengukur kecepatan angin menggunakan anemometer. Daya kincir maksimal sebesar 3,8 watt didapatkan pada kincir dengan diameter 100 cm saat kecepatan angin 6,71 m/s dan menghasilkan torsi sebesar 0,69 Nm. Sedangkan koefisien daya maksimal juga didapatkan dari kincir dengan diameter 100 cm sebesar 5,24 % saat tsr sebesar 0,41. Kata kunci: torsi, daya kincir, koefisien daya, tip speed ratio

vii

KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karuniaNya, sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Tugas Akhir ini sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 untuk program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Judul dari Tugas Akhir ini adalah “Unjuk Kerja Model Kincir Angin Poros Vertikal Dengan Empat Sudu yang Membuka dan Menutup Secara Otomatis Dengan Variasi Diameter”. Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini karena adanya bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin berterima kasih kepada: 1. Rm Andreas Sugijopranoto SJ, Direktur utama ATMI Surakarta. 2. Rm JB Clay Pareira SJ, Pudir 2 ATMI Surakarta. 3. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., Dekan Fakultas Sains dan Teknologi. Universitas Sanata Dharma. 4. Budi Sugiharto, S.T, M.T., Ketua Program Studi Teknik Mesin. 5. Ir. Rines, M.T., Dosen Pembimbing Tugas Akhir. 6. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing penulis selama kuliah di Universitas Sanata Dharma. 7. Kepala Laboratorium dan Laboran Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma. 8. Semua rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin.

viii

9. Semua pihak yang telah membantu atas terselesainya Tugas Akhir ini yang tidak mungkin disebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa naskah ini jauh dari sempurna, maka segala kritik dan saran yang membangun akan penulis terima. Semoga naskah Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Penulis juga memohon maaf jika ada penulisan dalam naskah ini yang salah, terima kasih. Surakarta, 9 Februari 2011

ix

DAFTAR ISI

Halaman Judul ........................................................................................................ i Title Page .............................................................................................................. ii Halaman Pengesahan ........................................................................................... iii Daftar Dewan Penguji ........................................................................................... iv Pernyataan Keaslian Karya .................................................................................... v Lembar Pernyataan Persetujuan Publikasi Karya Ilmiah ...................................... vi Intisari ................................................................................................................. vii Kata Pengantar ................................................................................................... viii Daftar Isi ................................................................................................................. x Daftar Gambar ..................................................................................................... xii Daftar Tabel ....................................................................................................... xiv Bab I ........................................................................................................................1 1.1 Latar Belakang Masalah ...........................................................................1 1.2 Rumusan Masalah.....................................................................................2 1.3 Batasan Masalah .......................................................................................2 1.4 Tujuan Tugas Akhir ..................................................................................2 1.5 Manfaat Tugas Akhir ................................................................................3 Bab II ...................................................................................................................... 4 2.1 Konsep Dasar Angin .................................................................................4 2.2 Kincir Angin .............................................................................................5 x

2.3 Gaya Drag dan Lift ...................................................................................7 2.4 Rumus Perhitungan...................................................................................7 Bab III .................................................................................................................. 12 3.1 Peralatan dan Bahan ...............................................................................12 3.2 Variabel Penelian ....................................................................................18 3.3 Variabel yang Diukur .............................................................................18 3.4 Parameter yang Dihitung ........................................................................19 3.5 Langkah Penelitian .................................................................................20 Bab IV .................................................................................................................. 22 4.1 Data Penelitian ....................................................................................... 22 4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ......................................................... 25 4.3 Hasil dan Pembahasan ........................................................................... 30 4.4 Pembahasan ........................................................................................... 42 Bab V .................................................................................................................... 44 5.1 Kesimpulan ............................................................................................ 44 5.2 Saran ..................................................................................................... 45 Daftar Pustaka ........................................................................................................46 Lampiran ................................................................................................................47 Gambar Kerja ........................................................................................................ 58

xi

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Peta potensi angin Indonesia .............................................................. 5 Gambar 2.2. Kincir angin poros vertikal ................................................................. 6 Gambar 3.1. Kincir angin ...................................................................................... 12 Gambar 3.2. Handle shaft...................................................................................... 13 Gambar 3.3. Blade................................................................................................. 13 Gambar 3.4. Support ............................................................................................. 14 Gambar 3.5. Wind tunnel ...................................................................................... 15 Gambar 3.6. Fan blower ........................................................................................ 15 Gambar 3.7. Anemometer ..................................................................................... 16 Gambar 3.8. Stopwatch ......................................................................................... 16 Gambar 3.9. Neraca pegas .................................................................................... 16 Gambar 3.10. Rangakian beban lampu ................................................................. 17 Gambar 3.11. Generator ........................................................................................ 17 Gambar 3.12. Tachometer ..................................................................................... 18 Gambar 3.13. Pengambilan data torsi ................................................................... 19 Gambar 3.14. Setting anemometer ........................................................................ 17 Gambar 4.1. Grafik Betz limit................................................................................31 Gambar 4.2. Grafik hubungan F.n/(ρ.v2)

terhadap n/v,

untuk diameter kincir

70 cm ..................................................................................................................... 34 Gambar 4.3. Grafik hubungan F.n/(ρ.v2)

terhadap n/v,

untuk diameter kincir

100 cm ................................................................................................................... 34

xii

Gambar 4.4. Grafik hubungan antara 𝐶p terhadap tsr untuk 2 model kincir ........ 40 Gambar 4.5. Grafik hubungan antara putaran poros- torsi- daya kincir, untuk diameter kincir 70 cm............................................................................................ 42 Gambar 4.6. Grafik hubungan antara putaran poros- torsi- daya kincir, untuk diameter kincir 100 cm.......................................................................................... 42

xiii

DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Data hasil pengujian kincir dengan diameter 70 cm ............................. 23 Tabel 4.2 Data hasil pengujian kincir dengan diameter 100 cm ........................... 24 Tabel 4.3 Perhitungan F/(ρxv2) dan n/v kincir angin diameter 70 cm .................. 35 Tabel 4.4 Perhitungan F/(ρxv2) dan n/v kincir angin diameter 100 cm ................ 36 Tabel L1. Data perhitungan hubungan F/(ρxv2) terhadap n/v kincir model dengan diameter 70 cm ...................................................................................................... 48 Tabel L2. Data perhitungan hubungan F/(ρxv2) terhadap n/v kincir model dengan diameter 100 cm .................................................................................................... 50 Tabel L3. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 70 cm, saat kecepatan angin 6,84 m/s ...................................................................................... 52 Tabel L4. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 70 cm, saat kecepatan angin 6,64 m/s ...................................................................................... 53 Tabel L5. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 70 cm, saat kecepatan angin 6,06 m/s ...................................................................................... 54 Tabel L6. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 70 cm, saat kecepatan angin 5,46 m/s ...................................................................................... 55 Tabel L7. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat kecepatan angin 6,71 m/s ...................................................................................... 56 Tabel L8. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat kecepatan angin 6,58 m/s ...................................................................................... 56 Tabel L9. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat kecepatan angin 5,88 m/s ...................................................................................... 56 Tabel L10. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat kecepatan angin 5,53 m/s ...................................................................................... 57 xiv

Tabel L11. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat kecepatan angin 5,14 m/s ...................................................................................... 57

xv

1

BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG MASALAH Energi fosil khususnya minyak bumi dan batu bara adalah sumber energi utama dan sumber devisa negara. Salah satu penggunaannya adalah sebagai pembangkit listrik. Energi Fosil merupakan energi yang tidak terbarukan (non renewable energy). Dimana cadangan energi fosil Indonesia jumlahnya tidak tak terbatas, yang akan habis pada suatu saat nanti. Padahal kebutuhan energi terus meningkat sejalan pertumbuhan ekonomi dan penduduk. Pemakaian energi fosil juga akan menyebabkan pemanasan global akibat sisa pembakarannya yang berupa gas CO dan CO2. Maka perlu adanya energi alternative yang terbarukan (renewable energy) dan ramah lingkungan sebagai sumber energi baru. Dari beberapa energi yang terbarukan, salah satunya adalah energi angin. Pemanfaatan tenaga angin di Indonesia belum begitu optimal, walaupun di beberapa daerah sudah mampu memanfaatkan tenaga angin sebagai pembangkit listrik, penggerak pompa, namun penerapannya belum bisa dibilang efektif. Maka diperlukan sebuah mekanisme untuk merubah energi angin menjadi energi yang tepat guna, salah satunya adalah listrik. Kincir angin adalah salah satu mekanisme yang dapat digunakan untuk mengubah energi angin menjadi energi listrik. Tugas Akhir ini merupakan unjuk kerja kincir angin poros vertikal dengan 4 sudu yang membuka dan menutup secara otomatis dengan variasi diameter.

2

Desain kincir angin dibuat sesederhana mungkin agar nanti setiap orang dapat mengaplikasikan Tugas Akhir ini. 1.2 RUMUSAN MASALAH Dalam tugas akhir ini kincir model di uji di dalam terowongan angin yang tersedia di Universitas Sanata Dharma. Dalam proses uji tersebut diharapakan dapat memperoleh data yang dihasilkan dari unjuk kerja kincir 4 sudu dengan variasi diameter. 1.3 BATASAN MASALAH Untuk memfokuskan pembahasan, maka dalam tugas akhir ini diberi batasan masalah sebagai berikut : 1. Kincir model yang digunakan adalah kincir poros vertikal dengan 4 sudu yang membuka dan menutup secara otomatis. 2. Diameter maksimal kincir adalah 1 meter, menyesuaikan dengan lebar terowongan angin Universitas Sanata Dharma. 3. Jumlah sudu kincir adalah empat. 4. Variasi dilakukan pada diameter 70 cm dan 100 cm.

1.4 TUJUAN TUGAS AKHIR Tujuan dari tugas akhir ini adalah: 1. Membuat kincir angin tipe poros vertikal 4 sudu yang membuka dan menutup secara otomatis dengan variasi diameter. 2. Menentukan hubungan antara daya kincir dan torsi dinamis untuk variasi kecepatan antara 5 m/s sampai dengan 7 m/s untuk 2 variasi diameter kincir.

3

3. Menentukan hubungan antara koefisien daya (power coefficient) dan tsr untuk tiga variasi diameter kincir.

1.5 MANFAAT TUGAS AKHIR Adapun manfaat dari tugas ini adalah: 1. Pengembangan teknologi tepat guna. 2. Dapat membantu masyarakat terutama di daerah pedesaan untuk pemberdayaan teknologi tepat guna.

4

BAB II DASAR TEORI 2.1 Konsep Dasar Angin. Angin adalah udara yang bergerak yang diakibatkan oleh rotasi bumi dan juga karena adanya perbedaan tekanan udara di sekitarnya. Angin bergerak dari tempat bertekanan udara tinggi ke bertekanan udara rendah. Kecepatan angin dipengaruhi oleh beberapa hal, diantaranya letak tempat dimana kecepatan angin di dekat khatulistiwa lebih cepat dari yang jauh dari garis khatulistiwa. Semakin tinggi tempat, semakin kencang pula angin yang bertiup, hal ini disebabkan oleh pengaruh gaya gesekan yang menghambat laju udara. Di permukaan bumi, gunung, pohon, dan topografi yang tidak rata lainnya memberikan gaya gesekan yang besar. Semakin tinggi suatu tempat, gaya gesekan ini semakin kecil. Arah angin ditunjukan oleh arah dari mana angin berasal. Misalnya, angin utara bertiup dari utara ke selatan. Di bandara, windsocks digunakan untuk menunjukkan arah angin, tetapi juga dapat digunakan untuk memperkirakan kecepatan angin dengan sudut gantungnya. Kecepatan angin biasanya diukur dengan anemometer.

5

Gambar2.1 Peta potensi angin Indonesia (sumber: konversi.wordpress.com, 6 November 2008)

Indonesia seperti kebanyakan negara tropis, memiliki potensi angin yang rendah. Dari Gambar 2.1 dapat dilihat bahwa potensi angin terbesar di Indonesia terletak di kepulauan Sumba, Sumbawa, Lombok dan Bali, yaitu sebesar 4,6 – 6 m/s. 2.2 Kincir Angin. Kincir angin adalah sebuah mesin yang digerakkan oleh tenaga angin untuk menumbuk biji-bijian. Kincir angin juga digunakan untuk memompa air untuk mengairi sawah. Kincir angin juga dapat digunakan untuk menghasilkan energi

listrik,

disebut

juga

dengan

turbin

angin.

(sumber:

http://id.wikipedia.org/wiki/Kincir_angin) Berdasarkan posisi porosnya, kincir angin dibagi menjadi 2 yaitu kincir angin poros horizontal dan kincir angin poros vertikal. Sedangkan tugas akhir ini adalah pengembangan dari kincir angin poros vertikal.

6

Gambar 2.2 Kincir angin poros vertikal (sumber : howtobuildwindgenerator.blogspot.com)

Kincir angin poros vertikal seperti pada Gambar 2.2 memiliki keunggulan diantaranya tidak harus mengubah posisinya jika arah angin berubah, kincir angin poros vertikal juga memiliki kecepatan awal yang lebih rendah dibandingkan dengan kincir angin poros horizontal, sehingga cocok untuk digunakan untuk daerah yang memiliki potensi angin yang rendah seperti Indonesia. Namun kincir angin poros vertikal juga memiliki beberapa kelemahan, diantaranya kebanyakan kincir angin jenis ini membutuhkan energi awalan untuk mulai berputar. (sumber: http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin).

7

2.3 Gaya Drag dan Lift. Dalam dinamika fluida, gaya hambat (yang kadang-kadang disebut hambatan fluida atau hambatan seret) adalah gaya yang menghambat pergerakan sebuah benda padat melalui sebuah fluida (cairan atau gas). Bentuk gaya hambat yang paling umum tersusun dari sejumlah gaya gesek, yang bertindak sejajar dengan permukaan benda, plus gaya tekanan, yang bertindak dalam arah tegak lurus

dengan

permukaan

benda.

(sumber:

http://

id.wikipedia.

org/

wiki/Gaya_hambat) Sedangkan gaya lift (gaya angkat) banyak dibahas di teknologi pesawat terbang. Dalam teknologi pesawat terbang, gaya lift didapatkan dari desain sayap pesawat terbang yang menyebabkan tekanan udara yang berada di bawah permukaan sayap lebih besar daripada tekanan udara di atas permukaan sayap. 2.4 Rumus Perhitungan. Berikut ini adalah beberapa rumus perhitungan yang mendukung analisa unjuk kerja kincir angin 2.4.1 Energi angin. Energi yang terdapat pada angin merupakan energi kinetik, sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut 𝐸𝑘 = 0,5. 𝑚. 𝑣 2

(1)

8

yang dalam hal ini: 𝐸𝑘 : Energi kinetic, Joule 𝑚 : massa udara, kg 𝑣 : kecepatan angin, m/s Sedangkan daya adalah energi per satuan waktu, maka dari persamaan (1) dapat dituliskan: 𝑃𝑎 = 0,5. 𝑚 . 𝑣 2

(2)

yang dalam hal ini: 𝑃𝑎 : daya angin, watt 𝑚 : massa udara yang mengalir dalam waktu tertentu, kg/s 𝜌 : massa jenis udara, kg/m3 dimana: 𝑚 = 𝜌. 𝐴. 𝑣

(3)

yang dalam hal ini: 𝐴 : luas penampang melintang arus angin yang ditangkap oleh kincir, m 2 Dengan menggunakan persamaan (3), maka daya angin (𝑃𝑎 ) dapat dirumuskan menjadi: 𝑃𝑎 = 0,5. 𝜌. 𝐴. 𝑣 . 𝑣 2 , disederhanakan menjadi: 𝑃𝑎 = 0,5. 𝜌. 𝐴. 𝑣 3

(4)

9

Bila diasumsikan besarnya massa jenis udara (𝜌) adalah 1,2 kg/m3, maka dari persamaan (4) dapat disederhanakan menjadi: 𝑃𝑎 = 0,6. 𝐴. 𝑣 3

(5)

2.4.2 Perhitungan torsi dan daya. Salah satu tujuan dari tugas akhir ini adalah menentukan hubungan antara daya kincir dan torsi dinamis. 2.4.2.1 Torsi Torsi adalah perkalian vector antara jarak sumbu putar dengan gaya yang bekerja pada titik yang berjarak dari sumbu pusat. Yang dapat dirumuskan sebagai berikut: 𝑇 = 𝑟. 𝐹 yang dalam hal ini: 𝑇 : torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros, Nm 𝐹 : gaya pada poros akibat puntiran, N 𝑟 : jarak lengan ke poros, m

(6)

10

2.4.2.2 Daya kincir Perhitungan daya pada gerak melingkar pada umumnya dapat dituliskan sebagai berikut: 𝑃 = 𝑇. 𝜔

(7)

yang dalam hal ini: 𝑇: torsi dinamis, Nm 𝜔 : kecepatan sudut, rad/s Jika pada kincir angin besarnya kecepatan sudut (𝜔) dirumuskan sebagai:

𝜔=

2𝜋𝑛 60

(8)

Maka besarnya daya kincir berdasarkan persamaan (7) dapat dinyatakan dengan: 𝑃𝑘 = 𝑇. 𝜔

𝑃𝑘 = 𝑇.

2𝜋𝑛 60 𝑃𝑘 =

𝑇𝜋𝑛

yang dalam hal ini: 𝑃𝑘 : daya poros kincir angin, watt 𝑛 : putaran poros setiap menit, rpm

30

(9)

11

2.4.3 Tip speed ratio Tip speed ratio (tsr) adalah perbadingan antara kecepatan ujung sudu kincir angin yang berputar dengan kecepatan angin, dapat dirumuskan dengan:

𝑡𝑠𝑟 =

2𝜋𝑟𝑛 60𝑣

(10)

yang dalam hal ini: 𝑟 : jari-jari kincir, m 𝑛 : putaran poros kincir tiap menit, rpm 𝑣 : kecepatan angin, m/s 2.4.4 Koefisien daya (Cp) Koefisien daya (Cp) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir (𝑃𝑘 ) dengan daya yang disediakan oleh angin (𝑃𝑎 ), sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut:

𝐶𝑝 =

𝑃𝑘 . 100% 𝑃𝑎

yang dalam hal ini: 𝐶𝑝 : koefisien daya, % 𝑃𝑘 : daya yang dihasilkan oleh kincir, watt 𝑃𝑎 : daya yang dihasilkan oleh angin, watt

(11)

12

BAB III METODE PENELITIAN Penelitian dilakukan di laboratorium konversi energi Universitas Sanata Dharma selama 2 hari, mulai tanggal 22 Januari 2011 hingga tanggal 23 Januari 2011. Pengambilan data dilakukan dari pukul 08.00 hingga pukul 24.00. 3.1 Peralatan dan Bahan

Gambar 3.1 Kincir angin model Kincir angin model tugas akhir yang dapat dilihat pada Gambar 3.1 memiliki 3 bagian utama, yaitu:

13

1. Handle Shaft Handle shaft seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.2 merupakan bagian yang berfungsi sebagai poros utama, sekaligus komponen tempat sudu berada. Kesentrisan komponen ini sangat penting, karena akan mempengaruhi efisiensi kerja kincir angin. Pada komponen ini terdapat stopper pin yang berfungsi membatasi sudut buka sebesar 85o dan sudut tutup sudu sebesar 5o.

Gambar 3.2 Handle shaft 2. Blade Blade seperti dapat dilihat pada gambar 3.3, adalah komponen kincir yang berfungsi untuk menangkap angin. Komponen ini didisain agar dapat membuka dan menutup secara otomatis. Pada komponen ini saat unjuk kerja akan divariasikan menjadi 2 variasi diameter kincir.

Gambar 3.3 Blade

14

3. Support Support seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.4, merupakan komponen pendukung kincir yang dirancang ini. Komponen ini juga merangkap sebagai support untuk komponen blade. Pada komponen ini juga terdapat blade stopper yang berfungsi sebagai limit maksimal dan minimal sudu kincir dapat membuka dan menutup.

Gambar 3.4 Support Sedangkan peralatan yang mendukung dalam pengambilan data antara lain: 1. Wind tunnel Dapat dilihat pada Gambar 3.5, wind tunnel berfungsi untuk menangkap angin yang dihisap oleh fan blower. Sekaligus menjadi tempat untuk pengujian kincir.

15

Gambar 3.5 Wind tunnel

2. Fan blower Gambar 3.6 adalah fan blower dengan daya motor 5,5 KW yang berfungsi untuk menghisap angin melalui wind tunnel.

Gambar 3.6 Fan blower

3. Anemometer Alat ini berfungsi untuk mengetahui kecepatan angin yang ada di dalam wind tunnel, anemometer ditunjukan pada Gambar 3.7

16

Gambar 3.7 Anemometer

4. Stopwatch Stopwatch, seperti Gambar 3.8 digunakan untuk mencatat waktu saat pengambilan data kincir angin.

Gambar 3.8 Stopwatch

5. Neraca pegas Neraca pegas yang ditunjukan pada Gambar 3.9 digunakan untuk mengukur beban pengimbang torsi dinamis.

Gambar 3.9 Neraca pegas

17

6. Rangkaian beban lampu Rangkaian lampu seperti pada Gambar 3.10 berfungsi untuk memberikan variasi beban dalam menguji kincir angin.

Gambar 3.10 Rangkaian beban lampu

7. Generator Generator seperti dapat dilihat pada Gambar 3.11 dihubungkan dengan rangkaian beban lampu, yang nantinya berfungsi sebagai penghambat/ pengerem putaran kincir dalam pengambilan data torsi dan daya kincir.

Gambar 3.11 Generator

18

8. Tachometer Alat ini berfungsi untuk mengetahui kecepatan putaran kincir angin sebagai data yang dibutuhkan. Tachometer yang dipakai ditunjukan pada Gambar 3.12.

Gambar 3.12 Tachometer

3.2 Variabel Penelitian Beberapa variable penelitian yang harus ditentukan sebelum penelitian adalah: 1. Variasi ukuran diameter kincir adalah: 70 cm, 100 cm. 2. Variasi kecepatan angin dalam penelitian adalah: 5 m/s hingga 7 m/s. 3.3 Variabel yang Diukur Variable yang diukur yang sesuai dengan tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Kecepatan angin (𝑣) 2. Putaran kincir/ poros (𝑛) 3. Gaya pengimbang torsi (F)

19

3.4 Parameter yang Dihitung Parameter yang dihitung untuk mendapatkan karakteristik kincir angin adalah: 1. Daya angin (𝑃𝑎 ) 2. Daya kincir (𝑃𝑘 ) 3. Koefisien daya (𝐶𝑝 ) 4. Tip speed ratio (𝑡𝑠𝑟) Langkah pertama dalam pengambilan data penelitian adalah memposisikan kincir angin seperti Gambar 3.13. Sambungkan kincir angin dengan transmisi sabuk yang berada dibawah wind tunnel.

Gambar 3.13 Pengambilan data torsi

20

3.5 Langkah Penelitian Pengambilan data torsi dinamis dan daya kincir dilakukan secara bersamaan. Saat pengambilan data torsi dinamis, hal-hal yang perlu dilakukan adalah: 1. Memasang neraca pegas pada tempat yang ditentukan. 2. Memasang tali yang dihubungkan antara neraca pegas dengan lengan pada generator. 3. Memposisikan anemometer seperti Gambar 3.14 untuk mengukur kecepatan angin di dalam wind tunnel.

Gambar 3.14 Setting anemometer

4. Menghubungkan generator ke rangkaian lampu, yang nantinya berfungsi sebagai rem/ penghambat. 5. Rangkaian lampu diposisikan pada posisi saklar off semua terlebih dahulu, pengujian dilakukan hingga 4 variasi beban lampu. 6. Jika sudah siap, nyalakan blower untuk menghembuskan angin pada wind tunnel. Atur kecepatan angin dalam wind tunnel dengan cara

21

merubah jarak blower terhadap wind tunnel untuk menentukan variasi angin mulai dari 7 m/s hingga 5 m/s, mulai dari yang tercepat. 7. Bila kecepatan angin sudah sesuai dengan yang diinginkan, maka pengukuran dapat dilakukan dengan membaca massa pengimbang yang terukur pada neraca pegas. 8. Mengukur putaran poros dengan tachometer yang diarahkan pada pulley besar. 9. Hasil dari pengamatan kemudian dicatat. 10. Ulangi langkah 5 hingga 9, untuk 4 hingga 5 variasi kecepatan, dan 2 variasi diameter kincir.

22

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Penelitian 4.1.1 Data penelitian kincir dengan diameter 70 cm Data penelitian diperoleh dari pengambilan data torsi pada kincir angin diameter 70 cm. Pengujian dilakukan dengan variasi kecepatan angin mulai dari yang tertinggi yaitu sekitar 7 m/s dengan penurunan 0,5 m/s hingga kincir berhenti berputar. Pembebanan variatif menggunakan rangkaian lampu, mulai dari 0 atau tidak ada pembebanan hingga 4 lampu. Dari penelitian didapatkan data yang dapat dilihat pada Tabel 4.1. 4.1.2 Data penelitian kincir dengan diameter 100 cm Proses penelitian sama seperti pengujian kincir dengan diameter 70 cm. Dari

penelitian

diperoleh

data

yang

tampak

pada

Tabel

4.2

23

Tabel 4.1 Data hasil pengujian kincir dengan diameter 70 cm. 𝑽𝐚 (m/s) 6.76 6.57 6.6 6.84 6.78 6.92 6.1 6.1 5.97 5.46 5.51 5.41 6.76 6.57 6.6 6.84 6.78 6.92 6.1 6.1 5.97 5.46 5.51 5.41 6.76 6.57 6.6 6.84 6.78 6.92

beban Putaran (gram) (rpm) 140 61.49 140 61.13 140 64.3 140 64.68 140 63.43 140 64.87 110 46.95 110 51.6 110 51.8 100 34.37 100 34.86 100 37.04 180 52.08 180 51.99 180 51.37 190 54.49 190 55.75 190 54.95 150 39.9 150 39.45 150 40.07 130 25.75 130 27.64 130 27.16 210 49.53 210 47.06 210 47.72 200 50.61 200 52.12 200 50.85

𝑽𝐚 (m/s) 6.1 6.1 5.97 5.46 5.51 5.41 6.76 6.57 6.6 6.84 6.78 6.92 6.1 6.1 5.97 5.46 5.51 5.41 6.76 6.57 6.6 6.84 6.78 6.92 6.1 6.1 5.97 5.46 5.51 5.41

beban Putaran (gram) (rpm) 180 36.03 180 35.16 180 34.58 140 19.13 140 18.93 140 18.2 240 42.87 240 42.91 240 43.4 230 45.26 230 45.42 230 45.1 200 30.24 200 33.02 200 31.19 150 16.33 150 12.11 150 14.71 270 39.89 270 39.7 240 39.26 260 42.36 260 41.01 260 42.03 220 26.27 220 26.2 220 25.41 170 9.42 170 10.52 170 13.31

24

Tabel 4.2 Data hasil pengujian kincir dengan diameter 100 cm.

𝑽𝐚 (m/s) 6.71 6.74 6.68 6.6 6.52 6.63 5.91 5.85 5.87 5.6 5.48 5.52 5.19 5.11 5.11 6.71 6.74 6.68 6.6 6.52 6.63 5.91 5.85 5.87 5.6 5.48 5.52 5.19 5.11 5.11 6.71 6.74 6.68 6.6 6.52 6.63 5.91 5.85

Beban Putaran (gram) (rpm) 160 160 160 160 160 160 160 160 160 160 160 160 150 150 150 230 230 230 230 230 230 220 220 220 220 220 220 210 210 210 280 280 280 280 280 280 270 270

66.25 67.02 64.94 62.12 60.13 61.99 51.24 49.48 51.64 47.49 45.91 44.96 37.1 36.6 35.71 63.46 63.01 61.85 56.41 57 58.2 45.47 43.51 46.42 40.97 40.09 39.53 33.69 33.21 32.07 59.8 57.02 58.06 53.9 53.16 52.93 42.26 41.32

𝑽𝐚 (m/s) 5.87 5.6 5.48 5.52 5.19 5.11 5.11 6.71 6.74 6.68 6.6 6.52 6.63 5.91 5.85 5.87 5.6 5.48 5.52 5.19 5.11 5.11 6.71 6.74 6.68 6.6 6.52 6.63 5.91 5.85 5.87 5.6 5.48 5.52 5.19 5.11 5.11

Beban Putaran (gram) (rpm) 270 250 250 250 240 240 240 330 330 330 330 330 330 310 310 310 290 290 290 290 290 290 350 350 350 370 370 370 340 340 340 310 310 310 310 310 310

42.74 39.23 37.63 37.64 31.4 31.32 31.52 53.75 54.67 56.35 51.28 50.23 49.02 39.67 40.65 39.62 35.91 36.14 37.06 29.92 28.43 29.27 52.84 52 51.19 47.62 48.84 49.86 37.68 38.2 37.55 34.4 34.38 33.31 28.52 28.39 26.96

25

Contoh perhitungan untuk kincir angin dengan diameter 100 cm pada kecepatan angin 6.7 m/s ditunjukan pada sub bab 4.2: 4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan 4.2.1 Perhitungan daya angin Daya angin dihitung dengan menggunakan persamaan (5) yang dapat dilihat pada sub bab 2.4.1: 𝑃𝑎 = 0,6. 𝐴. 𝑣 3 yang dalam hal ini: 𝑃𝑎 : daya angin, watt 𝐴 : luas penampang melintang angin yang ditangkap oleh kincir, m2 𝑣 : kecepatan angin, m/s Sedangkan dalam hal ini, besarnya luas penampang (𝐴) sendiri adalah: 𝐴 = 𝑑. 𝑡 dengan: 𝑑 : diameter kincir, m 𝑡 : tinggi sudu saat membuka maksimal, m sehingga persamaan (5) dapat disederhanakan menjadi: 𝑃𝑎 = 0,6. 𝐴. 𝑣 3

26

𝑃𝑎 = 0,6. 𝑑. 𝑡. 𝑣 3 Sebagai contoh diambil data dari table 4.1 no. 1 tanpa beban variatif (0). Dari data, kecepatan angin (𝑣) sebesar 6,76 m/s, sedangkan diameter kincir yang diuji (𝑑) adalah 0,7 m, dan tinggi sudu saat membuka maksimal (𝑡) adalah 0,4 m. Maka dapat dihitung besarnya daya angin (𝑃𝑎 ) sebesar: 𝑃𝑎 = 0,6. 𝑑. 𝑡. 𝑣 3 𝑃𝑎 = 0,6 . 0,7 . 0,4 . 6,763 𝑃𝑎 = 51,90 𝑚 𝑠 4.2.2 Perhitungan torsi Mengacu pada persamaan (6) yang dapat dilihat pada sub bab 2.4.2.1, maka besarnya torsi dapat dirumuskan: 𝑇 = 𝑟. 𝐹 yang dalam hal ini: 𝑇 : torsi, Nm 𝑟 : jarak lengan ke poros, m 𝐹 : gaya pengimbang yang diukur tegak lurus, N diamana besarnya gaya pengimbang (𝐹) sendiri sebesar: 𝐹 = 𝑚. 𝑎 yang dalam hal ini:

27

𝑚 : massa pengimbang, kg 𝑎 : percepatan gravitasi, m/s2 Maka persamaan (6) dapat disederhanakan menjadi: 𝑇 = 𝑟. 𝐹 𝑇 = 𝑟. 𝑚. 𝑎 Untuk contoh perhitungan dapat diambil data dari tabel 4.1 no. 1 tanpa adanya beban variatif dari rangkaian lampu (0). Dari data, diperoleh besarnya massa pengimbang (𝑚) 0,14 kg, sedangkan jarak lengan ke poros (𝑟) diukur saat pengujian sepanjang 0,2 m. jika percepata gravitasi dianggap 9,81 m/s2, maka besarnya torsi adalah: 𝑇 = 𝑟. 𝑚. 𝑎 𝑇 = 0,2 . 0,14 . 9,81 𝑇 = 0,27 𝑁𝑚 4.2.3 Perhitungan daya kincir Daya kincir dihitung dengan persamaan (9) yang dibahas pada sub bab 2.4.2.2:

𝑃𝑘 =

𝑇𝜋𝑛 30

yang dalam hal ini: 𝑃𝑘 : daya kincir, watt

28

𝑇 : besarnya torsi, Nm 𝑛 : putaran poros, rpm Untuk contoh perhitungan dapat diambil dari table 4.1 no. 1 tanpa pembebanan variatif rangkaian lampu (0). Dari data, didapatkan bahwa pada kecepatan angin (𝑣) 6,76 m/s didapatkan putaran poros (𝑛) sebesar 61,49 rpm, sedangkan besarnya torsi (𝑡) telah diperhitungkan pada sub bab 4.2.2 sebesar 0,27 Nm, maka besarnya daya poros:

𝑃𝑘 =

𝑃𝑘 =

𝑇𝜋𝑛 30

0,27 . 𝜋 . 61,49 30

𝑃𝑘 = 1,74 𝑤𝑎𝑡𝑡s 4.2.4 Perhitungan tip speed ratio Perhitungan tip speed ratio (tsr) mengacu pada persamaan (10) yang telah dibahas pada sub bab 2.4.3 dimana:

𝑡𝑠𝑟 =

2𝜋𝑟𝑛 60𝑣

yang dalam hal ini: 𝑟 : jari-jari kincir, m 𝑛 : putaran poros tiap menit, rpm

29

𝑣 : kecepatan angin, m/s Untuk contoh perhitungan diambil data dari table 4.1 no. 1 tanpa beban variatif rangkaian lampu (0). Dari data, didapatkan putaran poros tiap menit (𝑛) sebesar 61,49 rpm pada kecepatan angin (𝑣) 6,76 m/s, sedangkan jari-jari kincir (𝑟) sebesar 0.35 m. Maka besarnya tip speed ratio:

𝑡𝑠𝑟 =

2𝜋𝑟𝑛 60𝑣

𝑡𝑠𝑟 =

2𝜋. 0,35 .61,49 60 . 6,76

𝑡𝑠𝑟 = 0,33 4.2.5 Perhitungan koefisen daya (𝑪𝒑) Koefisen daya (𝐶𝑝) dapat dihitung dengan persamaan (11) yang pembahasannya terdapat pada sub bab 2.4.4.

𝐶𝑝 =

𝑃𝑘 . 100% 𝑃𝑎

yang dalam hal ini: 𝐶𝑝 : koefisien daya, % 𝑃𝑘 : daya kincir, watt 𝑃𝑎 : daya angin, watt

30

Untuk contoh perhitungan diambil data dari table 4.1 no. 1 tanpa pembebanan variatif rangkaian lampu (0). Besarnya daya kincir (𝑃𝑘 ) didapatkan dari perhitungan pada sub bab 4.2.3 sebesar 1,74 watt. Sedangkan besarnya daya angin (𝑃𝑎 ) didapatkan dari perhitungan pada sub bab 4.2.1 sebesar 51,90. Maka didapatkan koefisen daya (𝐶𝑝) sebesar:

𝐶𝑝 =

𝑃𝑘 . 100% 𝑃𝑎

𝐶𝑝 =

1,74 . 100% 51,9

𝐶𝑝 = 3,35% 4.3 Hasil dan Pembahasan 4.3.1 Persamaan garis polynomial. Grafik hubungan 𝐶𝑝 dengan tsr untuk berbagai jenis kincir angin dapat dilihat pada grafik batas Betz ( Betz limit, atas nama ilmuan Jerman Albert Betz) seperti terlihat pada Gambar 4.1. Jika dilihat pada grafik batas Betz, hubungan 𝐶𝑝 da tsr untuk kincir angin poros vertikal (savonius) merupakan fungsi persamaan garis polynomial pangkat dua, sehingga dapat didekati dengan persamaan: 𝐶𝑝 = 𝑘1 ∙ 𝑡𝑠𝑟 2 + 𝑘2 ∙ 𝑡𝑠𝑟 + 𝑘3 dimana: 𝐶𝑝 : Koefisien daya, %

(12)

31

𝑡𝑠𝑟 : Tip speed ratio 𝑘1 , 𝑘2 , 𝑘3 : konstanta

Gambar 4.1 Grafik Betz limit. (sumber: digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate5125-4203109009-bab2.pdf)

Seperti dalam Persamaan 10 yang dibahas pada sub bab 2.4.3, tsr berbanding lurus dengan rpm, maka jika kincir tidak berputar, atau rpm = 0 (nol), maka nilai dari tsr juga akan menjadi 0 (nol). Sedangkan koefisien daya sendiri adalah perbandingan antara daya kincir (𝑃𝑘 ) dengan daya angin (𝑃𝑎 ), dimana seperti yang dibahas pada sub bab 2.4.2.2, daya kincir juga berbanding lurus dengan putaran poros (𝑛), maka jika kincir tidak berputar, nilai 𝑃𝑘 = 0 (nol), dengan demikian Persamaan 12 dapat disederhanakan menjadi: 𝐶𝑝 = 𝑘1 ∙ 𝑡𝑠𝑟 2 + 𝑘2 ∙ 𝑡𝑠𝑟 𝑘3 dianggap 0 (nol), karena jika tsr = 0 (nol) maka nilai dari 𝐶𝑝 = 0 (nol).

(13)

32

Jika dijabarkan, maka persamaan dari koefisien daya (𝐶𝑝 ) adalah:

𝐶𝑝 =

𝑃𝑘 𝑃𝑎

𝐶𝑝 =

𝑇. 𝜔 0,5 ∙ 𝜌 ∙ 𝐴 ∙ 𝑣 3

𝐶𝑝 =

𝑇. 𝜔 0,5 ∙ 𝜌 ∙ 𝐴 ∙ 𝑣 3

𝐶𝑝 =

𝐹 ∙ 𝑟𝑝 ∙ 2 ∙ 𝜋 ∙ 𝑛 60 0,5 ∙ 𝜌 ∙ 𝐴 ∙ 𝑣 3

𝐶𝑝 =

2 ∙ 𝜋 ∙ 𝑟𝑝 𝐹 ∙ 𝑛 ∙ 30 ∙ 𝐴 𝜌 ∙ 𝑣 3

Jika

𝑐1 =

2 ∙ 𝜋 ∙ 𝑟𝑝 30 ∙ 𝐴

maka koefisien daya (𝐶𝑝 ) dapat disederhanakan menjadi:

𝐶𝑝 = 𝑐1 ∙ Sedangkan tsr sendiri memiliki persamaan:

𝑡𝑠𝑟 =

2𝜋𝑟𝑘 𝑛 60𝑣

𝑡𝑠𝑟 =

𝜋𝑟𝑘 𝑛 ∙ 30 𝑣

𝐹∙𝑛 𝜌 ∙ 𝑣3

(14)

33

Jika

𝑐2 =

𝜋𝑟𝑘 30

maka, persamaan tsr dapat disederhanakn menjadi:

𝑡𝑠𝑟 = 𝑐2 ∙

𝑛 𝑣

(15)

Sehingga jika Persamaan 14 dan Persamaan 15 disubtitusikan ke dalam Persamaan 13, maka akan menjadi: 𝐶𝑝 = 𝑘1 ∙ 𝑡𝑠𝑟 2 + 𝑘2 ∙ 𝑡𝑠𝑟

𝑐1 ∙

𝐹∙𝑛 𝑛 = 𝑘1 ∙ 𝑐2 ∙ 3 𝜌∙𝑣 𝑣

2

+ 𝑘2 ∙ 𝑐2 ∙

𝑛 𝑣

𝐹∙𝑛 𝑛2 𝑛 2 𝑐1 ∙ = 𝑘 ∙ 𝑐 ∙ + 𝑘 ∙ 𝑐 ∙ 1 2 2 2 𝜌 ∙ 𝑣3 𝑣2 𝑣 jika persamaan dibagi dengan n/v, maka

𝑐1 ∙

𝐹 𝑛 2 = 𝑘 ∙ 𝑐 ∙ + 𝑘2 ∙ 𝑐2 1 2 𝜌 ∙ 𝑣2 𝑣

sehingga menjadi, 𝐹∙𝑛 𝑘1 ∙ 𝑐2 2 𝑛2 𝑘2 ∙ 𝑐2 𝑛 = ∙ + ∙ 𝜌 ∙ 𝑣3 𝑐1 𝑣2 𝑐1 𝑣 yang dalam hal ini: 𝐹 : Gaya, N 𝑛 : Putaran poros setiap menit, rpm

(16)

34

𝜌 : Massa jenis udara pada suhu tertentu, kg/m3 𝑣 : kecepatan angin, m/s 𝑘1 , 𝑘2 , 𝑐1 , 𝑐2 : konstanta Dari hasil pengujian didapatkan, grafik F.n/(ρ.v2) terhadap n/v sebagai berikut:

0.06 0.05

F/(ρ.v2)

0.04 0.03 0.02

F/(ρ.v2)=-0,002(n/v)+0,053 0.01 0 0

2

4

6

8

10

12

n/v 2

Gambar 4.2 Grafik perbandingan F.n/(ρ.v ) terhadap n/v, untuk diameter kincir 70 cm

0.12 0.1

F/(ρ.v2)

0.08 0.06 0.04 0.02

F/(ρ.v2)= -0,013(n/v)+0,163

0 0

2

4

6

8

10

12

n/v 2

Gambar 4.3 Grafik perbandingan F.n/(ρ.v ) terhadap n/v, untuk diameter kincir 100 cm

35

Tabel 4.3. Perhitungan F/(ρxv2) dan n/v kincir angin diameter 70 cm. Va (m/s) 6.76 6.57 6.6 6.84 6.78 6.92 6.1 6.1 5.97 5.46 5.51 5.41 6.76 6.57 6.6 6.84 6.78 6.92 6.1 6.1 5.97 5.46 5.51 5.41 6.76 6.57 6.6 6.84 6.78

m n (gram) (rpm) 140 140 140 140 140 140 110 110 110 100 100 100 180 180 180 190 190 190 150 150 150 130 130 130 210 210 210 200 200

61.49 61.13 64.3 64.68 63.43 64.87 46.95 51.6 51.8 34.37 34.86 37.04 52.08 51.99 51.37 54.49 55.75 54.95 39.9 39.45 40.07 25.75 27.64 27.16 49.53 47.06 47.72 50.61 52.12

𝑭 𝝆𝒙𝒗𝟐

n/v

0.03 0.03 0.03 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.03 0.04

9.10 9.30 9.74 9.46 9.36 9.37 7.70 8.46 8.68 6.29 6.33 6.85 7.70 7.91 7.78 7.97 8.22 7.94 6.54 6.47 6.71 4.72 5.02 5.02 7.33 7.16 7.23 7.40 7.69

Va (m/s) 6.92 6.1 6.1 5.97 5.46 5.51 5.41 6.76 6.57 6.6 6.84 6.78 6.92 6.1 6.1 5.97 5.46 5.51 5.41 6.76 6.57 6.6 6.84 6.78 6.92 6.1 6.1 5.97 5.46 5.51 5.41

m n (gram) (rpm) 200 180 180 180 140 140 140 240 240 240 230 230 230 200 200 200 150 150 150 270 270 240 260 260 260 220 220 220 170 170 170

50.85 36.03 35.16 34.58 19.13 18.93 18.2 42.87 42.91 43.4 45.26 45.42 45.1 30.24 33.02 31.19 16.33 12.11 14.71 39.89 39.7 39.26 42.36 41.01 42.03 26.27 26.2 25.41 9.42 10.52 13.31

𝑭 𝝆𝒙𝒗𝟐

n/v

0.03 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.05 0.05 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.05 0.04 0.04 0.04 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.04 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05

7.35 5.91 5.76 5.79 3.50 3.44 3.36 6.34 6.53 6.58 6.62 6.70 6.52 4.96 5.41 5.22 2.99 2.20 2.72 5.90 6.04 5.95 6.19 6.05 6.07 4.31 4.30 4.26 1.73 1.91 2.46

36

Tabel 4.4. Perhitungan F/(ρxv2) dan n/v kincir angin diameter 100 cm. Va (m/s) 6.71 6.74 6.68 6.6 6.52 6.63 5.91 5.85 5.87 5.6 5.48 5.52 5.19 5.11 5.11 6.71 6.74 6.68 6.6 6.52 6.63 5.91 5.85 5.87 5.6 5.48 5.52 5.19 5.11 5.11 6.71 6.74 6.68 6.6 6.52 6.63 5.91

𝑭 m n (gram) (rpm) 𝝆𝒙𝒗𝟐 160 160 160 160 160 160 160 160 160 160 160 160 150 150 150 230 230 230 230 230 230 220 220 220 220 220 220 210 210 210 280 280 280 280 280 280 270

66.25 67.02 64.94 62.12 60.13 61.99 51.24 49.48 51.64 47.49 45.91 44.96 37.1 36.6 35.71 63.46 63.01 61.85 56.41 57 58.2 45.47 43.51 46.42 40.97 40.09 39.53 33.69 33.21 32.07 59.8 57.02 58.06 53.9 53.16 52.93 42.26

0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.05 0.05 0.05 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.05 0.05 0.05 0.06 0.06 0.06 0.06 0.07 0.07 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.06

n/v 9.87 9.94 9.72 9.41 9.22 9.35 8.67 8.46 8.80 8.48 8.38 8.14 7.15 7.16 6.99 9.46 9.35 9.26 8.55 8.74 8.78 7.69 7.44 7.91 7.32 7.32 7.16 6.49 6.50 6.28 8.91 8.46 8.69 8.17 8.15 7.98 7.15

Va (m/s) 5.85 5.87 5.6 5.48 5.52 5.19 5.11 5.11 6.71 6.74 6.68 6.6 6.52 6.63 5.91 5.85 5.87 5.6 5.48 5.52 5.19 5.11 5.11 6.71 6.74 6.68 6.6 6.52 6.63 5.91 5.85 5.87 5.6 5.48 5.52 5.19 5.11 5.11

𝑭 m n (gram) (rpm) 𝝆𝒙𝒗𝟐 270 270 250 250 250 240 240 240 330 330 330 330 330 330 310 310 310 290 290 290 290 290 290 350 350 350 370 370 370 340 340 340 310 310 310 310 310 310

41.32 42.74 39.23 37.63 37.64 31.4 31.32 31.52 53.75 54.67 56.35 51.28 50.23 49.02 39.67 40.65 39.62 35.91 36.14 37.06 29.92 28.43 29.27 52.84 52 51.19 47.62 48.84 49.86 37.68 38.2 37.55 34.4 34.38 33.31 28.52 28.39 26.96

0.06 0.06 0.07 0.07 0.07 0.07 0.08 0.08 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.07 0.07 0.07 0.08 0.08 0.08 0.09 0.09 0.09 0.06 0.06 0.06 0.07 0.07 0.07 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.09 0.10 0.10

n/v 7.06 7.28 7.01 6.87 6.82 6.05 6.13 6.17 8.01 8.11 8.44 7.77 7.70 7.39 6.71 6.95 6.75 6.41 6.59 6.71 5.76 5.56 5.73 7.87 7.72 7.66 7.22 7.49 7.52 6.38 6.53 6.40 6.14 6.27 6.03 5.50 5.56 5.28

37

Dari Gambar 4.2 didapatkan persamaan untuk kincir dengan diameter 70 cm: 𝐹∙𝑛 𝑛2 𝑛 = −0,002 ∙ + 0,053 ∙ 3 2 𝜌∙𝑣 𝑣 𝑣 Sehingga harga 𝑘1 untuk kincir dengan diameter 70 cm dapat dicari dengan cara: 𝑘1 ∙ 𝑐2 2 = −0,002 𝑐1

𝑘1 =

−0,002 ∙ 𝑐1 𝑐2 2

2 ∙ 𝜋 ∙ 𝑟𝑝 −0,002 ∙ 30 ∙ 𝐴 𝑘1 = 𝜋 ∙ 𝑟𝑘 2 30

𝑘1 =

−0,002 ∙ 60 ∙ 𝑟𝑝 𝜋 ∙ 𝑟𝑘 2 ∙ 𝐴

𝑘1 =

−0,002 ∙ 60 ∙ 0,2 𝜋 ∙ 0.352 ∙ 0,7 ∙ 0,4

𝑘1 = −0,223 Sedangkan harga 𝑘2 untuk kincir dengan diameter 70 cm dicari dengan cara: 𝑘2 ∙ 𝑐2 = 0,053 𝑐1

𝑘2 =

0,053 ∙ 𝑐1 𝑐2

2 ∙ 𝜋 ∙ 𝑟𝑝 0,053 ∙ 30 ∙ 𝐴 𝑘2 = 𝜋 ∙ 𝑟𝑘 30

38

𝑘2 =

0,053 ∙ 2 ∙ 𝑟𝑝 𝑟𝑘 ∙ 𝐴

𝑘2 =

0,053 ∙ 2 ∙ 0,2 0,35 ∙ 0,7 ∙ 0,4

𝑘2 = 0,216 Jika harga 𝑘1 dan 𝑘2 disubtitusikan ke Persamaan 13, maka diperoleh persamaan garis polynomial perbadingan 𝐶𝑝 terhadap tsr untuk kincir dengan diameter 70 cm sebagai berikut: 𝐶𝑝 = −0,223 ∙ 𝑡𝑠𝑟 2 + 0,216 ∙ 𝑡𝑠𝑟

(17)

Sedangkan dari Gambar 4.3. didapatkan persamaan untuk kincir dengan diameter 100 cm: 𝐹∙𝑛 𝑛2 𝑛 = −0,013 ∙ + 0,163 ∙ 3 2 𝜌∙𝑣 𝑣 𝑣 Sehingga harga 𝑘1 untuk kincir dengan diameter 100 cm dapat dicari dengan cara: 𝑘1 ∙ 𝑐2 2 = −0,013 𝑐1

𝑘1 =

−0,013 ∙ 𝑐1 𝑐2 2

2 ∙ 𝜋 ∙ 𝑟𝑝 −0,013 ∙ 30 ∙ 𝐴 𝑘1 = 𝜋 ∙ 𝑟𝑘 2 30

𝑘1 =

−0,013 ∙ 60 ∙ 𝑟𝑝 𝜋 ∙ 𝑟𝑘 2 ∙ 𝐴

39

𝑘1 =

−0,013 ∙ 60 ∙ 0,2 𝜋 ∙ 0.52 ∙ 1,0 ∙ 0,4

𝑘1 = −0,497 Sedangkan harga 𝑘2 untuk kincir dengan diameter 100 cm dicari dengan cara: 𝑘2 ∙ 𝑐2 = 0,163 𝑐1

𝑘2 =

0,163 ∙ 𝑐1 𝑐2

2 ∙ 𝜋 ∙ 𝑟𝑝 0,163 ∙ 30 ∙ 𝐴 𝑘2 = 𝜋 ∙ 𝑟𝑘 30

𝑘2 =

0,163 ∙ 2 ∙ 𝑟𝑝 𝑟𝑘 ∙ 𝐴

𝑘2 =

0,163 ∙ 2 ∙ 0,2 0,5 ∙ 1,0 ∙ 0,4

𝑘2 = 0,326 Jika harga 𝑘1 dan 𝑘2 disubtitusikan ke Persamaan 13, maka diperoleh persamaan garis polynomial perbadingan 𝐶𝑝 terhadap tsr untuk kincir dengan diameter 70 cm sebagai berikut: 𝐶𝑝 = −0,497 ∙ 𝑡𝑠𝑟 2 + 0,326 ∙ 𝑡𝑠𝑟

(18)

4.3.2 Grafik hubungan antara Cp terhadap tsr Dengan Persamaan 17 dan Persamaan 18, maka diperoleh grafik perbandingan antara 𝐶𝑝 terhadap tsr yag dapat dilihat pada Gambar 4.4.

40

koefisien daya (%)

6 5 4 3 2 1 0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

tsr diameter kincir 70 cm

diameter kincir 100 cm

Gambar 4.4. Grafik hubungan antara Cp terhadap tsr untuk 2 model kincir

Dari Gambar 4.4, koefisien daya tertinggi sebesar 5,34 % diperoleh dari kincir angin dengan diameter 100 cm pada tsr 0,32. 4.3.3 Grafik hubungan antara putaran poros, torsi dan daya kincir. Dengan menggunakan Persamaan 17 untuk kincir dengan diameter 70 cm, didapatkan persamaan garis polynomial hubungan antara torsi dengan daya kincir dengan cara: 𝐶𝑝 = −0,223 ∙ 𝑡𝑠𝑟 2 + 0,216 ∙ 𝑡𝑠𝑟 𝑃𝑘 = −0,223 ∙ 𝑡𝑠𝑟 2 + 0,216 ∙ 𝑡𝑠𝑟 𝑃𝑎 𝑇∙𝜔 = −0,223 ∙ 𝑡𝑠𝑟 2 + 0,216 ∙ 𝑡𝑠𝑟 𝑃𝑎

𝑇=

−0,223 ∙ 𝑃𝑎 0,216 ∙ 𝑃𝑎 ∙ 𝑡𝑠𝑟 2 + ∙ 𝑡𝑠𝑟 𝜔 𝜔

(19)

41

Sedangkan persamaan polynomial hubungan antara torsi dengan daya kincir untuk kincir dengan diameter 100 dapat dicari menggunakan Persamaan 18, dengan cara: 𝐶𝑝 = −0,497 ∙ 𝑡𝑠𝑟 2 + 0,326 ∙ 𝑡𝑠𝑟 𝑃𝑘 = −0,497 ∙ 𝑡𝑠𝑟 2 + 0,326 ∙ 𝑡𝑠𝑟 𝑃𝑎 𝑇∙𝜔 = −0,497 ∙ 𝑡𝑠𝑟 2 + 0,326 ∙ 𝑡𝑠𝑟 𝑃𝑎

𝑇=

−0,497 ∙ 𝑃𝑎 0,326 ∙ 𝑃𝑎 ∙ 𝑡𝑠𝑟 2 + ∙ 𝑡𝑠𝑟 𝜔 𝜔

(20)

Dengan Persamaan 19, didapatkan grafik hubungan antara putaran poros, torsi dan daya kincir untuk diameter kincir 70 cm, yang dapat dilihat pada Gambar 4.5. Dengan Persamaan 20, didapatkan grafik hubungan antara putaran poros, torsi dan daya kincir untuk diameter kincir 100 cm, yang dapat dilihat pada Gambar 4.6.

42

Gambar 4.5. Grafik hubungan antara putaran poros- torsi- daya kincir, untuk diameter kincir 70 cm

Gambar 4.6. Grafik hubungan antara putaran poros- torsi- daya kincir, untuk diameter kincir 100 cm

4.4 Pembahasan Pada tugas akhir ini telah diketahui bahwa cara kerja kincir angin model ini adalah dengan sudu yang membuka dan menutup secara otomatis karena adanya tiupan angin. Saat posisi sudu terbuka, itulah sudu yang menerima angin

43

dan secara otomatis sudu yang seporos akan menutup, hal ini memungkinkan untuk meminimalkan rugi-rugi gesekan yang terjadi karena melawan arah angin. Pada prinsip kerjanya, tiupan angin akan memutar kincir angin sehingga memutar poros yang akan diteruskan keberbagai aplikasi, misalnya diteruskan ke generator untuk menghasilkan listrik, atau ke transmisi lain yag digunakan untuk menggiling gandum. Dari data perhitungan dapat diketahui bahwa daya kincir model ini relatif kecil atau sebesar 3,79 watt pada kecepatan angin 6,71 m/s menggunakan kincir dengan diameter 100 cm. Sedangkan koefisien daya terbesarnya diperoleh pada putaran poros 28,39 rpm dan kecepatan angin 5,11 m/s didapatkan sebesar 5,64 %.pada kincir dengan diameter 100 cm dengan tsr sebesar 0,29. Kecilnya daya kincir disebabkan oleh beberapa hal, diantaranya kontur kincir yang kurang aerodinamis menyebabkan masih besarnya gaya drag yang ditimbulkan saat salah satu sudu dalam posisi menentang arah angin. Kesentrisan poros, baik poros utama maupun poros sudu juga mempengaruhi kinerja kincir. Berat kincir angin model 8 kg, mempengaruhi efisiensi kincir model, pemilihan material yang lebih ringan memungkinkan untuk menambah efisiensi kincir angin. Putaran poros yang terukur juga relatif kecil antara 9,42 rpm hingga 67,02 rpm. Dari hasil penelitian dapat diketahui, bahwa semakin besar diameter kincir maka kinerja kincir juga akan menjadi semakin baik.

44

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Dari pengujian model kincir angin yang telah dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan: 1. Koefisien daya tertinggi untuk kincir angin dengan diameter 70 cm sebesar 5,23 % didapatkan pada saat tsr 0,5. 2. Koefisien daya tertinggi untuk kincir angin dengan diameter 100 cm sebesar 5,34 % didapatkan pada saat tsr 0,32. 3. Daya kincir tertinggi untuk kincir angin dengan diameter 70 cm sebesar 2,81 watt didapatkan saat kecepatan angin 6,84 m/s pada torsi sebesar 0,3 Nm dan putaran poros 90 rpm. 4. Daya kincir tertinggi untuk kincir angin dengan diameter 100 cm sebesar 3,87 watt didapatkan saat kecepatan angin 6,71 m/s pada torsi sebesar 1,85 Nm dan putaran poros 20 rpm. 5. Semakin besar diameter dari kincir angin maka semakin besar torsi, daya kincir dan koefisien daya. 6. Dilihat dari hasil unjuk kerja, kincir model ini belum bisa diterapkan untuk memenuhi kebutuhan energi dimasyarakat.

45

5.2 Saran Beberapa hal penting yang dapat digunakan untuk penelitian berikutnya: 1. Berat material kincir angin dibuat seringan mungkin, untuk meningkatkan efisiensi kincir. 2. Bentukan kincir dibuat aerodinamis, untuk meminimalkan gaya drag yang dapat menghambat putaran kincir. 3. Poros kincir harus lurus, agar saat berputar tidak oleng.

46

DAFTAR PUSTAKA Burton, Tony. Sharpe, David. Jenkins, Nick. Bossanyi, Ervin., Wind Energy Handbook, Wiley : New York, 2001 Irwin, J. David.,Mechanical Engineer’s Handbook, Auburn Universty :Auburn, Alabama, 2001 Arifudin, Momon., Model Kincir Angin Poros Vertikal Dengan Empat Sudu Datar Empat Ruang yang Dapat Membentang dan Mengatup Secara Otomatis, FST – Universitas Sanata Dharma: Yogyakarta, 2010 http://en.wikipedia.org/wiki/Windmill http://id.wikipedia.org/wiki/Kincir_angin http:// id.wikipedia.org/wiki/Gayahambat

47

LAMPIRAN

48

Tabel L1. Data perhitungan hubungan F/(ρxv2) terhadap n/v kincir model dengan diameter 70 cm. Va (m/s)

m (gram)

n (rpm)

F (N)

𝑭 𝝆𝒙𝒗𝟐

n/v

6.76 6.57 6.6 6.84 6.78 6.92 6.1 6.1 5.97 5.46 5.51 5.41 6.76 6.57 6.6 6.84 6.78 6.92 6.1 6.1 5.97 5.46 5.51 5.41 6.76 6.57 6.6 6.84 6.78 6.92 6.1 6.1 5.97 5.46 5.51 5.41 6.76

140 140 140 140 140 140 110 110 110 100 100 100 180 180 180 190 190 190 150 150 150 130 130 130 210 210 210 200 200 200 180 180 180 140 140 140 240

61.49 61.13 64.3 64.68 63.43 64.87 46.95 51.6 51.8 34.37 34.86 37.04 52.08 51.99 51.37 54.49 55.75 54.95 39.9 39.45 40.07 25.75 27.64 27.16 49.53 47.06 47.72 50.61 52.12 50.85 36.03 35.16 34.58 19.13 18.93 18.2 42.87

1.3734 1.3734 1.3734 1.3734 1.3734 1.3734 1.0791 1.0791 1.0791 0.981 0.981 0.981 1.7658 1.7658 1.7658 1.8639 1.8639 1.8639 1.4715 1.4715 1.4715 1.2753 1.2753 1.2753 2.0601 2.0601 2.0601 1.962 1.962 1.962 1.7658 1.7658 1.7658 1.3734 1.3734 1.3734 2.3544

0.02505 0.02651 0.02627 0.02446 0.0249 0.0239 0.02417 0.02417 0.02523 0.02742 0.02693 0.02793 0.0322 0.03409 0.03378 0.0332 0.03379 0.03244 0.03295 0.03295 0.03441 0.03565 0.035 0.03631 0.03757 0.03977 0.03941 0.03495 0.03557 0.03414 0.03955 0.03955 0.04129 0.03839 0.0377 0.0391 0.04293

9.09615 9.30441 9.74242 9.45614 9.35546 9.37428 7.69672 8.45902 8.67672 6.29487 6.32668 6.84658 7.70414 7.91324 7.78333 7.96637 8.22271 7.94075 6.54098 6.46721 6.71189 4.71612 5.01633 5.02033 7.32692 7.16286 7.2303 7.39912 7.68732 7.34827 5.90656 5.76393 5.79229 3.50366 3.43557 3.36414 6.34172

49

(lanjutan) Tabel L1. Data perhitungan hubungan F/(ρxv2) terhadap n/v kincir model dengan diameter 70 cm. Va (m/s)

m (gram)

n (rpm)

F (N)

6.57 6.6 6.84 6.78 6.92 6.1 6.1 5.97 5.46 5.51 5.41 6.76 6.57 6.6 6.84 6.78 6.92 6.1 6.1 5.97 5.46 5.51 5.41

240 240 230 230 230 200 200 200 150 150 150 270 270 240 260 260 260 220 220 220 170 170 170

42.91 43.4 45.26 45.42 45.1 30.24 33.02 31.19 16.33 12.11 14.71 39.89 39.7 39.26 42.36 41.01 42.03 26.27 26.2 25.41 9.42 10.52 13.31

2.3544 2.3544 2.2563 2.2563 2.2563 1.962 1.962 1.962 1.4715 1.4715 1.4715 2.6487 2.6487 2.3544 2.5506 2.5506 2.5506 2.1582 2.1582 2.1582 1.6677 1.6677 1.6677

𝑭 𝝆𝒙𝒗𝟐 0.04545 0.04504 0.04019 0.0409 0.03926 0.04394 0.04394 0.04587 0.04113 0.04039 0.0419 0.0483 0.05114 0.04504 0.04543 0.04624 0.04439 0.04833 0.04833 0.05046 0.04662 0.04578 0.04748

n/v 6.5312 6.57576 6.61696 6.69912 6.51734 4.95738 5.41311 5.22446 2.99084 2.19782 2.71904 5.90089 6.04262 5.94848 6.19298 6.04867 6.0737 4.30656 4.29508 4.25628 1.72527 1.90926 2.46026

50

Tabel L2. Data perhitungan hubungan F/(ρxv2) terhadap n/v kincir model dengan diameter 100 cm. Va (m/s)

m (gram)

n (rpm)

F (N)

𝑭 𝝆𝒙𝒗𝟐

n/v

6.71 6.74 6.68 6.6 6.52 6.63 5.91 5.85 5.87 5.6 5.48 5.52 5.19 5.11 5.11 6.71 6.74 6.68 6.6 6.52 6.63 5.91 5.85 5.87 5.6 5.48 5.52 5.19 5.11 5.11 6.71 6.74 6.68 6.6 6.52 6.63 5.91

160 160 160 160 160 160 160 160 160 160 160 160 150 150 150 230 230 230 230 230 230 220 220 220 220 220 220 210 210 210 280 280 280 280 280 280 270

66.25 67.02 64.94 62.12 60.13 61.99 51.24 49.48 51.64 47.49 45.91 44.96 37.1 36.6 35.71 63.46 63.01 61.85 56.41 57 58.2 45.47 43.51 46.42 40.97 40.09 39.53 33.69 33.21 32.07 59.8 57.02 58.06 53.9 53.16 52.93 42.26

1.5696 1.5696 1.5696 1.5696 1.5696 1.5696 1.5696 1.5696 1.5696 1.5696 1.5696 1.5696 1.4715 1.4715 1.4715 2.2563 2.2563 2.2563 2.2563 2.2563 2.2563 2.1582 2.1582 2.1582 2.1582 2.1582 2.1582 2.0601 2.0601 2.0601 2.7468 2.7468 2.7468 2.7468 2.7468 2.7468 2.6487

0.02905 0.02879 0.02931 0.03003 0.03077 0.02976 0.03745 0.03822 0.03796 0.04171 0.04356 0.04293 0.04552 0.04696 0.04696 0.04176 0.04139 0.04214 0.04316 0.04423 0.04277 0.05149 0.05255 0.0522 0.05735 0.05989 0.05902 0.06373 0.06575 0.06575 0.05084 0.05039 0.0513 0.05255 0.05385 0.05207 0.06319

9.87332 9.94362 9.72156 9.41212 9.22239 9.34992 8.67005 8.45812 8.79727 8.48036 8.37774 8.14493 7.14836 7.16243 6.98826 9.45753 9.34866 9.25898 8.54697 8.74233 8.77828 7.69374 7.43761 7.90801 7.31607 7.31569 7.16123 6.49133 6.49902 6.27593 8.91207 8.45994 8.69162 8.16667 8.15337 7.98341 7.15059

51

(lanjutan) Tabel L2. Data perhitungan hubungan F/(ρxv2) terhadap n/v kincir model dengan diameter 100 cm. Va (m/s)

m (gram)

n (rpm)

F (N)

𝑭 𝝆𝒙𝒗𝟐

n/v

5.85 5.87 5.6 5.48 5.52 5.19 5.11 5.11 6.71 6.74 6.68 6.6 6.52 6.63 5.91 5.85 5.87 5.6 5.48 5.52 5.19 5.11 5.11 6.71 6.74 6.68 6.6 6.52 6.63 5.91 5.85 5.87 5.6 5.48 5.52 5.19 5.11 5.11

270 270 250 250 250 240 240 240 330 330 330 330 330 330 310 310 310 290 290 290 290 290 290 350 350 350 370 370 370 340 340 340 310 310 310 310 310 310

41.32 42.74 39.23 37.63 37.64 31.4 31.32 31.52 53.75 54.67 56.35 51.28 50.23 49.02 39.67 40.65 39.62 35.91 36.14 37.06 29.92 28.43 29.27 52.84 52 51.19 47.62 48.84 49.86 37.68 38.2 37.55 34.4 34.38 33.31 28.52 28.39 26.96

2.6487 2.6487 2.4525 2.4525 2.4525 2.3544 2.3544 2.3544 3.2373 3.2373 3.2373 3.2373 3.2373 3.2373 3.0411 3.0411 3.0411 2.8449 2.8449 2.8449 2.8449 2.8449 2.8449 3.4335 3.4335 3.4335 3.6297 3.6297 3.6297 3.3354 3.3354 3.3354 3.0411 3.0411 3.0411 3.0411 3.0411 3.0411

0.0645 0.06406 0.06517 0.06806 0.06707 0.07284 0.07514 0.07514 0.05992 0.05939 0.06046 0.06193 0.06346 0.06137 0.07256 0.07405 0.07355 0.0756 0.07895 0.07781 0.08801 0.09079 0.09079 0.06355 0.06298 0.06412 0.06944 0.07115 0.06881 0.07958 0.08122 0.08067 0.08081 0.08439 0.08317 0.09408 0.09705 0.09705

7.06325 7.28109 7.00536 6.86679 6.81884 6.0501 6.12916 6.1683 8.01043 8.11128 8.43563 7.7697 7.70399 7.39367 6.71235 6.94872 6.74957 6.4125 6.59489 6.71377 5.76493 5.5636 5.72798 7.87481 7.71513 7.66317 7.21515 7.4908 7.52036 6.37563 6.52991 6.39693 6.14286 6.27372 6.03442 5.49518 5.55577 5.27593

52

Tabel L3. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 70 cm, saat kecepatan angin 6,84 m/s. n

tsr

ω

T

𝑷𝒌

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135

0.05356 0.08034 0.10712 0.13389 0.16067 0.18745 0.21423 0.24101 0.26779 0.29457 0.32135 0.34812 0.3749 0.40168 0.42846 0.45524 0.48202 0.5088 0.53558 0.56235 0.58913 0.61591 0.64269 0.66947 0.69625 0.72303

1.04667 1.57 2.09333 2.61667 3.14 3.66333 4.18667 4.71 5.23333 5.75667 6.28 6.80333 7.32667 7.85 8.37333 8.89667 9.42 9.94333 10.4667 10.99 11.5133 12.0367 12.56 13.0833 13.6067 14.13

0.56136 0.54493 0.5285 0.51207 0.49565 0.47922 0.46279 0.44636 0.42993 0.41351 0.39708 0.38065 0.36422 0.34779 0.33137 0.31494 0.29851 0.28208 0.26565 0.24923 0.2328 0.21637 0.19994 0.18351 0.16709 0.15066

0.58756 0.85554 1.10633 1.33993 1.55633 1.75554 1.93755 2.10237 2.24999 2.38042 2.49365 2.58969 2.66854 2.73019 2.77464 2.8019 2.81197 2.80484 2.78052 2.739 2.68029 2.60438 2.51128 2.40098 2.27349 2.1288

53

Tabel L4. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 70 cm, saat kecepatan angin 6,64 m/s. n

tsr

ω

T

𝑷𝒌

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135

0.05517 0.08276 0.11034 0.13793 0.16551 0.1931 0.22068 0.24827 0.27585 0.30344 0.33102 0.35861 0.38619 0.41378 0.44137 0.46895 0.49654 0.52412 0.55171 0.57929 0.60688 0.63446 0.66205 0.68963 0.71722 0.7448

1.04667 1.57 2.09333 2.61667 3.14 3.66333 4.18667 4.71 5.23333 5.75667 6.28 6.80333 7.32667 7.85 8.37333 8.89667 9.42 9.94333 10.4667 10.99 11.5133 12.0367 12.56 13.0833 13.6067 14.13

0.52808 0.51213 0.49618 0.48023 0.46429 0.44834 0.43239 0.41644 0.4005 0.38455 0.3686 0.35265 0.33671 0.32076 0.30481 0.28886 0.27292 0.25697 0.24102 0.22507 0.20912 0.19318 0.17723 0.16128 0.14533 0.12939

0.55272 0.80404 1.03868 1.25661 1.45786 1.64242 1.81028 1.96145 2.09593 2.21372 2.31482 2.39922 2.46693 2.51795 2.55228 2.56992 2.57086 2.55512 2.52268 2.47355 2.40772 2.32521 2.226 2.11011 1.97752 1.82823

54

Tabel L5. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 70 cm, saat kecepatan angin 6,06 m/s. n

tsr

ω

T

𝑷𝒌

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135

0.060451 0.090677 0.120902 0.151128 0.181353 0.211579 0.241804 0.27203 0.302255 0.332481 0.362706 0.392932 0.423157 0.453383 0.483608 0.513834 0.544059 0.574285 0.60451 0.634736 0.664961 0.695187 0.725413 0.755638 0.785864 0.816089

1.046667 1.57 2.093333 2.616667 3.14 3.663333 4.186667 4.71 5.233333 5.756667 6.28 6.803333 7.326667 7.85 8.373333 8.896667 9.42 9.943333 10.46667 10.99 11.51333 12.03667 12.56 13.08333 13.60667 14.13

0.43731 0.422755 0.408201 0.393646 0.379091 0.364537 0.349982 0.335427 0.320873 0.306318 0.291764 0.277209 0.262654 0.2481 0.233545 0.21899 0.204436 0.189881 0.175326 0.160772 0.146217 0.131663 0.117108 0.102553 0.087999 0.073444

0.457718 0.663726 0.8545 1.03004 1.190347 1.335419 1.465258 1.579863 1.679234 1.763371 1.832275 1.885944 1.92438 1.947582 1.95555 1.948284 1.925784 1.888051 1.835083 1.766882 1.683447 1.584778 1.470875 1.341739 1.197368 1.037764

55

Tabel L6. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 70 cm, saat kecepatan angin 5,46 m/s. n

tsr

ω

T

𝑷𝒌

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135

0.067094 0.100641 0.134188 0.167735 0.201282 0.234829 0.268376 0.301923 0.33547 0.369017 0.402564 0.436111 0.469658 0.503205 0.536752 0.570299 0.603846 0.637393 0.67094 0.704487 0.738034 0.771581 0.805128 0.838675 0.872222 0.905769

1.046667 1.57 2.093333 2.616667 3.14 3.663333 4.186667 4.71 5.233333 5.756667 6.28 6.803333 7.326667 7.85 8.373333 8.896667 9.42 9.943333 10.46667 10.99 11.51333 12.03667 12.56 13.08333 13.60667 14.13

0.352404 0.33929 0.326177 0.313063 0.29995 0.286836 0.273723 0.260609 0.247495 0.234382 0.221268 0.208155 0.195041 0.181927 0.168814 0.1557 0.142587 0.129473 0.11636 0.103246 0.090132 0.077019 0.063905 0.050792 0.037678 0.024565

0.36885 0.532686 0.682797 0.819182 0.941842 1.050776 1.145985 1.227468 1.295226 1.349258 1.389564 1.416145 1.429001 1.428131 1.413535 1.385214 1.343167 1.287395 1.217897 1.134673 1.037724 0.92705 0.80265 0.664524 0.512673 0.347096

56

Tabel L7. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat kecepatan angin 6,71 m/s. n 5 10 15 20 25 30 35 40

tsr 0.07799 0.15599 0.23398 0.31197 0.38997 0.46796 0.54595 0.62394

ω 0.52333 1.04667 1.57 2.09333 2.61667 3.14 3.66333 4.18667

T 3.10399 2.6853 2.26661 1.84792 1.42923 1.01054 0.59185 0.17316

𝑷𝒌 1.62442 2.81062 3.55858 3.86831 3.73982 3.17309 2.16814 0.72495

Tabel L8. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat kecepatan angin 6,58 m/s. n 5 10 15 20 25 30 35 40

tsr 0.07953 0.15907 0.2386 0.31814 0.39767 0.4772 0.55674 0.63627

ω 0.52333 1.04667 1.57 2.09333 2.61667 3.14 3.66333 4.18667

T 2.97693 2.56635 2.15577 1.74519 1.33461 0.92403 0.51345 0.10288

𝑷𝒌 1.55793 2.68611 3.38456 3.65327 3.49224 2.90147 1.88096 0.43071

Tabel L9. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat kecepatan angin 5,88 m/s. n 5 10 15 20 25 30 35

tsr 0.089002 0.178005 0.267007 0.356009 0.445011 0.534014 0.623016

ω 0.523333 1.046667 1.57 2.093333 2.616667 3.14 3.663333

T 2.3382 1.9713 1.604399 1.237498 0.870598 0.503697 0.136796

𝑷𝒌 1.223658 2.063294 2.518906 2.590496 2.278063 1.581608 0.50113

57

Tabel L10. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat kecepatan angin 5,53 m/s. n 5 10 15 20 25 30

tsr 0.094635 0.189271 0.283906 0.378541 0.473177 0.567812

ω 0.523333 1.046667 1.57 2.093333 2.616667 3.14

T 2.047588 1.702527 1.357465 1.012404 0.667343 0.322281

𝑷𝒌 1.071571 1.781978 2.131221 2.119299 1.746213 1.011963

Tabel L11. Data perhitungan torsi dan daya kincir dengan diameter 100 cm, saat kecepatan angin 5,14 m/s. n 5 10 15 20 25 30

tsr 0.101816 0.203632 0.305447 0.407263 0.509079 0.610895

ω 0.523333 1.046667 1.57 2.093333 2.616667 3.14

T 1.746343 1.425617 1.104891 0.784165 0.463439 0.142713

𝑷𝒌 0.91392 1.492146 1.734679 1.641519 1.212665 0.448118

58

GAMBAR KERJA

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

72

•

UJIAN PENDADARAN TUGAS AKHIR I SKRIPSI

TANGGAL : 11 Februari 2011

Nama Mahasiswa

STEFANUS ANDRYANTO EKO PRABOWO

NIM

095214071

Judull topik

Unjuk kerja model kincir angin poros vertikal dengan empat sudu yang dapat membuka dan menutup seacara otomatis dengan variasi diameter

Pembimbing 1

Ir. Rines, M.T.

Pembimbing 2 .

USULAN REVISI DARI DOSEN PENGUJI

1. 2.

line

~ "1 . ~ .

I

1lembar untuk mahasiswa 1lembar untuk dosen pembimbing

AtvU feM1