unjuk kerja kincir angin petani garam …i unjuk kerja kincir angin petani garam demak dengan...
TRANSCRIPT
-
i
UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PETANI GARAM DEMAK DENGAN
VARIASI DUA SUDU DAN EMPAT SUDU
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin
Oleh:
DIMAS PRIBADI UTOMO
NIM: 155214104
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2019
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
ii
THE PERFORMANCE OF DEMAK SALT FARMER WINDMILL WITH
VARIATIONS OF TWO BLADES AND FOUR BLADES
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree in
Mechanical Engineering
By
DIMAS PRIBADI UTOMO
Student Number: 155214104
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2019
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
iii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
iv
UNJUK KERJA KINCIR ANGIN PETANI GARAM DEMAK DENGAN
VARIASI DUA SUDU DAN EMPAT SUDU
Dipersiapkan dan disusun oleh:
Nama : DIMAS PRIBADI UTOMO
NIM : 155214104
Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji
Pada tanggal 16 Juli 2019
Dan dinyatakan telah memenuhi syarat
Susunan Dewan Penguji
Nama Lengkap
Tanda Tangan
Ketua
: Ir. Rines, M.T. …………………………
Sekretaris
: Doddy Purwadianto, S.T, M.T. …………………………
Anggota
: Dr. YB. Lukiyanto …………………………
Tugas Akhir ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan
untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
Yogyakarta, 24 Juli 2019
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta
Sudi Mungkasi,S.Si.,M.Math.Sc.,Ph.D.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
v
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
vi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
vii
INTISARI
Konsumsi energi berbahan bakar fosil berupa minyak bumi, batu bara, dan
lain-lain merupakan tulang punggung penggerak ekonomi Indonesia yang
ketersediaannya semakin menipis. Ketergantungan terhadap energi berbahan bakar
fosil juga memiliki dampak yang buruk bagi lingkungan. Gas buang hasil
penggunaan energi berbahan bakar fosil meningkatkan CO2 di atmosfer. CO2
menyebabkan efek gas rumah kaca yang dapat meningkatkan suhu permukaan
bumi. Energi alternatif, baru dan terbarukan dapat didefinisikan sebagai energi yang
dapat digunakan sebagai pengganti energi yang berasal dari bahan bakar
konvensional yang didapat dari proses alam yang berkelanjutan serta tersedia di
alam sehingga jumlahnya tidak menghawatirkan. Salah satu energi berbahan bakar
alternatif yang tersedia di bumi dan memiliki potensi yang sangat besar adalah
energi angin.
Pada penelitian ini, kincir angin petani garam Demak memiliki dua variasi
sudu yaitu dua sudu dan empat sudu. Setiap sudu terbuat dari material yang sama
yaitu kayu. Diameter dari sudu adalah 1,992 m. Penelitian ini bertujuan untuk
mencari unjuk kerja dan membandingkan kedua variasi untuk mengetahui pada
variasi jumlah sudu mana yang menghasilkan koefisien daya terbaik. Penelitian
dilakukan di pantai Kwaru, Kabupaten Bantul, Daerah Istimewa Yogyakarta.
Hasil penelitian menunjukan bahwa kincir angin dengan variasi dua sudu
menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 0,08 pada tip speed ratio optimal
2,97. Kincir angin dengan variasi empat sudu menghasilkan koefisien daya masimal
sebesar 0,10 pada tip speed ratio optimal 2,72. Dengan demikian dapat disimpulkan
bahwa kincir angin petani garam Demak dengan variasi empat sudu menghasilkan
unjuk kerja terbaik dibandingkan variasi dua sudu.
Kata kunci: petani garam, jumlah sudu, koefisien daya, tip speed ratio.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
viii
ABSTRACT
The consumption of fossil fuel energy of petroleum, coal, etc. is essential to
Indonesian economic drive, which has a depletion of its availability. Dependence
on fossil-fueled energy also has a bad impact on the environment. Exhaust Gas
results in the use of fossil fuel energy to increase CO2 in the atmosphere. CO2 causes
the effect of greenhouse effect which can increase the surface temperature of the
Earth. Alternative, new and renewable energies can be defined as energy that can
be used in alternative of energy derived from conventional fuels gained from
sustainable natural processes and is available in nature so that the amount is not
Worry. One of the energy alternatives available on Earth and has enormous
potential is wind energy.
In this research, the windmill of Demak salt farmers had two variations of
blade, two-blade and four-blade. Each blade is made of the same material that is
wood. The diameter of the blade is 1,992 m. The research aims to find a
performance and compare the two variations to find out which variant of the blade
number produces the best power coefficient. The research is conducted on the
beach, Bantul Regency, Special Region of Yogyakarta.
The results showed that windmill with a variation of two blades resulted in
a maximum power coefficient of 0,08 at an optimal tip speed ratio of 2.97. The
windmills with a variation of four blades produce a maximum power coefficient of
0,10 at the optimal tip speed ratio of 2.72. Thus, it can be concluded that Demak's
salt windmills with a variation of four blades produced the best performance
compared to the two-rotor variation.
Keywords: salt farmer, number of blades, power coefficient, tip speed ratio
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa atas berkat dan
rahmat-Nya sehingga penyusunan Skripsi yang merupakan salah satu syarat untuk
mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan
Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta ini dapat terselesaikan dengan
baik dan lancar.
Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penelitian dan penysunan
skripsi berjudul ini melibatkan banyak pihak, oleh sebab itu penulis ingin
mengucapkan terimakasih 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
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Dr. Yohanes Baptista Lukiyanto, selaku Dosen Pembimbing Akademik dan
Dosen Pembimbing Tugas Akhir.
4. Seluruh staf dan pengajar Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan
Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mendidik dan
memberikan berbagai ilmu pengetahuan yang sangat membantu dalam
penyusunan skipsi ini.
5. Joko Santoso dan Dwi Riandari selaku kedua orangtua yang telah memberikan
dukungan dan motivasi kepada penulis, baik secara materi maupun spiritual.
6. Deasy Kartika Prasetyaningrum selaku kakak yang telah memberikan
dukungan dan semangat.
7. Slamet Saroso Kartodipoero (alm) selaku eyang kakung, yang telah membantu
secara finansial dan memberikan motivasi.
8. Sri Palupi Sastrowardoyo (alm) selaku eyang putri, yang telah memberikan
motivasi.
9. Samuel Malvin Selu, Hadrianus Sangian Kaparang, dan Trisna Supriadi selaku
sahabat semasa SMA, yang telah membantu dalam penyusunan skripsi ini.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
x
10. Bramantyo Yudha, Bernardus Anggi, Eduardus Lejar, Yohanes Danu,
Muhammad Tatak, Whandi Bagus, Reynaldo Oktavano, Andika Permana,
Cristovel Nainggolan, Maulana Yusuf, Wisnu Adi, dan Damar Dwi selaku
sahabat semasa kuliah, yang telah memberikan semangat dan motivasi.
11. Cristovel, Andre, Michael, Pasha, Handa, Aldo, Fardhan, Kiki, Jeremy dan
Delvin selaku teman kos haremi 23, yang telah memberikan warna dalam hidup
perkuliahan.
12. Teman-teman mahasiswa Jurusan Teknik Mesin yang telah membantu dalam
penyusunan skripsi ini.
13. Catharina Dian Alverina selaku kekasih yang telah menemani dan memberikan
semangat dalam penyusunan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian dan penyusunan skripsi ini
masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki. Untuk itu penulis mengharapkan
masukan, kritik, dan saran dari berbagai pihak untuk dapat menyempurnakannya.
Semoga skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca.
Terimakasih.
Yogyakarta, 16 Juli 2019
Penulis
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i
TITEL PAGE ........................................................................................................... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................... iii
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iv
HALAMAN PERNYATAAN ................................................................................ v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI................................. vi
INTISARI .............................................................................................................. vii
ABSTRACT ........................................................................................................... viii
KATA PENGANTAR ........................................................................................... ix
DAFTAR ISI .......................................................................................................... xi
DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiv
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xv
BAB I
PENDAHULUAN .................................................................................................. 1
1.1 Latar Belakang ............................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah .......................................................................................... 3
1.3 Tujuan Penelitian ........................................................................................... 3
1.4 Batasan Masalah ............................................................................................ 3
1.5 Manfaat .......................................................................................................... 4
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA..................................................... 5
2.1 Proses Terjadinya Angin................................................................................ 5
2.2 Potensi Energi Angin di Indonesia ................................................................ 7
2.3 Kincir Angin .................................................................................................. 8
2.3.1 Kincir Angin Sumbu Vertikal ............................................................ 10
2.3.2 Kincir Angin Sumbu Horizontal ........................................................ 12
2.4 Konstruksi Kincir Angin.............................................................................. 14
2.5 Persamaan-persamaan yang digunakan ....................................................... 15
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xii
2.5.1 Daya Angin ........................................................................................ 15
2.5.2 Torsi ................................................................................................... 16
2.5.3 Daya Kincir Angin ............................................................................. 17
2.5.4 Tip Speed Ratio (TSR) ....................................................................... 18
2.5.5 Koefisien Daya Kincir Angin ............................................................. 19
2.6 Tinjauan Pustaka .......................................................................................... 20
BAB III
METODE PENELITIAN ...................................................................................... 20
3.1 Diagram Alur Penelitian .............................................................................. 20
3.2 Konstruksi Kincir dan Komponen Penunjang Penelitian ............................ 22
3.2.1 Konstruksi Kincir Angin .................................................................... 22
3.2.2 Komponen Penunjang Penelitian ....................................................... 24
3.2 Skema Pengambilan Data ............................................................................ 26
3.3 Langkah Penelitian ...................................................................................... 28
BAB IV
HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ...................... 28
4.1 Data Hasil Penelitian ................................................................................... 28
4.2 Pengolahan dan Perhitungan Data ............................................................... 33
4.2.1 Perhitungan Daya Angin .................................................................... 33
4.2.2 Perhitungan Torsi ............................................................................... 34
4.2.3 Perhitungan Daya Kincir Angin ......................................................... 34
4.2.4 Perhitungan Tip Speed Ratio (TSR) ................................................... 35
4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya (Cp) ...................................................... 35
4.3 Hasil Perhitungan......................................................................................... 36
4.4 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan ................................................. 39
4.4.1 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan Kincir Angin Petani Garam
Demak Dengan Variasi Dua Sudu ..................................................... 39
4.4.2 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan Kincir Angin Petani Garam
Demak Dengan Variasi Empat Sudu .................................................. 42
4.5 Grafik Perbandingan Dua Variasi Jumlah Sudu Pada Kincir Angin Petani
Garam Demak .............................................................................................. 44
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xiii
4.5.1 Grafik Perbandingan Hubungan Torsi Dengan Kecepatan Putar Poros
Kincir Pada Kincir Angin Petani Garam Demak Dengan Dua Variasi
Jumlah Sudu ....................................................................................... 45
4.5.2 Grafik Perbandingan Hubungan Tip Speed Ratio Dengan Koefisien
Daya Pada Kincir Angin Petani Garam Demak Dengan Dua Variasi
Jumlah Sudu ....................................................................................... 46
4.6 Perbandingan Hasil Penelitian dengan Tinjauan Pustaka ............................ 47
4.6.1 Perbandingan Koefisien Daya Hasil Penelitian dengan Koefisien Daya
Tinjauan Pustaka ................................................................................ 47
4.6.2 Faktor-faktor yang Menyebabkan Perbedaan Nilai Unjuk Kerja....... 48
BAB V
PENUTUP ............................................................................................................. 49
5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 49
5.2 Saran ............................................................................................................ 50
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 51
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Lokasi potensi energi angin Indonesia .................................................... 8
Tabel 4.1 Data hasil penelitian kincir angin petani garam Demak
variasi dua sudu .................................................................................... 30
Tabel 4.2 Data hasil penelitian kincir angin petani garam Demak
variasi empat sudu ................................................................................ 31
Tabel 4.3 Data hasil perhitungan kincir angin petani garam Demak dengan variasi
dua sudu ................................................................................................ 36
Tabel 4.4 Data hasil perhitungan kincir angin petani garam Demak dengan variasi
empat sudu ............................................................................................ 38
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sirkulasi angin laut dan angin darat .................................................... 6
Gambar 2.2 Kincir angin Persia .............................................................................. 9
Gambar 2.3 Kincir angin Eropa .............................................................................. 9
Gambar 2.4 Kincir angin Darrieus ....................................................................... 11
Gambar 2.5 Kincir angin Savonius ....................................................................... 12
Gambar 2.6 Kincir angin sumbu horizontal jenis upwind .................................... 13
Gambar 2.7 Kincir angin sumbu horizontal jenis downwind ................................ 13
Gambar 2.8 Konstruksi kincir angin ..................................................................... 14
Gambar 2.9 Grafik hubungan Cp dan tsr .............................................................. 16
Gambar 3.1 Diagram alur penelitian ..................................................................... 21
Gambar 3.2 Konstruksi Kincir Angin ................................................................... 22
Gambar 3.3 (a) dua sudu (b) empat sudu .............................................................. 23
Gambar 3.4 Menara kincir angin .......................................................................... 24
Gambar 3.5 Tachometer ........................................................................................ 25
Gambar 3.6 Anemometer ....................................................................................... 25
Gambar 3.7 Timbangan gantung digital ............................................................... 26
Gambar 3.8 Skematik pengujian kincir angin tampak samping ........................... 26
Gambar 3.9 Skematik pengujian kincir angin tampak belakang ........................... 27
Gambar 4.1 Grafik hubungan kecepatan putar turbin dengan torsi pada kincir angin
petani garam Demak dengan variasi dua sudu ...................................................... 40
Gambar 4.2 Grafik hubungan tip speed ratio dengan koefisien daya kincir angin
petani garam Demak dengan variasi dua sudu ...................................................... 41
Gambar 4.3 Grafik hubungan kecepatan putar turbin dengan torsi pada kincir angin
petani garam Demak dengan variasi empat sudu .................................................. 42
Gambar 4.4 Grafik hubungan tip speed ratio dengan koefisien daya pada kincir
angin petani garam Demak dengan variasi empat sudu ........................................ 43
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xvi
Gambar 4.5 Grafik hubungan torsi dengan keceptan putar kincir pada kincir angin
petani garam Demak dengan variasi jumlah sudu................................................. 45
Gambar 4.6 Grafik perbandingan hubungan tip speed ratio dengan koefisien daya
pada kincir angin petani garam Demak dengan variasi jumlah sudu .................... 46
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sampai hari ini sumber utama energi dunia berasal dari energi fosil yang
berupa minyak bumi, batu bara, dan masih banyak lagi. Energi tersebut tidak dapat
diperbarui. Di Indonesia sendiri menurut data Kementrian Energi dan Sumber Daya
Mineral Republik Indonesia (ESDM RI), konsumsi energi berbahan bakar fosil
mencapai 95%. Lebih dari 50% dari total tersebut berasal dari minyak bumi yang
penggunaannya banyak di bidang transportasi. Ketergantungan terhadap energi
berbahan bakar fosil juga memiliki dampak yang buruk bagi lingkungan. Gas buang
hasil penggunaan energi berbahan bakar fosil meningkatkan CO2 di atmosfer. CO2
menyebabkan efek gas rumah kaca yang dapat meningkatkan suhu permukaan
bumi.
Dengan menipisnya ketersediaan energi berbahan bakar fosil di dunia dan
khususnya di Indonesia yang menjadi tulang punggung penggerak ekonomi, sudah
saatnya masyarakat Indonesia beralih menggunakan energi berbahan bakar
alternatif, baru dan terbarukan yang dapat memenuhi kebutuhan energi nasional dan
dunia.
Energi alternatif, baru dan terbarukan dapat didefinisikan sebagai energi
yang dapat digunakan sebagai pengganti energi yang berasal dari bahan bakar
konvensional yang didapat dari proses alam yang berkelanjutan serta tersedia di
alam sehingga jumlahnya tidak menghawatirkan (UU no.30 tahun 2007 tentang
Energi, 2007)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
2
Energi alternatif yang disediakan alam meliputi energi surya, energi panas
bumi, energi air, energi ombak, dan energi angin. Salah satu energi berbahan bakar
alternatif yang tersedia di bumi dan memiliki potensi yang sangat besar adalah
energi angin. Tidak hanya ketersediaannya yang tidak terbatas, energi angin juga
memiliki kelebihan yang tidak dimiliki energi berbahan bakar fosil, yaitu ramah
lingkungan. Namun bukan berarti energi angin tidak memiliki kekurangan, energi
angin memiliki kekurangan yaitu energi yang dihasilkan dalam penerapannya
sebagai pebangkit listrik tidak dapat konstan seperti yang dihasilkan pembangkit
listrik berbahan bakar fosil.
Energi angin merupakan satu dari sekian banyak energi alternatif yang
tersedia di alam yang pemanfaatannya sebagai energi alternatif sudah dimulai sejak
jaman dahulu. Pada jaman dahulu manusia sudah memanfaatkan angin sebagai
penggerak mekanik seperti penggerak perahu layar, penggerak pompa dan masih
banyak lagi (Rachman, 2012). Seiring dengan berkembangnya teknologi, saat ini
energi angin dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik dengan menggunakan
kincir angin.
Kincir angin, sebagai alat pengolah energi angin menjadi energi listrik yang
lazim digunakan, dapat menjadi pilihan dalam menjawab masalah krisis energi.
Kincir angin skala kecil untuk area pemukiman dapat diciptakan untuk mengatasi
masalah krisis energi, terutama pada sektor perumahan yang tidak populer di
kalangan masyarakat. Tujuannya adalah untuk memenuhi kebutuhan listrik sehari-
hari serta mengurangi efek pemanasan global.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
3
Di Indonesia, khususnya di daerah pesisir pantai utara pulau Jawa,
Kabupaten Demak, Jawa Tengah, kincir angin banyak dimanfaatkan petani garam
untuk mempermudah kerja mereka. Kincir angin tersebut digunakan untuk
memompa air yang berasal dari laut menuju ladang garam di daratan. Kincir angin
petani garam dibuat oleh pengerajin kincir angin di Demak dengan bentuk dan
ukuran pada setiap hasil produk sama.
1.2 Rumusan Masalah
Perumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
a. Unjuk kerja kincir angin petani garam Demak belum diketahui.
b. Diperlukan unjuk kerja kincir angin untuk petani garam Demak untuk
mengetahui efisiensi kerja kincir angin tersebut.
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja dari kincir angin
sumbu horizontal menggunakan dua sudu yang digunakan oleh petani garam di
Demak, Jawa Tengah.
a. Mengetahui hubungan torsi dengan kecepatan putar kincir angin.
b. Mengetahui hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio kincir
angin.
1.4 Batasan Masalah
Penelitian ini memperhatikan batasan-batasan masalah sebagai berikut:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
4
a. Kincir angin merupakan kincir angin yang digunakan petani garam di
Demak, Jawa Tengah dengan sumbu horizontal.
b. Kincir angin memiliki variasi empat sudu dan dua sudu
c. Kincir angin berbahan kayu.
d. Penelitian dilakukan di pesisir pantai Kwaru, Bantul, Daerah Istimewa
Yogyakarta.
1.5 Manfaat
Manfaat yang didapat dari penelitian ini adalah:
a. Dapat dipergunakan sebagai sumber informasi bagi pengerajin kincir
angin Demak maupun untuk masyarakat luas agar bisa dikembangkan.
b. Memberikan data untuk perkembangan ilmu pengetahuan.
c. Hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai referensi pada
pengembangan penelitian.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
5
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Proses Terjadinya Angin
Angin adalah udara yang bergerak akibat adanya perbedaan tekanan udara di
tempat bertekanan tinggi menuju ke tempat bertekanan rendah. Sinar matahari
memiliki peranan penting dalam proses pembentukan angin. Daerah yang terkena
paparan sinar matahari lebih intens memiliki suhu yang tinggi sehingga tekanan
udara di daerah tersebut menjadi lebih rendah dibandingkan daerah yang tidak
terpapar sinar matahari yang intens sehingga menyebabkan terjadinya aliran udara.
Meskipun angin jumlahnya sangat melimpah di alam, tetapi tidak semua angin
dapat dikonversi menjadi pembangkit energi. Kecepatan angin dipengaruhi oleh
tiga hal, yaitu topografi, letak geografis, dan faktor penghambat. Jika ditinjau
berdasarkan topografinya, maka angin yang berada pada daerah berupa gunung
akan cenderung bergerak naik. Begitu juga dengan sebaliknya, pada daerah daratan
datar maka angin akan bergerak lurus. Jika ditinjau dari letak geografisnya, daerah
tropis, sub tropis, dan kutub akan memiliki potensi angin yang berbeda-beda. Faktor
penghambat yang dapat mempengaruhi kecepatan angin salah satunya adalah
pepohonan atau bangunan. Aliran angin yang melewati pepohonan atau bangunan
mengalami turbulensi dan menghambat laju angin (Anzhar dan Yarianto, 2000).
2.1.1 Angin Laut dan Angin Darat
Perbedaan pemanasan pada permukaan daratan dan lautan oleh radiasi
matahari merupakan pernyebab terjadinya fenomena angin laut dan angin darat.
Pada siang hari, permukaan daerah daratan menjadi lebih cepat panas daripada
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
6
daerah permukaan laut sehingga udara diatas daerah permukaan daratan menjadi
ringan dan panas kemudian bergerak ke lapisan yang lebih atas. Kekosongan udara
diatas daerah permukaan laut diisi oleh penurunan udara dari lapisan atmosfer yang
lebih tinggi. Pada lapisan atmosfer yang lebih tinggi (beberapa ratus meter) terjadi
pergerakan udara dari laut ke daratan, sehingga terbentuklah sirkulasi angin laut
seperti ditunjukan pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1. Sirkulasi angin laut dan angin darat
(sumber: http://www.mist amajahp.com/angin-darat-dan-angin-laut/)
Berbeda dengan angin laut, angin darat terjadi pada malam hari, namun
dengan kecepatan angin tidak terlalu besar. Pada malam hari, terjadi proses
pendinginan yang diakibatkan oleh adanya pemancaran radiasi gelombang panjang
yang berasal dari daerah permukaan daran dan daerah permukaan lautan.
Permukaan daratan lebih cepat menjadi dingin daripada permukaan lautan yang
mempengaruhi udara di atas keduanya, sehingga udara di atas permukaan lautan
lebih panas daripada udara di atas permukaan daratan. Udara di atas permukaan
lautan cenderung bergerak naik dan kekosongan ini diisi oleh udara dari permukaan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
7
daratan dan dikenal sebagai angin darat. Udara diatas daratan pada lapisan lebih
tinggi turun ke permukan dan pada lapisan atosfer yang lebih tinggi terjadi aliran
udara dari lautan ke daratan sehingga terbentuk sirkulasi angin darat (Anzhar dan
Yarianto, 2000).
2.2 Potensi Energi Angin di Indonesia
Secara alamiah potensi energi angin di Indonesia relatif kecil karena
Indonesia terletak di daerah khatulistiwa. Namun demikian, terdapat daerah-daerah
yang secara geografi merupakan daerah yang memiliki potensi energi angin yang
besar karena merupakan wilayah nozzle effect atau penyempitan antara dua pulau
atau daerah lereng gunung antara dua gunung yang berdekatan (Jurnal Energi,
2016).
Menurut hasil penelitian Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional
(LAPAN), dari 166 lokasi yang diteliti, terdapat 35 lokasi yang mempunyai potensi
angin yang bagus dengan kecepatan angin diatas 5 meter perdetik pada ketinggian
50 meter. Daerah yang mempunyai kecepatan angin bagus tersebut, diantaranya
Nusa Tenggara Barat (NTB), Nusa Tenggara Timur (NTT), pantai selatan Jawa dan
pantai selatan Sulawesi. Disamping itu, LAPAN juga menemukan 34 lokasi yang
kecepatan anginnya mencukupi dengan kecepatan 4 sampai 5 meter perdetik.
Rencana Umum Energi Nasional (RUEN) mencatat angka 60.647,0 MW
untuk kecepatan angin 4 meter perdetik atau lebih (Rahmat, July 18, 2017). Lokasi
potensi angin di Indonesia tercantum pada Tabel 2.1.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
8
Tabel 2.1 Lokasi potensi energi angin Indonesia
(sumber: Lampiran Peraturan Presiden Nomor 22 Tahun 2017)
2.3 Kincir Angin
Kincir angin merupakan sebuah alat untuk mengubah energi kinetik yang
terdapat pada angin menjadi energi mekanik. Energi mekanik yang dihasilkan oleh
kincir angin dapat dimanfaatkan untuk berbagai hal yang pada dasarnya membantu
pekerjaan manusia.
Menurut catatan sejarah, kincir angin pertama kali dibuat dan digunakan pada
tahun 200 sebelum Masehi oleh bangsa Persia. Pada desain awal kincir angin
menggunakan sumbu vertikal seperti ditunjukan pada Gambar 2.2 (Manwell, 2009).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
9
Gambar 2.2 Kincir angin Persia
(sumber: Manwell, James, 2009)
Kemudian pada abad pertengahan, kincir angin muncul di benua Eropa
dengan desain sumbu horizontal yang pada umumnya memiliki empat sudu seperti
ditunjukan pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Kincir angin Eropa
(sumber: Manwell, James, 2009)
Kincir angin pertama yang menghasilkan energi listrik dibangun pada bulan
juli 1887 oleh James Blyth dari Skotlandia, kemudian diikuti oleh Charles Bush
pada tahu 1888 dari Amerika Serikat, dan kemudian oleh Marcellus Jacobs
(Rachman, 2012).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
10
Ada berbagai macam jenis kincir angin yang dapat dibedakan menurut posisi
sumbunya sebagai berikut:
2.3.1 Kincir Angin Sumbu Vertikal
Kincir angin sumbu vertika atau Vertical Axis Wind Turbine (VAWT)
merupakan kincir angin yang letak porosnya tegak lurus dengan arah datangnya
angin. Kelebihan kincir angin sumbu vertikal adalah:
1. Mudah dalam pemeliharaan karena letaknya dekat dengan permukaan
tanah
2. Memiliki kecepatan awalan angin yang rendah jika dibandingkan
dengan kincir angin sumbu horizontal.
3. Kincir angin ini dapat menerima hembusan angin dari segala arah.
Beberapa jenis kincir angin sumbu vertikal adalah sebagai berikut:
a. Kincir Angin Darrieus
Pada tahun 1931 George Darrieus mematenkan kincir angin sumbu vertikal
berbasis lift yang kemudian dinamakan kincir angin Darrieus, dengan
menggunakan dua atau tiga bilah melengkung atau lurus bergabung bersama di
bagian atas dan bawah dan membungkuk ke luar di tengah troposkein. Tipe ini
memerlukan kecepatan angin yang lebih tinggi dari tipe lain untuk awalan. Hal
tersebut membuat kincir angin Darrieus membutuhkan suatu penggerak awal untuk
keperluan putaran awal (Darling, David. 2018). Kincir angin Darrieus ditunjukan
pada Gambar 2.4.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
11
Gambar 2.4 Kincir angin Darrieus
(sumber: https://en.wind-turbine-models.com)
b. Kincir Angin Savonius
Pada tahun 1922 telah dipatenkan kincir angin savonius yang ditemukan oleh
Sigurd Savonius yang berasal dari Finlandia. Karakteristik yang dimiliki kincir
angin ini adalah desain dari bilah rotor yang memiliki bentuk S, dan memiliki 2-3
atau lebih cekungan rotor untuk menangkap angin. Kelebihan dari kincir angin ini
adalah sumbu vertikal yang dapat bekerja secara efektif dalam kondisi angin yang
berubah. Selain itu kincir angin ini dapat bekerja dengan baik dalam keadaan
kecepatan angin yang rendah sehingga tidak diperlukan ditempatkan di lokasi yang
tinggi. Sedangkan kerugian dari kincir angin ini adalah energi yang dihasilkan lebih
sedikit dibandingkan sudu rotor konvensional, ini disebabkan oleh sistem cekungan
yang tidak efisien (Darling, David. 2018). Kincir angin Savonius ditunjukan pada
Gambar 2.5.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
12
Gambar 2.5 Kincir angin Savonius
(sumber: https://www.spectrum-scientifics.com)
2.3.2 Kincir Angin Sumbu Horizontal
Kincir angin sumbu horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT)
adalah kincir angin yang memiliki poros sejajar dengan arah datangnya angin.
Kincir ini tersusun atas menara sebagai penopang kincir yang terletak pada puncak
menara. Jenis kincir angin ini memiliki efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan
dengan jenis lain sehingga paling banyak digunakan. Kincir angin sumbu horizontal
terdiri dari dua jenis yaitu:
a. Upwind
Jenis upwind seperti ditunjukan pada Gambar 2.6 memiliki rotor yang
langsung menghadap ke arah datangnya angin. Kelebihan dari jenis ini adalah
desain dari rotor yang tidak terkena wind shade dari bagian belakang menara,
sedangkan kerugiannya adalah rotor perlu menjadi lebih tidak fleksibel dan
diletakkan dengan jarak tertentu dari puncak menara. Desain jenis ini juga
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
https://www.spectrum-scientifics.com/
-
13
memerlukan mekanisme yaw agar rotor terus bergerak menghadap arah angin
(Rachman, 2012).
Gambar 2.6 Kincir angin sumbu horizontal jenis upwind
(sumber: http://mstudioblackboard.tudelft.nl)
b. Downwind
Berbeda dengan jenis upwind, jenis downwind seperti ditunjukan pada
Gambar 2.7bmemiliki rotor yang tidak menghadap arah angin. Kelebihan yang
dimiliki jenis ini adalah desain tidak memerlukan mekanisme yaw. Rotor juga dapat
dibuat fleksibel sehingga secara keseluruhan beratnya menjadi lebih ringan.
Sedangkan kerugiannya adalah fluktuasi dari energi angin yang terjadi dapat
memberikan beban lebih pada menara (Rachman, 2012).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
14
Gambar 2.7 Kincir angin sumbu horizontal jenis downwind
(sumber: http://mstudioblackboard.tudelft.nl)
2.4 Konstruksi Kincir Angin
Kincir angin didesain untuk mengumpulkan dan mengeksploitasi energi
angin yang mengalir melalui turbin. Maka dari itu diperlukan model sudu yang
aerodinamis, menentukan tinggi menara yang optimal, menentukan sistem kontrol,
jumlah dan bentuk dari sudu turbin, serta bentuk secara keseluruhan.
Sebuah kincir angin dengan sumbu horizontal pada umumnya terbagi menjadi
tiga komponen utama, yaitu:
a. Komponen rotor.
b. Komponen generator.
c. Komponen struktural.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
http://mstudioblackboard.tudelft.nl/
-
15
Gambar 2.8. Konstruksi turbin angin
(sumber: http://www.daviddarling.info)
2.5 Persamaan-persamaan yang digunakan
Berikut dibawah ini adalah persamaan-persamaan yang digunakan dalam
penelitian untuk mencari unjuk kerja kincir angin.
2.5.1 Daya Angin
Energi yang terdapat pada energi angin merupakan energi kinetik, sehingga
daya angin dapat dirumuskan sebagai berikut:
Ek = 1
2mV2 (1)
dengan:
Ek : Energi kinetik (joule)
m : Massa udara (kg)
𝑉 : Kecepatan angin (m/s)
Daya adalah energi per satuan waktu, sehingga dapat dituliskan sebagai
berikut:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
http://www.daviddarling.info/
-
16
Pin = 0,5 ṁ V2 (2)
dengan:
Pin : Daya angin (watt)
ṁ : Massa udara per satuan waktu (kg/s)
ṁ = ρAV (3)
dengan:
ρ : Massa jenis udara (kg/m3)
A : Luas penampang yang membentuk sebuah lingkaran (m2)
Dengan menggunakan ketiga persamaan diatas, sehingga daya angin (𝑃𝑖𝑛)
dapat dihitung menggunakan rumusan sebagai berikut:
Pin = 0,5 ρAV3 (4)
2.5.2 Torsi
Torsi adalah momen puntir yang terdapat pada poros yang dihasilkan oleh
gaya dorong yangterdapat pada poros, dimana gaya dorong ini memiliki jarak
terhadap sumbu putar, sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut:
T = F.l (5)
dengan:
T : Torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (Nm)
F : Gaya pada poros akibat puntiran (N)
l : Jarak lengan torsi dari poros (m)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
17
2.5.3 Daya Kincir Angin
Daya kincir angin adalah daya yang dihasilkan oleh poros kincir angin akibat
daya angin yang melintasi sudu-sudu pada turbin angin. Berdasakan penelitian yang
dilakukan pada tahun 1919 oleh seorang fisikawan asal jerman, Albert Betz,
menyimpulkan dari semua jenis turbin angin efisiensi maksimum yang dihasilkan
adalah 59,3% dan penemuan ini dinamakan Betz limit.
Gambar 2.9. Grafik hubungan Cp dan tsr
(Sumber: http://slideplayer.com/slide/10169610/)
Perhitungan daya kincir yang dihasilkan dari poros turbin angin akibat daya
angin yang menghantam sudu-sudu pada turbin angin sehingga sudu turbin angin
bergerak melingkar. Daya yang dihasilkan oleh sudu turbin angin yang berputar
adalah:
Pout = 2πnT
60 (6)
dengan:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
18
Pout : Daya yang dihasilkan oleh turbin angin (watt)
T : Torsi (Nm)
n : Kecepatan poros kincir angin (rpm)
2.5.4 Tip Speed Ratio (TSR)
Tip Speed Ratio adalah perbandingan antara kecepatan pada ujung sudu turbin
angin dengan kecepatan angin. Kecepatan ujung sudu dapat dirumuskan sebagai
berikut:
Vt = ω r (7)
dengan:
Vt : Kecepatan ujung sudu
ω : Kecepatan sudut (rad/detik)
r : Jari-jari kincir angin (m)
Kecepatan sudut adalah perubahan posisi sudut benda yang bergerak
melingkar tiap satu satuan waktu. Arah kecepatan sudut mengikuti arah gerak benda
yang melingkar atau sama dengan posisi arah sudut. Kecepatan sudut kincir angin
dapat dihitung sebagai berikut:
ω = nputaran
menit
= n2π rad
60 detik
=nπ
30 detikrad/s
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
19
Dengan begitu tip speed ratio dapat dirumuskan sebagai berikut:
λ = πrn
30V (8)
dengan:
λ : tip speed ratio
r : Jari-jari kincir angin (m)
n : Kecepatan putaran poros (rpm)
V : Kecepatan angin (m/s)
2.5.5 Koefisien Daya Kincir Angin
Koefisien daya (Cp) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan turbin
angin (𝑃𝑜𝑢𝑡) dengan daya yang dihasilkan oleh angin (𝑃𝑖𝑛). Sehingga dapat di
rumuskan sebagai berikut:
Cp = Pout
Pin (9)
dengan:
𝐶𝑝 : Koefisien daya
𝑃𝑜𝑢𝑡 : Daya yang dihasilkan turbin angin (watt)
𝑃𝑖𝑛 : Daya yang dihasilkan angin (watt)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
20
2.6 Tinjauan Pustaka
Pada tahun 2018, Filifius Arken Siregar melakukan penelitian dengan judul
“Unjuk Kerja Model Kincir Angin Petani Garam Sumenep Dengan Tiga Variasi
Jumlah Sudu” (4 sudu, 3 sudu, dan 2 sudu). Penelitian itu bertujuan untuk mencari
unjuk kerja terbaik dari ketiga variasi sudu dengan membandingkan tiga variasi
sudu tersebut. Dalam Penelitian tersebut dihasilkan nilai koefisien daya (Cp)
maksimal sebesar 0,20 untuk variasi 4 sudu pada tip speed ratio optimal sebesar
3.31. Untuk variasi 3 sudu menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 0,19
pada tip speed ratio optimal sebesar 3,7932 sedangkan variasi 2 sudu menghasilkan
koefisien daya maksimal sebesar 0,16 pada tip speed ratio optimal 4,25. Dengan
demikian dapat disimpulkan bahwa model kincir angin petani garam sumenep
dengan variasi 4 sudu menghasilkan unjuk kerja terbaik diantara ketiga variasi.
Penelitian yang dilakukan oleh Andreas Yoga Agung Sugiarta pada tahun
2018 menggunakan kincir angin petani garam di Rembang dengan tiga variasi
jumlah sudu yaitu 2, 3, dan 4. Diameter sudu berukuran 1 m, sudut tangkapan angin
160o. Penelitian dilakukan dengan kecepatan angin rata-rata 7 m/s. Hasil penelitian
menunjukan bahwa kincir angin 2 sudu menghasilkan koefisien daya maksimal
sebesar 14,91% pada tip speed ratio optimal 2.98. Variasi 3 sudu menghasilkan
koefisien daya maksimal 0,15 pada tip speed ratio optimal 2.46. Sedangkan variasi
4 sudu menghasilkan koefisien daya maksmal sebesar 0,15 dengan tip speed ratio
optimal 1.94.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
21
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Alur Penelitian
Langkah kerja penelitian ini digambarkan dalam diagram alir penelitian
sebagai berikut:
Gambar 3.1 Diagram alur penelitian
Pembuatan pemodelan kincir angin dengan perangkat lunak
SolidWorks dan AutoCad
Pengambilan data kecepatan angin, putaran poros kincir dan
gaya pembebanan
Pengolahan data, menghitung torsi, kecepatan sudut, daya
angin, daya kincir, koefisien daya (Cp), tip speed ratio (tsr).
Kemudian membuat grafik hubungan antara torsi dengan
putaran poros dan hubungan koefisien daya (Cp) dengan tip
speed ratio (tsr).
Analisis dan pembahasan data
Selesai
Mulai
Tidak
baik
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
22
3.2 Konstruksi Kincir dan Komponen Penunjang Penelitian
Dalam penelitian ini terdapat dua komponen penting yaitu, konstruksi kincir
sebagai komponen utama penelitian dan komponen yang menunjang keberhasilan
penelitian. Komponen-komponen tersebut yaitu:
3.2.1 Konstruksi Kincir Angin
Kincir angin berbahan dasar kayu dan memiliki konstruksi berdiameter 1,992
m seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.2
Gambar 3.2 Konstruksi Kincir Angin
Kincir angin ini memiliki beberapa bagian penting yaitu:
1. Sudu Kincir
Sudu kincir angin berfungsi untuk memberikan gerak rotasi dari angin yang
bertiup/mengalir melalui sudu. Sudu kincir terbuat dari material kayu berukuran
panjang 1992 mm dan memiliki ketebalan 5 mm. Satu bilah sudu sama dengan dua
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
23
jumlah sudu. Sehingga dua bilah sudu sama dengan empat sudu seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 3.3 dibawah ini:
(a) (b)
Gambar 3.3 (a) dua sudu (b) empat sudu
2. Tower (Menara) Kincir Angin
Menara seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.4 berfungsi sebagai
penunjang konstruksi kincir angin. Fungsi lain dari tiang penyangga adalah sebagai
tempat diletakkannya sudu. Menara terbuat dari bahan kayu dan terdapat pipa pvc
berdiameter 3 in. Pada menara terdapat bearing (bantalan) ABB seri F204 yang
berukuran diameter dalam 50 mm. Pada menara juga terdapat poros kincir angin
yang berukuran diameter 50 mm.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
24
Gambar 3.4 Menara kincir angin
3.2.2 Komponen Penunjang Penelitian
Dalam penelitian ini diperlukan komponen penunjang agar penelitian dapat
berjalan dengan baik. Komponen penunjang penelitian adalah sebagai berikut:
1. Tachometer
Tachometer merupakan sebuah alat yang digunakan untuk mengukur suatu
putaran/rotasi dari sebuah objek yang berputar. Dalam penelitian ini tachometer
digunakan untuk mengukur putaran poros kincir angin sebagai data yang
dibutuhkan. Jenis tachometer yang digunakan adalah jenis digital light tachometer
dapat dilihat pada Gambar 3.5.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
25
Gambar 3.5 Tachometer
(sumber: www.semiki.com)
2. Anemometer (Pengukur kecepatan udara)
Anemometer seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.6 merupakan sebuah
alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan angin. Dalam penelitian ini
anemometer digunakan untuk mengukur kecepatan angin di daerah tangkapan
kincir.
Gambar 3.6 Anemometer
(sumber: www.roadtechmarine.com.au)
3. Neraca Pegas Digital
Neraca pegas digital seperti ditunjukkan pada Gambar 3.7 merupakan
sebuah alat yang digunakan untuk mengukur gaya atau mengukur berat benda.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
26
Dalam penelitian ini timbangan gantung digital digunakan untuk mengukur
pengimbang torsi kincir angin saat kincir berputar.
Gambar 3.7 Neraca pegas digital
(sumberhttps://jualbeli.mysenaraiharga.org/)
3.2 Skema Pengambilan Data
Untuk mempermudah memahami proses pengambilan data, disajikan
skematis peletakkan alat ukur saat pengambilan data seperti Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Skematik pengujian kincir angin tampak samping
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
27
Gambar 3.9 Skematik pengujian kincir angin tampak belakang
Keterangan pada gambar 3.8
a. Generator
Generator terpasang fix dengan poros kincir. Ketika poros kincir berputar
maka generator juga ikut berputar.
b. Base Plate
Berfungsi sebagai tempat berdirinya kincir angin. Jarak dari bibir pantai ke
base plate sekitar empat sampai lima meter
c. Lengan Torsi
Lengan torsi terpasang tidak fix pada generator. Ketika generator berputar
maka lengan torsi tidak ikut berputar.
d. Anemometer
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
28
Pengambilan data kecepatan angin menggunakan anemometer yang dipegang
oleh tim pengambil data kemudian diarahkan tepat ke arah datangnya angin.
Posisi tim pengambil data yang memegang anemometer berada di sebelah
kincir angin.
e. Timbangan
Timbangan diletakkan pada lengan torsi.
f. Alat pengatur beban.
Alat pengatur beban berfungsi untuk mengatur besaran beban yang diberikan
ke generator.
.
3.3 Langkah Penelitian
Sebelum melakukan pengambilan data, harus ada persiapan yang harus
dilakukan. Persiapan yang dilakukan adalah membuat pemodelan alat di perangkat
lunak SolidWorks dan AutoCad. Selain persiapan teknis, diperlukan persiapan
administratif yaitu surat perijinan penggunaan pantai untuk keperluan penelitian.
Setelah tahap persiapan selesai, selanjutnya adalah pengambilan data. Langkah
pengambilan data adalah sebagai berikut:
1. Mempersiapkan semua komponen kincir angin dan alat penunjang
pengambilan data.
2. Merakit komponen kincir angin yaitu sudu dan menara.
3. Memposisikan kincir angin menghadap arah datangnya angin sejauh 4-
5 meter dari bibir pantai.
4. Memasang anemometer menghadap arah datangnya angin.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
29
5. Memasang tibambangan gantung digital.
6. Memasang pembebanan lampu.
7. Jika proses 1-5 sudah dilakukan, maka pengambilan data pertama dapat
dilakukan.
8. Mencatat nilai pembebanan dan kecepatan putaran kincir angin.
9. Untuk data kedua dan selanjutnya, naikkan nilai beban di sistem
pembebanan untuk variasi nilai pembebanan hingga kincir angin
berhenti.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
30
BAB IV
HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Penelitian
Data yang diperoleh dari hasil penelitian kincir angin adalah: kecepatan angin
(m/s), putaran poros (rpm), dan beban (kg), dapat dilihat pada Tabel 4.1 dan Tabel
4.2. Pengambilan data dilakukan dengan menggunakan dua variasi sudu yaitu, dua
sudu dan empat sudu.
Tabel 4.1 Data hasil penelitian kincir angin petani garam Demak variasi dua sudu.
Data
ke-
Kecepatan
Udara
Putaran
Kincir Beban
Gaya
Pengimbang
m/s rpm kg N
1 4,2 204,5 0 0
2 4,0 196,9 0 0
3 4,1 179,2 0 0
4 4,4 230,7 0 0
5 4,6 259,5 0 0
6 4,2 224,2 0,02 0,196
7 3,9 211,2 0,04 0,392
8 4,0 210,1 0,06 0,589
9 4,1 209,7 0,08 0,785
10 4,0 203,7 0,10 0,981
11 4,1 198,7 0,12 1,177
12 4,1 187,4 0,14 1,373
13 4,0 183,6 0,16 1,570
14 4,0 180,0 0,18 1,766
15 3,7 150,8 0,20 1,962
16 4,2 185,2 0,22 2,158
17 4,1 176,0 0,24 2,354
18 4,2 179,0 0,26 2,551
19 4,0 159,1 0,28 2,747
20 4,0 150,0 0,30 2,943
21 4,4 179,6 0,32 3,139
22 4,1 140,9 0,34 3,335
23 4,1 134,7 0,36 3,532
24 3,8 98,3 0,38 3,728
25 4,0 110,7 0,40 3,924
26 4,1 125,6 0,42 4,120
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
31
Tabel 4.1 Data hasil penelitian kincir angin petani garam Demak variasi dua sudu.
(Lanjutan)
No.
Kecepatan
Udara
Putaran
Kincir Beban
Gaya
Pengimbang
m/s rpm kg N
27 4,3 132,4 0,44 4,316
28 4,5 135,0 0,46 4,513
29 4,0 90,0 0,48 4,709
30 4,1 95,5 0,50 4,905
31 4,4 120,0 0,52 5,101
32 4,2 90,0 0,54 5,297
33 4,2 85,3 0,56 5,494
34 4,1 70,2 0,58 5,690
35 4,5 71,5 0,60 5,886
36 4,0 60,1 0,62 6,082
37 4,2 62,3 0,64 6,278
38 4,3 75,1 0,66 6,475
39 4,1 65,5 0,68 6,671
40 4,2 32,4 0,70 6,867
41 4,6 50,3 0,72 7,063
42 4,7 80,5 0,74 7,259
43 4,4 31,9 0,76 7,456
44 4,8 75,3 0,78 7,652
45 4,7 56,0 0,80 7,848
46 4,6 60,4 0,82 8,044
47 4,0 20,5 0,84 8,240
48 4,3 40,3 0,86 8,437
49 4,3 20,6 0,88 8,633
50 3,9 5,6 0,90 8,829
Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin petani garam Demak variasi empat sudu.
Data
ke-
Kecepatan
Udara
Kecepatan
Kincir Beban
Gaya
Pengimbang
m/s rpm kg N
1 5,0 238,2 0 0
2 4,1 208,5 0 0
3 4,1 194,0 0 0
4 4,4 220,4 0 0
5 4,4 228,8 0 0
6 3,4 160,0 0,02 0,196
7 4,0 198,7 0,04 0,392
8 4,0 195,2 0,06 0,589
9 4,0 192,4 0,08 0,785
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
32
Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin petani garam Demak variasi empat sudu.
(Lanjutan)
No.
Kecepatan
Udara
Kecepatan
Kincir Beban
Gaya
Pengimbang
m/s rpm kg N
10 4,5 219,2 0,10 0,98
11 3,8 175,5 0,12 1,18
12 4,0 182,4 0,14 1,37
13 4,0 181,6 0,16 1,57
14 4,3 194,6 0,18 1,77
15 4,3 193,0 0,20 1,96
16 4,2 183,0 0,22 2,16
17 4,2 180,9 0,24 2,35
18 3,4 125,7 0,26 2,55
19 4,2 175,8 0,28 2,75
20 4,4 180,5 0,30 2,94
21 4,4 183,5 0,32 3,14
22 4,5 183,8 0,34 3,34
23 3,9 141,5 0,36 3,53
24 3,8 129,3 0,38 3,73
25 4,0 135,6 0,40 3,92
26 4,0 134,2 0,42 4,12
27 4,0 128,4 0,44 4,32
28 4,0 123,4 0,46 4,51
29 4,1 128,2 0,48 4,71
30 4,8 173,4 0,50 4,91
31 4,5 150,3 0,52 5,10
32 4,1 116,2 0,54 5,30
33 4,1 112,4 0,56 5,49
34 4,3 122,4 0,58 5,69
35 4,0 91,4 0,60 5,89
36 4,0 90,0 0,62 6,08
37 4,4 101,4 0,64 6,28
38 4,3 102,1 0,66 6,47
39 3,9 70,0 0,65 6,38
40 4,1 80,0 0,65 6,38
41 4,3 99,0 0,72 7,06
42 4,2 84,5 0,74 7,26
43 4,4 92,0 0,76 7,46
44 4,6 100,8 0,78 7,65
45 4,4 98,3 0,73 7,16
46 4,3 80,9 0,82 8,04
47 4,3 64,2 0,84 8,24
48 4,7 78,4 0,91 8,93
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
33
Tabel 4.2 Data penelitian kincir angin petani garam Demak variasi empat sudu.
(Lanjutan)
No.
Kecepatan
Udara
Kecepatan
Kincir Beban
Gaya
Pengimbang
m/s rpm kg N
49 4,2 70,0 0,80 7,85
50 4,3 75,2 0,90 8,83
51 4,2 61,3 0,80 7,85
52 4,4 62,0 0,94 9,22
53 4,5 60,1 0,96 9,42
54 4,0 30,2 0,85 8,34
55 3,7 20,4 0,82 8,04
56 3,5 16,7 0,84 8,24
57 3,5 15,3 0,86 8,44
58 3,6 14,5 0,88 8,63
59 3,7 10,2 0,91 8,93
60 3,8 4,1 1,00 9,81
4.2 Pengolahan dan Perhitungan Data
Dalam pengolahan data dapat diasumsikan beberapa hal untuk
mempermudah dalam proses perhitungan, antara lain sebagai berikut:
1. Diameter sudu kincir angin : 1,992 m
2. Densitas udara : 1,18 kg/m3.
3. Panjang lengan torsi : 0,2 m
4. Luas tangkapan angin : 3,114 m2
Perhitungan data meliputi daya angin, torsi, daya kincir angin, tip speed ratio,
dan koefisien daya.
4.2.1 Perhitungan Daya Angin
Untuk menghitung daya angin, dapat diambil salah satu data dari dua tabel
diatas sebagai contoh. Untuk perhitungan daya angin, digunakan data Tabel 4.1 data
ke-28 dengan variasi dua sudu. Diketahui luas tangkapan angin sebesar 3,114 m2,
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
34
kecepatan angin 4.5 m/s, dn massa jenis udara 1.18 kg/m3. Kemudian dapat dihitung
dengan Persamaan (4) sebagai berikut:
𝑃𝑖𝑛 = 0,5 ρAV3
= (0,5) . (1,18 kg/m 3) .(3,114 m2) . (4,5m
s)3
= 167,42 watt
Maka daya angin yang dihasilkan sebesar 167,42 watt.
4.2.2 Perhitungan Torsi
Untuk menghitung torsi, diambil data pada Tabel 4.1 data ke-28 dengan
variasi dua sudu. Diketahui gaya pengimbang (F) sebesar 4,513 N dan panjang
lengan torsi (l) sebesar 0,2 m. Kemudian dapat dihitung dengan Persamaan (5)
sebagai berikut:
T = F.l
= (4,513 N).(0.2 m)
= 0,902 N.m
Maka torsi yang dihasilkan sebesar 0,902 N.m
4.2.3 Perhitungan Daya Kincir Angin
Untuk menghitung daya kincir angin, diambil data pada Tabel 4.1 data ke-28
dengan variasi dua sudu. Diketahui kecepatan putar poros kincir (n) sebesar 135
rpm. Kemudian dapat dihitung dengan Persamaan (6).
Pout =2πnT
60
Pout =2.π.(135 rpm).(0,902 Nm)
60
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
35
= 12,75 watt
Maka daya kincir angin yang dihasilkan sebesar 12,75 watt
4.2.4 Perhitungan Tip Speed Ratio (TSR)
Untuk menghitung Tip Speed Ratio, diambil data pada Tabel 4.1 data ke-28
dengan variasi dua sudu. Diketahui jari-jari kincir angin (r) sebesar 0,996 m
kecepatan putar poros kincir (n) sebesar 135 rpm, dan kecepatan angin (V) sebesar
3,8 m/s. Kemudian dapat dihitung dengan Persamaan (10) sebagai berikut:
λ = πrn
30V
= π.(0,996 m).(135 rpm)
30 . (3,8ms
)
= 3,1
Maka TSR yang dihasilkan sebesar 3,1.
4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya (Cp)
Untuk menghitung koefisien daya, diambil data pada Tabel 4.1 data ke-28
dengan variasi dua sudu. Diketahui nilai daya angin (Pin) sebesar 107,10watt dan
daya kincir angin (Pout) sebesar 12,76 watt. Kemudian dapat dihitung
menggunakan Persamaan (11) sebagai berikut:
Cp = Pout
Pin
= (12,76 watt)
(167,42 watt)
= 0,07
Maka koefisien daya yang dihasilkan sebesar 0,07.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
36
4.3 Hasil Perhitungan
Tabel 4.3 Data hasil perhitungan kincir angin petani garam Demak dengan variasi
dua sudu.
Data
ke-
Gaya
pengimbang
(𝐹)
Putaran
kincir
(𝑛)
Kecepatan
sudut
(𝜔)
Torsi
(𝑇)
Daya
output
(𝑃𝑜𝑢𝑡)
Tip
Speed
ratio
(𝜆)
Koefisien
Daya
(𝐶𝑝)
N rpm rad/s N.m watt
1 0 204,5 21,41 0 0 5,1 0,00
2 0 196,9 20,62 0 0 5,1 0,00
3 0 179,2 18,77 0 0 4,5 0,00
4 0 230,7 24,16 0 0 5,4 0,00
5 0 259,5 27,17 0 0 5,9 0,00
6 0,196 224,2 23,48 0,04 0,92 5,5 0,01
7 0,392 211,2 22,12 0,08 1,74 5,6 0,02
8 0,589 210,1 22,00 0,12 2,59 5,5 0,02
9 0,785 209,7 21,96 0,16 3,45 5,3 0,03
10 0,981 203,7 21,33 0,20 4,19 5,3 0,04
11 1,177 198,7 20,81 0,24 4,90 5,0 0,04
12 1,373 187,4 19,62 0,27 5,39 4,7 0,04
13 1,570 183,6 19,23 0,31 6,04 4,8 0,05
14 1,766 180,0 18,85 0,35 6,66 4,7 0,06
15 1,962 150,8 15,79 0,39 6,20 4,2 0,07
16 2,158 185,2 19,39 0,43 8,37 4,6 0,06
17 2,354 176,0 18,43 0,47 8,68 4,5 0,07
18 2,551 179,0 18,74 0,51 9,56 4,4 0,07
19 2,747 159,1 16,66 0,55 9,15 4,1 0,08
20 2,943 150,0 15,71 0,59 9,25 3,9 0,08
21 3,139 179,6 18,81 0,63 11,81 4,2 0,08
22 3,335 140,9 14,75 0,67 9,84 3,6 0,08
23 3,532 134,7 14,11 0,71 9,96 3,4 0,08
24 3,728 98,3 10,29 0,75 7,67 2,7 0,08
25 3,924 110,7 11,59 0,78 9,10 2,9 0,08
26 4,120 125,6 13,15 0,82 10,84 3,2 0,09
27 4,316 132,4 13,86 0,86 11,97 3,2 0,08
28 4,513 135,0 14,14 0,90 12,76 3,1 0,08
29 4,709 90,0 9,42 0,94 8,88 2,3 0,08
30 4,905 95,5 10,00 0,98 9,81 2,4 0,08
31 5,101 120,0 12,57 1,02 12,82 2,8 0,08
32 5,297 90,0 9,42 1,06 9,99 2,2 0,07
33 5,494 85,3 8,93 1,10 9,81 2,1 0,07
34 5,690 70,2 7,35 1,14 8,37 1,8 0,07
35 5,886 71,5 7,49 1,18 8,81 1,6 0,05
36 6,082 60,1 6,29 1,22 7,66 1,6 0,07
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
37
Tabel 4.3 Data hasil perhitungan kincir angin petani garam Demak dengan variasi
dua sudu. (Lanjutan)
Data
ke-
Gaya
pengimbang
(𝐹)
Putaran
kincir
(𝑛)
Kecepatan
sudut
(𝜔)
Torsi
(𝑇)
Daya
output
(𝑃𝑜𝑢𝑡)
Tip
Speed
ratio
(𝜆)
Koefisien
Daya
(𝐶𝑝)
N Rpm rad/s N.m watt
37 6,278 62,3 6,52 1,26 8,19 1,5 0,06
38 6,475 75,1 7,86 1,29 10,18 1,8 0,07
39 6,671 65,5 6,86 1,33 9,15 1,7 0,07
40 6,867 32,4 3,39 1,37 4,66 0,8 0,03
41 7,063 50,3 5,27 1,41 7,44 1,1 0,04
42 7,259 80,5 8,43 1,45 12,24 1,8 0,06
43 7,456 31,9 3,34 1,49 4,98 0,8 0,03
44 7,652 75,3 7,89 1,53 12,07 1,6 0,06
45 7,848 56,0 5,86 1,57 9,20 1,2 0,05
46 8,044 60,4 6,32 1,61 10,18 1,4 0,06
47 8,240 20,5 2,15 1,65 3,54 0,5 0,03
48 8,437 40,3 4,22 1,69 7,12 1,0 0,05
49 8,633 20,6 2,16 1,73 3,72 0,5 0,03
50 8,829 5,6 0,59 1,77 1,04 0,1 0,01
Tabel 4.4 Data hasil perhitungan kincir angin petani garam Demak dengan variasi
empat sudu.
Data
ke-
Gaya
pengimbang
(𝐹)
Putaran
kincir
(𝑛)
Kecepatan
sudut
(𝜔)
Torsi
(𝑇)
Daya
output
(𝑃𝑜𝑢𝑡)
Tip
Speed
ratio
(𝜆)
Koefisien
Daya
(𝐶𝑝)
N rpm rad/s N.m watt %
1 0 238,2 24,94 0,00 0,00 4,9 0,00
2 0 208,5 21,83 0,00 0,00 5,3 0,00
3 0 194,0 20,32 0,00 0,00 4,9 0,00
4 0 220,4 23,08 0,00 0,00 5,2 0,00
5 0 228,8 23,96 0,00 0,00 5,4 0,00
6 0,20 160,0 16,75 0,04 0,66 4,9 0,01
7 0,39 198,7 20,81 0,08 1,63 5,2 0,01
8 0,59 195,2 20,44 0,12 2,41 5,1 0,02
9 0,78 192,4 20,15 0,16 3,16 5,0 0,03
10 0,98 219,2 22,95 0,20 4,50 5,1 0,03
11 1,18 175,5 18,38 0,24 4,33 4,8 0,04
12 1,37 182,4 19,10 0,27 5,25 4,7 0,04
13 1,57 181,6 19,02 0,31 5,97 4,7 0,05
14 1,77 194,6 20,38 0,35 7,20 4,7 0,05
15 1,96 193,0 20,21 0,39 7,93 4,7 0,05
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
38
Tabel 4.4 Data hasil perhitungan kincir angin petani garam Demak dengan variasi
4 sudu. (Lanjutan)
Data
ke-
Gaya
pengimbang
(𝐹)
Putaran
kincir
(𝑛)
Kecepatan
sudut
(𝜔)
Torsi
(𝑇)
Daya
output
(𝑃𝑜𝑢𝑡)
Tip
Speed
ratio
(𝜆)
Koefisien
Daya
(𝐶𝑝)
N rpm rad/s N.m watt %
16 2,16 183,0 19,16 0,43 8,27 4,5 0,06
17 2,35 180,9 18,94 0,47 8,92 4,5 0,07
18 2,55 125,7 13,16 0,51 6,71 3,8 0,09
19 2,75 175,8 18,41 0,55 10,11 4,3 0,07
20 2,94 180,5 18,90 0,59 11,13 4,3 0,07
21 3,14 183,5 19,22 0,63 12,06 4,3 0,08
22 3,34 183,8 19,25 0,67 12,84 4,2 0,08
23 3,53 141,5 14,82 0,71 10,47 3,8 0,10
24 3,73 129,3 13,54 0,75 10,09 3,5 0,10
25 3,92 135,6 14,20 0,78 11,14 3,5 0,09
26 4,12 134,2 14,05 0,82 11,58 3,5 0,10
27 4,32 128,4 13,45 0,86 11,61 3,3 0,10
28 4,51 123,4 12,92 0,90 11,66 3,2 0,10
29 4,71 128,2 13,42 0,94 12,64 3,2 0,10
30 4,91 173,4 18,16 0,98 17,81 3,8 0,09
31 5,10 150,3 15,74 1,02 16,06 3,5 0,10
32 5,30 116,2 12,17 1,06 12,89 2,9 0,10
33 5,49 112,4 11,77 1,10 12,93 2,8 0,10
34 5,69 122,4 12,82 1,14 14,59 3,0 0,10
35 5,89 91,4 9,57 1,18 11,27 2,4 0,10
36 6,08 90,0 9,42 1,22 11,46 2,3 0,10
37 6,28 101,4 10,62 1,26 13,33 2,4 0,09
38 6,47 102,1 10,69 1,29 13,84 2,5 0,09
39 6,38 70,0 7,33 1,28 9,35 1,9 0,09
40 6,38 80,0 8,38 1,28 10,68 2,0 0,08
41 7,06 99,0 10,37 1,41 14,64 2,4 0,10
42 7,26 84,5 8,85 1,45 12,85 2,1 0,09
43 7,46 92,0 9,63 1,49 14,37 2,2 0,09
44 7,65 100,8 10,56 1,53 16,15 2,3 0,09
45 7,16 98,3 10,29 1,43 14,74 2,3 0,09
46 8,04 80,9 8,47 1,61 13,63 2,0 0,09
47 8,24 64,2 6,72 1,65 11,08 1,6 0,08
48 8,93 78,4 8,21 1,79 14,66 1,7 0,08
49 7,85 70,0 7,33 1,57 11,51 1,7 0,08
50 8,83 75,2 7,87 1,77 13,91 1,8 0,10
51 7,85 61,3 6,42 1,57 10,08 1,5 0,07
52 9,22 62,0 6,49 1,84 11,97 1,5 0,08
53 9,42 60,1 6,29 1,88 11,85 1,4 0,07
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
39
Tabel 4.4 Data hasil perhitungan kincir angin petani garam Demak dengan variasi
4 sudu. (Lanjutan)
Data
ke-
Gaya
pengimbang
(𝐹)
Putaran
kincir
(𝑛)
Kecepatan
sudut
(𝜔)
Torsi
(𝑇)
Daya
output
(𝑃𝑜𝑢𝑡)
Tip
Speed
ratio
(𝜆)
Koefisien
Daya
(𝐶𝑝)
N rpm rad/s N.m watt %
54 8,34 30,2 3,16 1,67 5,27 0,8 0,04
55 8,04 20,4 2,14 1,61 3,44 0,6 0,04
56 8,24 16,7 1,75 1,65 2,88 0,5 0,04
57 8,44 15,3 1,60 1,69 2,70 0,5 0,03
58 8,63 14,5 1,52 1,73 2,62 0,4 0,03
59 8,93 10,2 1,07 1,79 1,91 0,3 0,02
60 9,81 4,1 0,43 1,96 0,84 0,1 0,01
4.4 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan
Setelah semua data yang dibutuhkan sudah diperoleh maka selanjutnya data
tersebut dapat diolah kedalam bentuk grafik untuk mengetahui hubungan antara
kecepatan putar kincir angin dengan torsi dan hubungan antara koefisien daya
dengan tip speed ratio.
4.4.1 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan Kincir Angin Petani Garam
Demak Dengan Variasi Dua Sudu
a. Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar poros kincir.
Grafik hasil perhitungan kincir angin petani garam Demak dengan variasi dua
sudu ditunjukkan pada Gambar 4.1.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
40
Gambar 4.1 Grafik hubungan kecepatan putar turbin dengan torsi pada kincir
angin petani garam Demak dengan variasi dua sudu
Pada Gambar 4.1 dapat disimpulkan bahwa semakin besar gaya beban yang
diberikan kepada kincir angin maka torsi yang dihasilkan semakin besar, sedangkan
kecepatan putar turbin angin berkurang seiring dengan bertambahnya beban. Pada
penelitian kincir angin petani garam Demak dengan variasi 2 sudu yang dilakukan
pada kecepatan angin maksimal 4,6 m/s menghasilkan kecepatan putar kincir
maksmimal sebesar 259,5 rpm pada kondisi tanpa pembebanan.
b. Grafik hubungan tip speed ratio dengan koefisien daya kincir.
Grafik hasil perhitungan kincir angin petani garam Demak dengan variasi 2
sudu ditunjukkan pada Gambar 4.2.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
41
Gambar 4.2 Grafik hubungan tip speed ratio dengan koefisien daya kincir
angin petani garam Demak dengan variasi dua sudu
Pada Gambar 4.2 grafik hubungan tip speed ratio (𝜆) pada saat koefisien daya
(Cp) diperoleh persamaan Cp = -0,0096λ2 + 0,0572λ – 0,0039. Dari persamaan
tersebut dapat digunakan untuk mengetahui nilai tip speed ratio pada saat koefisien
daya maksimal dengan perhitungan sebagai berikut:
Cp = −0,0096λ2 + 0,0572λ – 0,0039
dCp
dλ= 2(−0,0096λ) + 0,0572
0 = −0,0192λ + 0,0572
0,0192λ = 0,0572
λ = 0,0572
0,0192
= 2,97
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
42
Setelah diketahui nilai tip speed ratio sebesar 2,986 maka dapat disubstitusikan ke
dalam persamaan Cp = -0,9577λ2 + 5,7212λ – 0,392 untuk mengetahui koefisien
daya maksimal.
𝐶𝑝 = −0,0096λ2 + 0,0572λ – 0,0039
= −0,0096(2,97)2 + 0,0572 (2,97) − 0,0039
= −0,084 + 0,169 − 0,0039
= 0,081
Dari perhitungan tersebut diperoleh koefisien daya maksimal sebesar 0,081 pada
saat nilai tip speed ratio optimal sebesar 2,97.
4.4.2 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan Kincir Angin Petani Garam
Demak Dengan Variasi Empat Sudu
a. Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar poros kincir.
Gambar 4.3 Grafik hubungan kecepatan putar turbin dengan torsi pada kincir
angin petani garam Demak dengan variasi empat sudu.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
43
Pada Gambar 4.3 dapat disimpulkan bahwa semakin besar gaya beban yang
diberikan kepada kincir angin maka torsi yang dihasilkan semakin besar, sedangkan
kecepatan putar turbin angin berkurang seiring dengan bertambahnya beban. Pada
penelitian kincir angin petani garam Demak dengan variasi empat sudu yang
dilakukan pada kecepatan angin 4,4 m/s menghasilkan kecepatan putar kincir
maksmimal sebesar 228,8 rpm pada kondisi tanpa pembebanan.
b. Grafik hubungan tip speed ratio dengan koefisien daya kincir angin
Gambar 4.4 Grafik hubungan tip speed ratio dengan koefisien daya pada
kincir angin petani garam Demak dengan variasi empat sudu
Pada Gambar 4.4 grafik hubungan tip speed ratio (𝜆) pada saat koefisien daya
(Cp) diperoleh persamaan Cp = -0,0138λ2+0,0757λ-0,0034. Dari persamaan
tersebut dapat digunakan untuk mengetahui nilai tip speed ratio pada saat koefisien
daya maksimal dengan perhitungan sebagai berikut:
Cp = −0,0138λ2 + 0,0757λ − 0,0034
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
44
dCp
dλ= 2(−0,0138λ) + 0,0757
0 = −0,0276λ + 0,0757
0,0276λ = 0,0757
λ = 0,0757
0,0276
= 2,74
Setelah diketahui nilai tip speed ratio sebesar 2,74 maka dapat disubstitusikan ke
dalam persamaan Cp = −0,0138λ2 + 0,0757λ − 0,0034 untuk mengetahui koefisien
daya maksimal.
Cp = −0,0138λ2 + 0,0757λ − 0,0034
= −0,0138(2,74)2 + 0,0757(2,74) − 0,0034
= −0,103 + 0,207 − 0,0034
= 0,10
Dari perhitungan tersebut diperoleh koefisien daya maksimal sebesar 0,10 pada saat
nilai tip speed ratio optimal sebesar 2,74.
4.5 Grafik Perbandingan Dua Variasi Jumlah Sudu Pada Kincir Angin
Petani Garam Demak
Berikut ini merupakan grafik perbandingan antara kecepatan putar poros
kincir angin (n) dengan beban torsi (T) dan mengetahui hubungan antara koefisien
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
45
daya (Cp) dengan tip speed ratio (λ). Dengan membandingkan dua variasi jumlah
sudu.
4.5.1 Grafik Perbandingan Hubungan Torsi Dengan Kecepatan Putar Poros
Kincir Pada Kincir Angin Petani Garam Demak Dengan Dua Variasi
Jumlah Sudu
Gambar 4.5 dibawa ini menyajikan grafik hubungan antara kecepatan kincir
angin (n) terhadap torsi (T).
Gambar 4.5 Grafik hubungan torsi dengan keceptan putar kincir pada kincir angin
petani garam Demak dengan variasi jumlah sudu.
Pada Gambar 4.5 memperlihatkan perbandingan hubungan antara kecepatan
putar kincir terhadap torsi variasi dua sudu dan empat sudu. Dengan kecepatan
angin 4,6 m/s pada pengujian variasi dua sudu dan dengan kecepatan angin 4,4 m/s
pada variasi empat sudu, kecepatan putar kincir maksimal terjadi pada kincir angin
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
46
yang memiliki dua sudu dengan diameter sudu 1,992 meter dan dengan kondisi
tanpa pembebanan yaitu 259,5 rpm.
4.5.2 Grafik Perbandingan Hubungan Tip Speed Ratio Dengan Koefisien Daya
Pada Kincir Angin Petani Garam Demak Dengan Dua Variasi Jumlah
Sudu
Gambar 4.6 Grafik perbandingan hubungan tip speed ratio dengan koefisien daya
pada kincir angin petani garam Demak dengan variasi jumlah sudu
Pada Gambar 4.6 memperlihatkan grafik perbandingan hubungan antara tip
speed ratio terhadap koefisien daya (Cp), koefisien daya maksimal yang dihasilkan
oleh kincir angin petani garam Demak variasi dua sudu adalah sebesar 0,08 pada
tip speed ratio (λ) optimal sebesar 2,97, sedangkan koefisien daya maksimal yang
dihasilkan oleh kincir angin petani garam Demak variasi empat sudu adalah 0,10
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
47
pada tip speed ratio (λ) optimal sebesar 2,74. Kincir angin petani garam Demak
dengan variasi empat sudu memiliki koefisien daya terbesar dibandingkan dengan
variasi dua sudu.
4.6 Perbandingan Hasil Penelitian dengan Tinjauan Pustaka
4.6.1 Perbandingan Koefisien Daya Hasil Penelitian dengan Koefisien Daya
Tinjauan Pustaka
a. Variasi empat sudu
Perbandingan nilai unjuk kerja penelitian ini dengan tinjauan pustaka Siregar,
Filifius Arken (2018) pada variasi empat sudu lebih rendah dengan nilai koefisien
daya maksimal sebesar 0,20 pada tip speed ratio optimal sebesar 3,31 dibandingkan
dengan nilai koefisien daya maksimal sebesar 0,10 pada tip speed ratio optimal
sebesar 2,74.
Perbandingan nilai unjuk kerja penelitian ini dengan tinjauan pustaka
Sugiarta, Andreas Yoga Agung (2018) pada variasi empat sudu lebih rendah dengan
nilai koefisien daya maksimal sebesar 0,15 pada tip speed ratio optimal sebesar
1,94 dibandingkan dengan nilai koefisien daya maksimal sebesar 0,10 pada tip
speed ratio optimal sebesar 2,74.
b. Variasi dua sudu
Pada perbandingan nilai unjuk kerja penelitian ini dengan tinjauan pustaka
Siregar, Filifius Arken (2018) pada variasi dua sudu menghasilkan nilai unjuk kerja
lebih rendah yaitu nilai koefisien daya maksimal sebesar 0,16 pada tip speed ratio
4,25 dibandingkan dengan nilai koefisien daya maksimal sebesar 0,08 pada tip
speed ratio optimal sebesar 2,97.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
48
Pada perbandingan nilai unjuk kerja penelitian ini dengan tinjauan pustaka
Sugiarta, Andreas Yoga Agung (2018) pada variasi dua sudu menghasilkan nilai
unjuk kerja lebih rendah yaitu nilai koefisien daya maksimal sebesar 0,14 pada tip
speed ratio optimal sebesar 2,98 dibandingkan dengan nilai koefisien daya
maksimal sebesar 0,08 pada tip speed ratio optimal sebesar 2,97.
4.6.2 Faktor-faktor yang Menyebabkan Perbedaan Nilai Unjuk Kerja
Faktor-faktor yang menyebabkan perbedaan nilai unjuk kerja pada penelitian
ini dibandingkan dengan tinjauan pustaka adalah sebagai berikut:
a. Bentuk dari sudu yang berbeda.
b. Proses pembuatan sudu yang yang berbeda. Pembuatan sudu pada
penelitian ini dikerjakan oleh pengerajin kincir angin petani garam yang
dibuat tidak secara teliti, sedangkan proses pembuatan kincir angin
tinjauan pustaka dibuat secara teliti.
c. Tujuan akhir dari pembuatan kincir angin yang berbeda. Tujuan akhir dari
pembuatan kincir angin petani garam adalah hanya untuk membantu
pekerjaan petani garam, sedangkan tujuan akhir kincir angin tinjauan
pustaka adalah sebagai model yang diperuntukkan untuk penelitian.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
49
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari penelitian kincir angin petani garam Demak dengan variasi jumlah sudu
dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut:
a. Hasil penelitian menunjukan bahwa, pada kincir angin petani garam Demak
dengan variasi dua sudu menghasilkan kecepatan putar maksimal tertinggi
yaitu 259,5 rpm pada kecepatan angin sebesar 4,6 m/s dengan kondisi tanpa
pembebanan. Sedangkan variasi empat sudu menghasilkan kecepatan putar
sebesar 228,8 rpm pada kecepatan angin sebesar 4,4 m/s dengan kondisi tanpa
pembebanan.
b. Hasil penelitian menunjukan bahwa kincir angin petani garam Demak dengan
variasi empat sudu menghasilkan unjuk kerja terbaik dengan koefisien daya
maksimal sebesar 0,10 pada tip speed ratio optimal sebesar 2,74. Sedangkan
pada variasi dua sudu menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 0,08
pada tip speed ratio optimal sebesar 2,97.
5.2 Saran
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, ada beberapa saran dari penulis
antara lain sebagai berikut:
a. Rancang skema pembebanan sebaik mungkin agar pembacaan pembebanan
baik dan benar.
b. Persiapkan semua alat-alat dengan baik dan benar sebelum pengambilan data
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
50
c. Perhatikan semua kondisi alat sebelum pengambilan data.
d. Lakukan survey lapangan sebelum pengambilan data untuk mengetahui
kondisi sebenarnya.
e. Konsultasikan cara pengambilan data dengan dosen pembimbing skripsi
secara terperinci sebelum pengambilan data.
f. Fokus kerjakan skrispi.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
51
DAFTAR PUSTAKA
Anzhar, K., SBSS, Yarianto. (2000). Pola angin laut dan angin darat di daerah
Ujung Lemahabang, Semenanjung Muria. Jurnal Pengembangan Energi
Nuklir, 2(4), 199-206.
Cengel, Yunus A, Boles, Michael A. (2006). Thermodynamics an engineering
aproach fifth edition in SI units, New York: McGraw-Hill Education
Darling, David. 2018. www.daviddarling.info. Diakses pada tanggal 20 Februari
2019
Jain, Pramod. (2011). Wind energy engineering, New York: McGraw-Hill
Manwell, J.F., McGowan, J.G., Rogers, A.L. (2002). Wind energy explained theory,
design, and application. West Sussex: John Wiley & Sons Ltd.
Media Komunikasi Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral. (2016). Energi
baru, terbarukan, dan konservasi energi. Jurnal Energi, 2(1), 21-22.
Rachman, Akbar. (2018). Analisis dan Pemetaan Potensi Energi Angin di
Indonesia, Universitas Indonesia, Jawa Barat.
Rahmat, M.H. (2017). Potensi Pengembangan PLTB di Indonesia. Diunduh dari
https://setkab.go.id/potensi-pengembangan-pltb-di-indonesia/, pada 20
Februari 2019, pada pukul 00.39 WIB.
Siregar, Filifius Arken. (2018). Unjuk Kerja Model Kincir Angin Petani Garam
Sumenep Dengan Tiga Variasi Jumlah Sudu, Universitas Sanata Dharma,
Yogyakarta
Sugiarta, Andreas Yoga Agung. (2018). Unjuk Kerja Kincir Angin Sumbu
Horisontal Tipe Petani Garam Rembang Dengan Tiga Variasi Jumlah Sudu.
Universitas Sanata Dharma. Yogyakarta
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
http://www.daviddarling.info/https://setkab.go.id/potensi-pengembangan-pltb-di-indonesia/
-
140
95
20 20
20 20
20 20
20 20
140
89
644
R20
51
54
170
9
24
153
644
114
7
84
126
241
100
40
20
R60
407 524
352
A A
B B
C C
D D
E E
F F
8
8
7
7
6
6
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
DRAWN
CHK'D
APPV'D
MFG
Q.A
UNLESS OTHERWISE SPECIFIED:DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERSSURFACE FINISH:TOLERANCES: LINEAR: ANGULAR:
FINISH: DEBURR AND BREAK SHARP EDGES
NAME SIGNATURE DATE
MATERIAL:
DO NOT SCALE DRAWING REVISION
TITLE:
DWG NO.
SCALE:1:12 SHEET 1 OF 1
A3
WEIGHT:
DIMAS UTOMO
Y.B. LUKIYANTO
Y.B. LUKIYANTO
7/3/2019
Univ. Sanata Dharma
L.01
MENARA
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
14
14
804
804
214
92
160
140°
214
199
2
20
24
24
20
128 17°
A A
B B
C C
D D
E E
F F
8
8
7
7
6
6
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
DRAWN
CHK'D
APPV'D
MFG
Q.A
UNLESS OTHERWISE SPECIFIED:DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERSSURFACE FINISH:TOLERANCES: LINEAR: ANGULAR:
FINISH: DEBURR AND BREAK SHARP EDGES
NAME SIGNATURE DATE
MATERIAL:
DO NOT SCALE DRAWING REVISION
TITLE:
DWG NO.
SCALE:1:10 SHEET 1 OF 1
A3Kayu
WEIGHT:
Dimas Utomo
Dr. Lukiyanto
Dr. Lukiyanto
7/6/2019
Univ. Sanata Dharma
L.02
Sudu
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
950
950
1992
1992
A A
B B
C C
D D
E E
F F
8
8
7
7
6
6
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
DRAWN
CHK'D
APPV'D
MFG
Q.A
UNLESS OTHERWISE SPECIFIED:DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERSSURFACE FINISH:TOLERANCES: LINEAR: ANGULAR:
FINISH: DEBURR AND BREAK SHARP EDGES
NAME SIGNATURE DATE
MATERIAL:
DO NOT SCALE DRAWING REVISION
TITLE:
DWG NO.
SCALE:1:15 SHEET 1 OF 1
A3
WEIGHT:
Dimas Utomo
Dr. YB Lukiyanto
Dr. YB Lukiyanto
7/24/2019
Univ. Sanata Dharma
L.03
Empat Sudu
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI