UNJUK KERJA KINCIR ANGIN MULTI-BLADE DENGAN ...1].pdfKincir angin yang diuji dalam penelitian ini adalah kincir angin multi-blade delapan sudu berporos horizontal dengan diameter 89

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN MULTI-BLADE DENGAN VARIASI

KONFIGURASI MAGNET

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

oleh

DANIEL ADI SAPUTRA

NIM : 135214039

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2017

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

i

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN MULTI-BLADE DENGAN VARIASI

KONFIGURASI MAGNET

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

oleh

DANIEL ADI SAPUTRA

NIM : 135214039

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2017

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE PERFORMANCE OF MULTI-BLADE WIND TURBINE WITH

VARIATION OF MAGNET CONFIGURATION

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

By

DANIEL ADI SAPUTRA

Student Number : 135214039

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGI FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2017

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

iii

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN MULTI-BLADE DENGAN VARIASI

KONFIGURASI MAGNET

Disusun oleh

DANIEL ADI SAPUTRA

NIM : 135214039

Telah disetujui oleh

Dosen Pembimbing Skripsi

Ir. Rines, M.T.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

iv

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN MULTI-BLADE DENGAN VARIASI

KONFIGURASI MAGNET

Dipersiapkan dan disusun oleh :

NAMA : Daniel Adi Saputra

NIM : 135214039

Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji

Pada tanggal 13 Juli 2017

Susunan Dewan Penguji

Nama Lengkap Tanda Tangan

Ketua Doddy Purwadianto S.T., M.T. ..................................

Sekretaris Dr. Ir.Yohanes Babtista Lukiyanto ..................................

Anggota Ir. Rines M.T. ..................................

Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan

untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Yogyakarta, 13 Juli 2017

Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma

Dekan,

Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang

pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan

sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah

ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah

ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 13 Juli 2017

Daniel Adi Saputra

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

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

:

Nama : Daniel Adi Saputra

Nomor Mahasiswa : 135214039

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :

Unjuk Kerja Kincir Angin Multi-Blade Dengan Variasi Konfigurasi Magnet

Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada

Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam

bentuk media yang lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk kepentingan

akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya

selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

Yogyakarta, 13 Juli 2107

Yang menyatakan,

Daniel Adi Saputra

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

vii

ABSTRAK

Kebutuhan manusia akan pasokan energi semakin lama semakin meningkat dan

manusia masih sangat tergantung sekali dengan energi konvensional. Namun

ketersediaan bahan bakar konvensional yang ada di alam jumlahnya semakin menipis,

yang membuat setiap negara berlomba untuk menemukan sumber energi alternatif

sebagai pengganti sumber energi konvensional tersebut. Salah satu sumber energi

alternatif yang sudah mulai dikembangkan saat ini adalah energi angin. Namun

pemanfaatan angin sebagai pembangkit listrik memiliki beberapa kendala, salah

satunya yaitu kecepatan angin yang tidak merata disetiap daerah. Tujuan dari penelitian

ini adalah untuk mengetahui unjuk kerja dari sebuah kincir pada kecepatan angin yang

rendah dengan penambahan piringan magnet.

Kincir angin yang diuji dalam penelitian ini adalah kincir angin multi-blade

delapan sudu berporos horizontal dengan diameter 89 cm. Sudu kincir terbuat dari

triplek yang dilapisi plat aluminium dan memiliki sudut patahan 300. Penelitian ini

menggunakan sebuah piringan magnet dengan tiga variasi yaitu, tanpa menggunakan

piringan magnet, menggunakan piringan magnet dengan konfigurasi magnet utara –

selatan dan konfigurasi utara - utara. Penelitian dilakukan dengan menggunakan fan

blower yang diatur pada kecepatan 4 m/s. Data yang diambil dalam penelitian ini

adalah kecepatan angin, putaran kincir dan gaya pembebanan. Dari data tersebut dapat

dihitung nilai daya kincir, torsi, koefisien daya dan tip speed ratio untuk model kincir

angin yang diteliti.

Hasil penelitian menunjukan bahwa kincir angin tanpa menggunakan magnet

menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 9,74% pada tip speed ratio optimal

1,028. Kincir angin menggunakan magnet dengan konfigurasi utara - selatan

menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 9,42% pada tip speed ratio optimal

1,06 dan kincir angin menggunakan magnet dengan konfigurasi utara - utara

menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 10,27% pada tip speed ratio optimal

1,024. Dengan demikian kincir angin yang menggunakan piringan magnet dengan

konfigurasi utara - utara memiliki untuk kerja yang paling baik dibandingan dengan

dua variasi yang lain.

Kata kunci : kincir angin multi-blade, piringan magnet, koefisien daya, tip speed ratio.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

viii

ABSTRACT

The Human need for energy supply is increasing and people are still very

dependent on conventional energy. However the availability of the conventional fuels

in nature is running low, this makes each country competing to find alternative energy

sources to replace these conventional energy sources. One of the alternative energy

source that has begun to be developed is wind energy. Wind energy can be used as an

electric power. But the utilization of wind as an electrical power has several problems,

one of the problem is wind speed that unevenly in each region. The purpose of this

research is to know the performance of a wind-mill on low speed of the wind speed

with addition magnetic disk.

The windmill that examined in this research is eight multi-blade wind-mill with

horizontal axis and 89 cm of diameter. Wind-mill blade is made from plywood

aluminium plated and has 300 of fault angle. This research uses a magnetic disk with

three variations, without using magnetic disk, using magnetic disk with north-south of

magnetic configuration and north-north of magnetic configuration. The research was

conducted by using a fan blower with 4 m/s of wind speed. The variables taken in this

research are wind speed, rotation speed wind-mill and load force. From the variables

can be calculated the value of the wind-mill power, torque, power coefficient and tip

speed ratio for the model of the wind-mill that researched.

The result showed that the wind-mill without using magnet produces 9,74% of

maximum power coefficient on 1,028 of optimum tip speed ratio . Wind-mills using

magnet with north-south of magnetic configuration produces 9,42% of maximum

power coefficient on 1,06 of optimum tip speed ratio and wind-mill using magnet with

north-north of magnetic configuration produces 10,27% of maximum power

coefficient on 1,024 of optimum tip speed ratio. Wind-mill that using a magnetic disk

with north-north of magnet configuration has the best performance compared to the

other two variations.

Keywords: multi-blade windmills, magnetic disks, 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 penyusunan

skripsi berjudul “Unjuk Kerja Kincir Angin Multi-Blade Dengan Variasi Konfigurasi

Magnet” ini melibatkan banyak pihak, oleh sebab itu penulis ingin mengucapkan

terima kasih 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. Raden Benedictus Dwiseno Wihadi S.T., M.Si., selaku Dosen Pembimbing

Akademik

4. Ir Rines, M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir

5. 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 skripsi ini

6. Kedua orang tua yang telah memberikan dukungan dan motivasi kepada penulis,

baik secara materi maupun spiritual

7. Eka Poetera Wahab dan Adhi Brahmantya selaku rekan kelompok penulis, yang

telah membantu dalam perancangan, perakitan dan pengambilan data penelitian

8. Rekan-rekan mahasiswa Jurusan Teknik Mesin dan semua pihak yang tidak dapat

disebutkan satu persatu yang telah membantu dalam penyusunan Skripsi ini.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

x

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. Terima kasih.

Yogyakarta, 13 Juli 2107

Penulis

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

xi

DAFTAR ISI

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

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

HALAMAN PERSETUJUAN .................................................................................. iii

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN ............................................................. v

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

ABSTRAK ................................................................................................................ vii

ABSTRACT .............................................................................................................. viii

KATA PENGANTAR .............................................................................................. ix

DAFTAR ISI ............................................................................................................. xi

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................ xiv

DAFTAR TABEL ..................................................................................................... xvi

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

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

1.2 Rumsan Masalah .................................................................................... 3

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

1.4 Batasan Masalah ..................................................................................... 3

BAB II DASAR TEORI ........................................................................................... 5

2.1 Angin dan Potensi Angin di Indonesia ................................................... 5

2.2 Jenis – jenis Angin ................................................................................. 7

2.2.1 Angin Laut .................................................................................... 7

2.2.2 Angin Darat .................................................................................. 7

2.2.3 Angin Gunung .............................................................................. 8

2.2.4 Angin Lembah .............................................................................. 8

2.3 Kincir Angin ........................................................................................... 9

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

xii

2.3.1 Kincir Angin Sumbu Horizontal .................................................. 10

2.3.2 Kincir Angin Sumbu Vertikal ...................................................... 11

2.4 Magnet ................................................................................................... 12

2.4.1 Magnet Neodymium ..................................................................... 13

2.4.2 Karakteristik Magnet Neodymium ............................................... 13

2.4.3 Magnet Sebagai Driver dan Unit Penghasil Akselerasi ............... 14

2.5 Rumus Perhitungan ................................................................................ 16

2.5.1 Rumus Energi Kinetik .................................................................. 16

2.5.2 Rumus Daya Angin ...................................................................... 16

2.5.3 Rumus Torsi ................................................................................. 16

2.5.4 Rumus Daya Kincir Angin ........................................................... 16

2.5.5 Rumus Tip Speed Ratio ................................................................ 17

2.5.6 Rumus Koefisien Daya ................................................................. 17

BAB II METODE PENELITIAN ............................................................................. 19

3.1 Diagram Penelitian ................................................................................. 19

3.2 Objek Penelitian ..................................................................................... 20

3.3 Waktu dan Tempat Penelitian ................................................................ 20

3.4 Bahan dan Alat ........................................................................................ 20

3.5 Bentuk Sudu Kincir Angin ...................................................................... 25

3.5.1 Desain Sudu Kincir Angin ........................................................... 25

3.6 Variabel Penelitian .................................................................................. 25

3.7 Set Up Eksperimen ................................................................................. 26

3.8 Langkah Pengolahan Data ...................................................................... 28

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN .................................................. 30

4.1 Data Hasil Penelitian .............................................................................. 30

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ......................................................... 32

4.2.1 Perhitungan Daya Angin .............................................................. 32

4.2.2 Perhitungan Torsi ......................................................................... 33

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

xiii

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir Angin ................................................... 33

4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya ......................................................... 34

4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio ......................................................... 34

4.3 Data Hasil Perhitungan ........................................................................... 35

4.4 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan ............................................ 38

4.4.1 Grafik Kincir Angin Tanpa Menggunakan Magnet ..................... 38

4.4.2 Grafik Kincir Angin Menggunakan Magnet dengan Konfigurasi

Utara – selatan .............................................................................. 40

4.4.3 Grafik Kincir Angin Menggunakan Magnet dengan Konfigurasi

Utara – utara ................................................................................. 42

4.5 Grafik Perbandingan Tiga Variasi Konfigurasi Magnet ........................ 44

BAB V PENUTUP .................................................................................................... 47

5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 47

5.2 Saran ....................................................................................................... 47

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................... 48

LAMPIRAN .............................................................................................................. 49

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Data energi listrik yang dihasilakan turbin angin di seluruh dunia ..... 1

Gambar 2.1 Peta potensi angin Indonesia ............................................................... 6

Gambar 2.2 Proses terjadinya angin laut ................................................................. 7

Gambar 2.3 Proses terjadinya angin darat ............................................................... 8

Gambar 2.4 Proses terjadinya angin gunung dan angin lembah ............................. 9

Gambar 2.5 Kincir angin sumbu horizontal ............................................................ 10

Gmabar 2.6 Kincir angin sumbu vertikal ................................................................. 12

Gambar 2.7 Magnet neodymium.............................................................................. 13

Gambar 2.8 Desain permanen magnet motor Robert Tracy .................................... 15

Gambar 2.9 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio dari

berbagai jenis kincir angin ................................................................... 17

Gambar 3.1 Diagram alur penelitian ....................................................................... 19

Gambar 3.2 Sudu dan naf kincir angin .................................................................... 21

Gambar 3.3 Piringan magnet .................................................................................. 21

Gambar 3.4 Fan Blower .......................................................................................... 22

Gambar 3.5 Takometer ............................................................................................ 23

Gambar 3.6 Anemometer ........................................................................................ 23

Gambar 3.7 Mekanisme pengereman ...................................................................... 24

Gambar 3.8 Neraca pegas ....................................................................................... 24

Gambar 3.9 Desain sudu kincir angin tampak atas ................................................. 25

Gambar 3.10 Desain sudu kincir angin tampak samping .......................................... 25

Gambar 3.11 Setting eksperimen .............................................................................. 26

Gambar 3.12 Ilustrasi set up piringan magnet .......................................................... 27

Gambar 3.13 Resultan gaya dorong pada piringan magnet ...................................... 27

Gambar 4.1 Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar kincir tanpa

menggunakan magnet ......................................................................... 38

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

xv

Gambar 4.2 Grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio kincir angin

tanpa menggunakan magnet ................................................................ 39

Gambar 4.3 Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar kincir variasi

konfigurasi magnet utara – selatan ..................................................... 40

Gambar 4.4 Grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio variasi

konfigurasi magnet utara – selatan ..................................................... 41

Gambar 4.5 Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar kincir variasi

konfigurasi magnet utara – utara ........................................................ 42

Gambar 4.6 Grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio variasi

konfigurasi magnet utara – utara ........................................................ 43

Gambar 4.7 Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar kincir untuk tiga variasi

konfigurasi magnet ............................................................................... 45

Gambar 4.8 Grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio untuk tiga variasi

konfigurasi magnet ............................................................................... 46

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

xvi

DAFTAR TABEL

Tabrl 2.1 Pengelompokan daerah di Indonesia berdasarkan kecepatan angin ........ 6

Tabel 2.2 Karakteristik magnet neodymium ........................................................... 14

Tabel 4.1 Data hasil percobaan tanpa menggunakan piringan magnet .................. 30

Tabel 4.2 Data hasil percobaan menggunakan piringan magnet dengan

konfigurasi utara – selatan ...................................................................... 31

Tabel 4.3 Data hasil percobaan menggunakan piringan magnet dengan

konfigurasi utara – utara ......................................................................... 31

Tabel 4.4 Data hasil perhitungan kincir angin tanpa menggunakan magnet .......... 35

Tabel 4.5 Data hasil perhitungan kincir angin menggunakan piringan magnet dengan

konfigurasi magnet utara – selatan .......................................................... 36

Tabel 4.6 Data hasil perhitungan kincir angin menggunakan piringan magnet dengan

konfigurasi magnet utara – utara ............................................................. 37

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan manusia akan pasokan energi semakin lama semakin meningkat dan

manusia masih sangat tergantung sekali dengan energi konvensional. Bahan bakar

fosil, batubara dan gas masih menjadi sumber utama pembangkit energi. Namun

pemanfaatan energi konvensional tidak diimbangi dengan ketersediaannya di alam,

bahan bakar konvensional yang ada di alam semakin lama jumlahnya semakin menipis

,dan ini membuat setiap negara berlomba – lomba untuk menemukan sumber energi

alternatif untuk menggantikan sumber energi konvensional tersebut.

Salah satu sumber energi alternatif yang sudah mulai dikembangkan saat ini

adalah energi angin. Angin merupakan sumber daya alam yang tidak akan habis dan

jumlahnya sangat melimpah di alam, oleh sebab itu angin memiliki prospek

perkembangan yang bagus karena pasokan energinya dapat dimanfaatkan untuk

berbagai keperluan, salah satunya yaitu sebagai sumber pasokan listrik.

Gambar 1.1 Data energi listrik yang dihasilkan turbin angin di seluruh dunia

(Sumber : http://www.greenpeace.org/seasia/id/blog)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

2

Berdasarkan data dari Renewables 2014 Global Status Report, sampai dengan

tahun 2014 perkiraan energi listrik yang dihasilkan oleh turbin angin mencapai 318

GigaWatts, seperti yang ditunjukan pada Gambar 1.1. Beberapa negara telah

memanfaatkan energi angin sebagai sumber pembangkit listrik, diantaranya yaitu

Amerika Serikat, Denmark, Australia, Italia, Spanyol, china dan Jepang. Namun di

Indonesia pemanfaatan energi angin sebagai pembangkit listrik masih belum optimal,

itu terbukti dengan jumlah PLT Angin yang telah beroperasi di Indonesia yang baru

berjumlah 12 unit, 5 Unit dengan kapasitas 80 kilo watt dan pada tahun 2007 bertambah

lagi sebanyak 7 unit yang dibangun di empat lokasi, sebanyak tiga unit di pulau Selayar,

dua unit di Sulawesi Utara, dan satu unit di Nusa Penida, Bali serta Bangka Belitung.

Di awal tahun 2016, pemerintah bekerjasama dengan investor asal Denmark memulai

proyek pembangunan dua unit PLT Angin dengan kapasitas 65 MW dan 70 MW di

daerah Sulawesi Selatan [nn, 2017 https://kumparan.com/wiji-nurhayat/lokasi-yang-

cocok-dibangun-pembangkit-listrik-tenaga-angin-di-ri, diakses 07 Mei 2017]. Namun

jumlah PLT Angin tersebut masih sangat sedikit sekali, mengingat bahwa Indonesia

memiliki potensi angin yang sangat melimpah khususnya di kawasan pesisir pantai

yang seharusnya dapat dimanfaatkan lebih maksimal untuk sumber pembangkit listrik.

Salah satu alat yang mampu mengkonversikan energi angin menjadi energi

mekanik adalah kincir angin, dengan memanfaatkan putaran kincir untuk memutar

generator maka akan dihasilkan enegi listrik. Namun penggunaan energi angin untuk

membangkitkan listrik juga memiliki banyak kendala, diantaranya yaitu kecepatan

angin yang tidak stabil atau kecepatan angin yang tidak merata di setiap daerah. Daerah

yang jauh dari pantai biasanya memiliki kecepatan angin yang lebih rendah

dibandingkan dengan daerah pesisir pantai. Untuk mengatasi kendala tersebut, dalam

penelitian ini kami menggunakan magnet untuk membantu meninggkatkan unjuk kerja

kincir angin. Penambahan magnet dalam desain kincir angin dimaksudkan supaya

kincir angin dapat digunakan didaerah yang memiliki kecepatan angin yang rendah.

Magnet yang digunakan dalam penelitian ini ditanam pada sebuah piringan kayu yang

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

3

kemudian dipasang pada poros kincir angin, dalam penelitian ini penulis

memvariasikan konfigurasi magnet yang ditanam pada magnet. Terdapat tiga variasi

piringan magnet yang digunakan, yakni tanpa menggunakan piringan magnet, piringan

magnet dengan konfigurasi utara – selatan dan piringan dengan konfigurasi utara-utara.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang penelitian, maka dapat dirumuskan beberapa

permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini. Beberapa masalah tersebut yaitu:

1. Perlunya model kincir angin yang dapat mengonversikan energi angin menjadi

energi mekanik dengan unjuk kerja yang maksimal pada kecepatan angin yang

rendah.

2. Pengaruh penggunaan magnet terhadap unjuk kerja kincir angin multi-blade.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah

1. Membuat kincir angin model multi-blade delapan sudu berbahan dasar triplek

dengan tambahan magnet.

2. Mencari nilai koefisien daya dan tip speed ratio dari setiap variasi konfigurasi

magnet.

3. Membandingan unjuk kerja dari tiga variasi konfigurasi magnet.

1.4 Batasan Masalah

Untuk menghindari terlalu banyaknya permasalahan yang muncul, maka penulis

memberikan batasan – batasan masalah yang sesuai dengan judul penelitian ini.

Adapun batasan masalah tersebut yaitu:

1. Kincir angin yang digunakan adalah kincir angin model multi-blade delapan

sudu berbahan dasar triplek.

2. Pengujian kincir angin hanya dilakukan menggunakan kecepatan angin 4 m/s.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

4

3. Magnet yang digunakan dalam pengujian adalah magnet neodymium yang

dibedakan menjadi dua macam, yaitu magnet yang ditanam pada piringan

magnetik dengan ukuran 22 x 5 mm dan magnet stator dengan ukuran 50 x 40

x 13 mm.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Angin dan potensi angin di Indonesia

Angin adalah udara yang bergerak akibat adanya perbedaan tekanan udara

dengan arah aliran angin dari tempat yang memiliki tekanan tinggi ke tempat yang

bertekanan rendah atau dari daerah yang memiliki suhu rendah ke wilayah bersuhu

tinggi. Proses terjadinya angin memiliki hubungan yang erat dengan sinar matahari

karena daerah yang terkena banyak paparan sinar matahari akan memiliki suhu yang

lebih tinggi serta tekanan udara yang lebih rendah dari daerah lain di sekitarnya

sehingga menyebabkan terjadinya aliran udara.

Angin sendiri merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang jumlahnya

sangat melimpah di alam, tetapi tidak semua angin dapat dimanfaatkan sebagai

pembangkit energi. Angin yang memiliki kecepatan yang sangat rendah tentu tidak

dapat digunakan sebagai sumber pembangkit energi. Kecepatan angin dipengaruhi oleh

tiga hal, yaitu topografi, letak geografis, dan faktor penghambat. Berdasarkan letak

tempat atau topografinya, jika angin berada pada topografi berupa gunung, angin akan

cenderung naik. Sebaliknya, angin akan cenderung lurus jika topografinya berupa

daratan. Selain itu jika dikaitkan dengan letak geografisnya, setiap tempat dipenjuru

dunia memiliki potensi kecepatan angin yang berbeda-beda. Dalam hal ini tentunya

daerah tropis, sub tropis, dan kutub mempunyai perbedaan potensi angin. Pepohonan

dan bangunan merupakan contoh faktor penghambat laju angin. Ketika terdapat

pepohonan atau bangunan, aliran angin yang melewati objek-objek tersebut cenderung

mengalami turbulensi.

Indonesia merupakan salah satu negara yang mempunyai potensi angin yang

cukup baik, banyak daerah di Indonesia yang mempunyai kecepatan angin yang cukup

tinggi dan bisa dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik tenaga angin.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

6

Dari peta potensi angin di Indonesia (Gambar 2.1) terdapat 35 titik yang berpotensi

sebagai tempat penerapan rekayasa tenaga angin.

Gambar 2.1 Peta Potensi Angin di Indonesia

(Sumber : www.energy-indonesia.com)

Tabel 2.1 Pengelompokan daerah di Indonesia berdasarkan kecepatan angin

(Sumber : www.energy-indonesia.com)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

7

2.2 Jenis – jenis Angin

2.2.1 Angin Laut

Angin laut adalah angin yang terjadi pada waktu siang hari di sepanjang tepian

danau dan di sepanjang garis – garis pantai diseluruh dunia. Angin ini bergerak dari

laut atau danau menuju daratan. Hal ini dikarenakan udara diatas daratan mengalami

pemanasan lebih cepat dibandingkan udara di permukaan laut atau danau, sehingga

tekanan diatas daratan lebih rendah dibandingkan dengan permukaan laut atau danau.

Selama udara hangat di atas daratan bergerak naik keatas, udara yang lebih dingin dari

permukaan laut yang bertekanan lebih tinggi akan berhembus ke daratan yang

tekanannya lebih rendah dan hembusan angin tersebut dikenal sebagai angin laut.

Siklus terjadinya angin laut dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Proses terjadinya angin laut

(Sumber : http://www.cuacajateng.com/angindaratdananginlaut.htm)

2.2.2 Angin Darat

Angin darat adalah angin yang terjadi pada waktu malam hari di tepian danau

dan disepanjang garis pantai diseluruh dunia. Hal ini terjadi disebabkan karena udara

diatas daratan mengalami pendinginan lebih cepat dibandingkan udara diatas

permukaan laut atau danau, sehingga tekanan udara diatas permukaan laut atau danau

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

8

lebih rendah dibandingkan diatas daratan. Udara yang lebih dingin dan bertekanan

lebih tinggi akan berhembus dari daratan ke perairan di malam hari dan inilah yang

menyebabkan munculnya angin darat. Siklus terjadinya angin darat dapat dilihat pada

Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Proses terjadinya angin darat

(Sumber : http://www.cuacajateng.com/angindaratdananginlaut.htm)

2.2.3 Angin Gunung

Angin Gunung adalah angin yang terjadi pada waktu malam hari di kawasan

pegunungan di seluruh dunia. Angin ini bergerak dari gunung menuju lembah. Hal ini

terjadi karena udara diatas gunung mengalami pendinginan lebih cepat dibandingkan

diatas permukaan lembah , sehingga tekanan udara di atas permukaan lembah lebih

rendah dibandingkan dengan tekanan udara diatas gunung. Siklus terjadinya angin

gunung dapat dilihat pada Gambar 2.4.

2.2.4 Angin Lembah

Angin lembah adalah angin yang terjadi pada waktu siang hari di kawasan

pegunungan di seluruh dunia. Angin ini berhembus dari lembah menuju gunung. Hal

ini terjadi dikarenakan udara diatas gunung mengalami pemanasan lebih cepat

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

9

dibandingkan lembah, sehingga tekanan udara diatas permukaan gunung lebih rendah

dibandingakan diatas permukaan lembah (Gambar 2.4).

Gambar 2.4 Proses terjadinya angin gunung dan angin lembah

(Sumber : http://sapakabar.blogspot.co.id/2015/04/angin.html)

2.3 Kincir Angin

Kincir angin adalah sebuah alat yang berfungsi untuk mengonversikan energi

angin menjadi energi mekanis. Tidak diketahui secara pasti kapan dan siapa yang

pertama kali memanfaatkan tenaga angin dengan kincir angin, namun beberapa catatan

sejarah mengungkap teknologi tua kincir angin telah dimanfaatkan oleh peradaban

bangsa - bangsa besar. Bangsa Babilonia (abad 17 SM) yang terkenal dengan rajanya

Hammurabi memiliki rancangan irigasi yang memanfaatkan tenaga angin. Bangsa

Yunani pada abad ke-1 melalui ilmuannya 'Heron' telah menemukan kincir angin yang

menggerakkan roda bermesin. Hal yang sama pula telah ada di Cina sejak abad ke-4

[nn, 2015 http://bangongo.blogspot.co.id/2015/03/sejarah-kincir-angin.html, diakses

maret 2016]

Pada jaman sekarang ini kincir angin sudah dimanfaatkan sebagai pembangkit

listrik. Kincir angin yang digunakan untuk menghasilkan sebuah energi listrik disebut

dengan turbin angin (wind turbine). Turbin angin mampu mengubah energi angin

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

10

menjadi energi mekanik dengan memanfaatkan putaran kincir untuk memutar

generator sehingga akan dihasilkan energi listrik.

Berdasarkan arah porosnya, secara umum kincir angin dibagi menjadi dua jenis

yaitu kincir angin sumbu horizontal dan kincir angin sumbu vertikal.

2.3.1 Kincir Angin Sumbu Horizontal

Kincir angin sumbu horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbin (HAWT)

adalah kincir angin yang mempunyai poros yang sejajar dengan tanah dan arah poros

utama sesuai dengan arah datangnya angin. Kincir ini terdiri dari sebuah menara dan

kincir yang berada pada puncak menara tersebut. Poros kincir dapat berputar 360°

terhadap sumbu vertikal untuk menyesuaikan arah angin. Terdapat beberapa jenis

kincir angin poros horizontal diantaranya ditunjukkan pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Kincir Angin Sumbu Horizontal

(Sumber : mit.ilearning.me/kincir-angin-pembangkit-listrik/)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

11

Kelebihan kincir angin sumbu horizontal adalah :

1. Menara penyangga yang tinggi memungkinkan untuk mendapatkan angin

dengan kekuatan yang lebih besar.

2. Efisiensi lebih tinggi, karena sudu selalu bergerak tegak lurus terhadap arah

angin, menerima daya sepanjang putaran.

3. Dapat dibuat dengan kemampuan pitch control untuk sudu – sudunya, sehingga

dapat menghindari kerusakan bila terkena badai.

Kelemahan kincir angin sumbu horizontal adalah :

1. Dibutuhkan konstruksi menara penyangga yang kuat untuk menopang beban

sudu, gear box dan generator.

2. Komponen - komponen dari kincir angin seperti pada poin pertama, harus

diangkat ke posisinya pada saat pemasangan.

3. Membutuhkan yaw control sebagai mekanisme untuk mengarahkan sudu ke

arah angin.

4. Kincir angin sulit dioperasikan dekat dengan permukaan tanah karena adanya

angin turbulen.

2.3.2 Kincir Angin Sumbu Vertikal

Kincir angin sumbu vertikal atau Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) adalah

kincir angin yang memiliki poros tegak lurus dengan tanah atau arah datangnya angin.

Terdapat beberapa jenis kincir angin sumbu vertikal diantaranya ditunjukan pada

Gambar 2.6.

Kelebihan kincir angin sumbu vertikal adalah :

1. Kincir angin ini mudah dirawat karena letaknya yang dekat dengan permukaan

tanah.

2. Memiliki kecepatan pengawalan angin yang rendah dibandingkan dengan

kincir sumbu horizontal.

3. Kincir angin ini dapat menerima hembusan angin dari segala arah.

4. Tidak memerlukan menara yang tinggi sehingga lebih murah dan lebih kuat.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

12

Kelemahan kincir angin sumbu vertikal adalah :

1. Memiliki kecepatan putaran kincir angin yang rendah, karena letaknya dekat

dengan tanah.

2. Karena pada umumnya dipasang dekat dengan permukaan tanah maka kualitas

angin yang diterima kurang baik sehingga kincir angin mudah rusak.

Gambar 2.6 Kincir Angin Sumbu Vertikal

( Sumber : http://benergi.com )

2.4 Magnet

Magnet merupakan suatu material yang mampu memberikan gaya dorong

maupun gaya tarik terhadap benda feromagnetik atau magnet lain disekitar medan

magnetiknya. Umumnya magnet yang ada dipasaran dibedakan menjadi 2 jenis yaitu

magnet permanen dan magnet lilitan yang terdiri dari suatu kumparan. Dalam

pengembangan pengaplikasian magnet, ditemukan bahwa magnet dapat dimanfaatkan

untuk membangkitkan suatu gerakan rotasi, hingga menghasilkan akselerasi. Hal inilah

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

13

yang kemudian dimanfaatkan pada generator untuk mengkonversi energi kinetik dari

gerakan yang dihasilkan magnet tersebut, dalam hal ini magnet yang digunakan berupa

magnet lilitan.

2.4.1 Magnet Neodymium

Ada beberapa macam magnet permanen yang telah dijual secara komersial

dipasaran, salah satunya yaitu magnet neodymium. Magnet neodymium merupakan

magnet permanen paling kuat di dunia. Magnet ini terbuat dari Neodymium (Nd), Besi

(Fe), dan Boron (B). Magnet neodymium memiliki induksi magnet sekitar 1,3 tesla.

Magnet neodymium dijual di pasaran dengan berbagai tingkatan atau grade. Magnet

ini digolongkan kedalam beberapa tingkatan berdasarkan energi maksimumnya yang

berkaitan erat dengan flux magnetiknya per satuan volume. Semakin tinggi

tingkatannya, semakin kuat kekuatan magnetnya. Beberapa grade magnet yang dijual

dan dapat dijumpai diantaranya N35, N38, N40, N42, N45, N48, N50, dan N52.

Gambar 2.7 Magnet neodymium

(Sumber : http://www.reuk.co.uk/wordpress/general/buying-neodymium-magnets)

2.4.2 Karakteristik Magnet Neodymium

Penting untuk diketahui, beberapa karakteristik magnet permanen yang dapat

digunakan untuk membandingkan satu magnet dengan magnet lainnya diantaranya

yaitu :

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

14

a. Remanence (𝐵𝑟)

Satuan untuk kekuatan medan magnet.

b. Coercivity (𝐻𝑐𝑖)

Tolak ukur suatu magnet sifat kemagnetannya.

c. Energy Product (𝐵𝐻𝑚𝑎𝑥)

Densitas dari energi magnet.

d. Curie Temperature (𝑇𝑐)

Suhu maksimal yang dapat diterima magnet.

Magnet neodymium adalah magnet yang cukup kuat terhadap korosi karena

telah dilapisi nikel dan tembaga dalam proses produksinya di beberapa perusahaan,

bahkan dalam hal ini ada yang menambahkan pelapis polimer maupun pelapis logam

lain. Dalam pengaplikasian magnet, pengguna dituntut untuk sangat berhati-hati karena

magnet neodymium mampu membuat luka pada tubuh, menghancurkan material yang

rapuh, hingga menyebabkan tulang patah jika digunakan pada jarak antar kutub yang

cukup dekat.

Dalam hal ini, magnet neodymium mempunyai karakteristik sebagai berikut :

Tabel 2.2 Karakteristik Magnet Neodymium

Properti nilai

Remanence (T) 1-1.3

Coercivity (MA/m) 0.875-1.99

Relative Permeability 1.05

Curie Temperature (°C) 320

Density (𝑔/𝑐𝑚3) 7.3-7.5

Tensile Strength (𝑁/𝑚𝑚2) 75

(Sumber : https://en.wikipedia.org/wiki/Neodymium_magnet)

2.4.3 Magnet Neodymium Sebagai Penggerak dan Unit Penghasil Akselerasi

Magnet neodymium saat ini mampu menggantikan magnet alnico maupun

magnet ferrite yang sudah banyak dijumpai di pasaran, beberapa pengaplikasiannya

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

15

antara lain yaitu untuk mainan, pengunci pintu, loudspeaker, dsb. Dalam ranah yang

lebih ilmiah, didapati banyak pengembangan dari magnet neodymium sebagai motor

servo, motor sinkron, driver motor kendaraan mobil listrik hybrid, dsb. Tidak hanya

itu, dalam dunia medis khususnya radiologi, MRI (magnetic resonance imaging)

merupakan pengembangan dan pengaplikasian kekuatan homogenitas medan magnet

pada magnet neodymium yang dianggap mampu meng-scan tubuh manusia dengan

lebih baik.

Salah satu contoh paten yang pernah dibuat yaitu Robert Tracy Magnet Motor

(U.S patent No.3703653, 1972). Magnet ketika didekatkan dengan kutub yang berbeda

akan menghasilkan gaya tarik - menarik. Kejadian ini dapat dimanfaatkan sebagai

penghasil energi jika magnet - magnet tersebut disusun secara berpasangan kutub yang

berlainan dan disusun dengan pola yang memungkinkan menggerakan poros generator

mengikuti pola sekring dari aki yang disusun melingkar dengan crankshaft sebagai

penghubung ke poros generatornya. Hal inilah yang kemudian digunakan Robert Tracy

untuk menggunakan magnet sebagai penggerak poros generator.

Gambar 2.8 Desain permanen magnet motor Robert Tracy

(Sumber : www.free-energy-info.co.uk)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

16

2.5 Rumus Perhitungan

Berikut ini adalah rumus – rumus yang digunkadan dalam penelitian untuk

mencari unjuk kerja kincir angin.

2.5.1 Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dihasilkan suatu benda dikarenakan adanya

gerakan. Energi kinetik dipengaruhi oleh kecepatan dan massa benda. Sehingga dapat

dirumuskan sebagai berikut :

𝐸𝑘 = 1

2 𝑚 . 𝑣2 (1)

dengan 𝐸𝑘 adalah energi kinetik, 𝑚 adalah massa dan 𝑣 adalah kecepatan angin.

2.5.2 Daya Angin

Daya angin (𝑃𝑖𝑛) adalah daya yang dihasilkan oleh sudu kincir angin yang diakibatkan

oleh hembusan angin. Daya angin dapat dirumuskan sebagai berikut :

𝑃𝑖𝑛 =

1

2 𝜌 . 𝐴 . 𝑣3

(2)

dengan 𝜌 adalah massa jenis udara, 𝐴 adalah luas penampang sudu.

2.5.3 Torsi

Torsi adalah gaya yang bekerja pada poros yang dihasilkan oleh gaya dorong

pada sudu – sudu kincir angin. Perhitungan nilai torsi dapat dirumuskan sebagai berikut

:

𝑇 = 𝐹 . ℓ (3)

dengan 𝐹 adalah gaya pembebanan, dan ℓ adalah panjang lengan torsi ke poros kincir

angin.

2.5.4 Daya Kincir Angin

Daya kincir angin (𝑃𝑜𝑢𝑡) adalah daya yang dihasilkan oleh kincir angin karena

putaran sudu kincir , putaran kincir angin tersebut menghasilkan energi kinetik yang

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

17

kemudian dikonversikan menjadi energi listrik. Perhitungan nilai daya kincir angin

dapat dirumuskan sebagai berikut :

𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑇 . 𝜔 (4)

dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 adalah daya yang dihasilkan oleh kincir angin dan 𝜔 adalah kecepatan

sudut.

2.5.5 Tip Speed Ratio

Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan linear lingkaran terluar kincir

dengan kecepatan angin. Perhitungan nilai tip speed ratio dapat dirumuskan sebagai

berikut :

𝑡𝑠𝑟 =

𝜔 . 𝑟

𝑣

(5)

dengan 𝑟 adalah jari – jari kincir angin dan 𝑣 adalah kecepatan angin.

2.5.6 Koefisien Daya

Koefisien daya adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir angin

(𝑃𝑜𝑢𝑡) dengan daya yang disediakan oleh angin (𝑃𝑖𝑛). Perhitungan nilai koefisien

daya dapat dirumuskan sebagai berikut :

𝐶𝑝 = 𝑃𝑜𝑢𝑡

𝑃𝑖𝑛 . 100%

(6)

Menurut ilmuwan asal Jerman, Albert Betz, efisiensi atau koefisien daya

maksimal sebuah kincir angin adalah sebesar 59 % .Teori tersebut kemudian

dinamakan dengan Betz limit yang grafiknya dapat dilihat pada Gambar 2.9.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

18

Gambar 2.9 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip

speed ratio dari berbagai jenis kincir angin.

(Sumber : http://slideplayer.com/slide/10169610/)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

19

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Penelitian

Langkah kerja penelitian ini digambarkan sebagai berikut :

Gambar 3.1 Diagram alur penelitian

Mulai

Perancangan desain kincir angin dan piringan magnet

Pembelian alat dan bahan yang digunakan untuk pembuatan kincir angin dan piringan

magnet

Pembuatan kincir angin dan piringan magnet

Pengambilan data berupa kecepatan angin, putaran poros kincir dan gaya pembebanan

Pengolahan data, menghitung torsi, kecepatan sudut, daya angin, daya kincir, koefisien

daya (𝐶𝑝), tip speed ratio (trs). Kemudian membuat grafik hubungan antara torsi dengan

putaran poros dan hubungan koefisien daya (𝐶𝑝) dengan tip speed ratio (tsr) dari setiap

variasi.

Analisis dan pembahasan data

Selesai

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

20

3.2 Objek Penelitian

Objek penelitian ini adalah kincir angin sumbu horizontal jenis multi-blade

delapan sudu dengan variasi konfigurasi magnet.

3.3 Waktu dan Tempat Penelitian

Pembuatan kincir angin dilakukan pada bulan Februari 2017 sampai April 2017

dan pengambilan data dilakukan pada bulan Mei 2017 di Laboratorium Konversi

Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

3.4 Bahan dan Alat

Bahan – bahan utama dalam penelitian adalah sebagai berikut :

a. Sudu kincir angin

Sudu kincir angin dibuat dari triplek dengan ketebalan 6 mm. Untuk membuat

patahan sudu digunakan dua buah bagian triplek yang disambungkan

menggunakan dempul. Dempul juga berfungsi untuk menutupi rongga diantara

dua patahan tersebut agar kedua bagian tersebut dapat menyatu dan digunakan

plat aluminium untuk melapisi kedua bagian tersebut agar lebih kuat. Sudu

kincir ditunjukkan pada Gambar 3.2

b. Poros utama kincir

Poros utama kincir terbuat dari pipa pejal berbahan baja. Poros utama kincir

dihubungkan pada sistem pengereman.

c. Naf kincir

Naf berfungsi sebagai dudukan sudu. Elemen ini dibuat dari piringan triplek

berdiameter 17 cm yang diberi lubang sesuai dengan ukuran baut, baut tersebut

berfungsi untuk mengencangkan sudu. Naf kincir angin ditunjukkan pada

Gambar 3.2.

d. Piringan magnet

Piringan magnet pada pengujian ini terbuat dari kayu sengon yang dipotong

berbentuk lingkaran berdiameter 20 cm yang kemudian ditanam magnet pada

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

21

permukaannya dan dikeraskan menggunakan resin agar tidak lepas dari

piringan magnet. Magnet yang digunakan pada piringan adalah magnet

neodymium grade N35 dengan jarak sudut antar magnet 30° dari titik center

piringan (12 buah magnet berdimensi 22 mm x 5 mm). Bahan untuk piringan

dipilih menggunakan kayu sengon agar piringan tidak berat. Piringan magnet

ditunjukkan pada Gambar 3.3.

Gambar 3.2 Sudu dan naf kincir angin

Gambar 3.3 Piringan magnet

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

22

Dalam pembuatan kincir angin digunakan alat – alat kerja diantaranya yaitu :

a. Alat kerja utama :

1. Gergaji

2. Palu

3. Tool Box

4. Mesin Gerinda

5. Penggaris

6. Bor tangan

7. Alat Tulis

b. Alat pendukung yang digunakan dalam proses pengambilan data :

1. Fan Blower

Fan Blower adalah alat yang digunakan untuk menciptakan hembusan angin

dengan kecepatan tertentu. Fan Blower yang digunakan selama penelitian

digerakan oleh motor listrik berdaya 11,000 kW dan dihubungkan

menggunakan transmisi sabuk dan puli. Fan Blower ditunjukkan pada

Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Fan blower

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

23

2. Takometer

Takometer (tachometer) adalah alat yang digunakan untuk mengukur

kecepatan putar poros kincir angin. Jenis yang digunakan adalah digital light

takometer. Takometer ditunjukkan pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Takometer

3. Anemometer

Anemometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan angin.

Alat ini diletakkan didepan kincir angin. Anemometer ditunjukkan pada

Gambar 3.6.

Gambar 3.6 Anemometer

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

24

4. Mekanisme pengereman

Mekanisme pengereman digunakan untuk mengukur beban maksimal.

Adapun variasi pembebanan dengan cara menambahkan karet gelang pada

tuas yang terhubung pada mekanisme pengereman di cakram. Mekanisme

pengereman ditunjukkan pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7 Mekanisme pengereman

5. Neraca pegas

Neraca pegas digunakan untuk mengukur beban yang diberikan terhadap

kincir angin. Penggunaan neraca pegas dihubungkan dengan mekanisme

pengereman menggunakan benang dan pemberat yang jaraknya telah

ditentukan. Neraca pegas ditunjukkan pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Neraca pegas

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

25

3.5 Bentuk Sudu Kincir Angin

Sudu – sudu kincir angin yang dibuat permukaannya benbentuk datar dan

terdapat patahan. Patahan ini membentuk sebuah sudut yang besarnya 30°. Sudu kincir

angin ini terbuat dari triplek yang memiliki ketebalan 6 mm dan dilapisi plat

aluminium.

3.5.1 Desain Sudu kincir angin

1. Tampak atas

Gambar 3.9 Desain sudu kincir angin tampak atas

2. Tampak samping

Gambar 3.10 Desain sudu kincir angin tampak samping

4.7 Variabel Peneltian

Variabel dalam penelitian ini adalah :

1. Variasi konfigurasi piringan magnet, utara – selatan dengan utara –utara.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

26

2. Variasi pembebanan.

Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah

1. Kecepatan angin (m/s)

2. Gaya pembebanan (N)

3. Putaran Kincir Angin (rpm)

3.7 Set Up Eksperimen

Eksperimen yang dilakukan untuk mengambil data kecepatan angin, gaya

pembebanan, dan kecepatan putar poros kincir secara bersama - sama. Kincir akan

dipasang seperti pada Gambar 3.11

Gambar 3.11 Setting eksperimen

Kincir yang telah terpasang pada poros dan rangka akan ditempatkan dengan jarak 2,5

m didepan Fan Blower, dalam pengujian ini kecepatan angin yang digunakan yaitu 4

m/s. Setiap variasi konfigurasi magnet akan diuji pada kincir dengan kecepatan angin

yang sama.

Piringan magnet dalam pengujian ini dipasang pada poros kincir dengan posisi

seperti pada Gambar 3.11. Piringan ini berisi magnet dengan pola konfigurasi utara -

utara dan utara - selatan serta magnet stator dengan kutub utara ( magnet N35 persegi

berdimensi 50 mm x 40 mm x 13 mm) diletakkan menghadap piringan magnet pada

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

27

posisi 4 cm dibawah pusat center piringan magnet. Adapun penempatan jarak magnet

stator diatur sesuai dengan kalkulasi untuk mendapatkan range gaya dorong terbaik

terhadap piringan magnet.

Gambar 3.12 Ilustrasi set up piringan magnet ( konvigurasi utara – selatan)

Dengan konsep bahwa gaya dorong magnet juga merupakan energi kinetik, maka

magnet stator ditempatkan pada posisi tersebut untuk menjadi pemicu gaya dorong atau

tarik pada piringan magnet. Gaya dorong pada set up penelitian akan searah dengan

arah putaran kincir. Sedangkan magnet stator dipilih dengan ukuran yang lebih besar

dari magnet pada piringan agar mampu memberi gaya dorong atau tarik yang lebih

besar.

Gambar 3.13 Resultan gaya dorong pada piringan magnet

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

28

Kincir angin nantinya akan diuji dengan memberi pembebanan pada

mekanisme pengereman. Adapun langkah-langkah pengambilan data yang dilakukan

adalah sebagai berikut :

1. Menghubungkan poros kincir angin dengan mekanisme pengereman.

2. Memasang piringan magnet dan sudu kincir pada poros kincir angin.

3. Memasang dudukan magnet stator dan memasang magnet stator.

4. Memasang anemometer di depan Fan Blower untuk menghitung kecepatan

angin.

5. Memasang neraca pegas.

6. Memasang tali yang menghubungkan antara neraca pegas dengan

mekanisme pengereman.

7. Menghidupkan Fan Bolwer untuk menghembuskan angin dengan

kecepatan 4 m/s.

8. Percobaan pertama dilakukan tanpa menggunakan piringan magnet.

9. Variasi pembebanan menggunakan sebuah gelang karet yang dipasang pada

mekanisme pengereman hingga kincir angin berhenti berputar.

10. Bila kecepatan angin dan variasi beban telah sesuai dengan yang diinginkan

maka pengambilan data dapat dilakukan.

11. Mencatat nilai pembebanan yang terukur pada neraca pegas.

12. Mengukur kecepatan putaran poros kincir angin.

13. Mengulangi langkah 1 sampai 12 untuk variasi konfigurasi magnet utara –

utara dan utara – selatan.

3.8 Langkah pengolahan data

Data yang diperoleh dari hasil percobaan diolah melalui tahapan sebagai berikut,

1. Setelah diketahui kecepatan angin (v) dan luasan kincir (A), maka akan

diperoleh daya angin (Pin).

2. Dengan pembebanan didapat gaya pengimbang (F) yang dapat digunakan untuk

mencari nilai torsi (T).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

29

3. Kecepatan putaran poros kincir (n) dan torsi (T) dapat digunakan untuk mencari

daya output kincir (Pout).

4. Dengan membandingkan kecepatan keliling diujung sudu (𝜔) dan kecepatan

angin (𝑣), maka tip speed ratio dapat dicari.

5. Koefisien daya kincir angin dapat dicari dari perbandingan daya kincir angin

(Pout) dan daya angin (Pin).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

30

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Penelitian

Data yang diperoleh dari hasil pengujian kincir angin meliputi : Kecepatan

angin (m/s), putaran poros (rpm) dan gaya pengimbang (N). Pengambilan data

dilakukan dengan tiga variasi konfigurasi magnet, yakni tanpa menggunakan magnet,

menggunakan piringan magnet dengan konfigurasi utara – selatan dan utara – utara.

Tabel 4.1 Data hasil percobaan tanpa menggunakan piringan magnet

Percobaan No

Kecepatan

angin

Putaran

poros

Gaya

pengimbang

𝑣(m/s) 𝑛 (rpm) 𝐹 (N)

1

1

4

0,0 159

2 0,2 150

3 0,6 135

4 0,8 122

5 1,0 95

6 1,3 86

7 1,5 62

8 1,6 40

2

1

4

0,0 158

2 0,3 144

3 0,7 126

4 1,1 92

5 1,3 84

6 1,5 60

7 1,6 39

3

1

4

0,0 160

2 0,3 140

3 0,5 137

4 0,8 115

5 1,0 102

6 1,2 89

7 1,5 65

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

31

Tabel 4.2 Data hasil percobaan menggunakan piringan magnet dengan

konfigurasi utara - selatan

Percobaan No

Kecepatan

angin

Putaran

poros

Gaya

pengimbang

𝑣 (m/s) 𝑛(rpm) 𝐹 (N)

1

1

4

0,0 158

2 0,3 142

3 0,5 136

4 0,7 122

5 0,9 115

6 1,1 94

7 1,3 70

8 1,5 42

2

1

4

0,0 157

2 0,3 146

3 0,6 127

4 0,8 117

5 1,1 95

6 1,3 71

7 1,5 44

3

1

4

0,0 157

2 0,3 144

3 0,6 127

4 0,8 116

5 1,0 95

6 1,2 79

7 1,4 52

8 1,5 39

Tabel 4.3 Data hasil percobaan menggunakan piringan magnet dengan

konfigurasi utara - utara

Penelitian No

Kecepatan

angin,

Putaran

poros

Gaya

pengimbang

𝑣 (m/s) 𝑛 (rpm) 𝐹 (N)

1

1

4

0,0 157

2 0,2 148

3 0,5 135

4 0,7 124

5 1,0 110

6 1,2 93

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

32

Tabel 4.3 Data hasil percobaan menggunakan piringan magnet dengan

konfigurasi utara – utara (lanjutan)

Penelitian No

Kecepatan

angin,

Putaran

poros

Gaya

pengimbang

𝑣 (m/s) 𝑛 (rpm) 𝐹 (N)

1 7

1,4 72

8 1,6 35

2

1

4

0,0 162

2 0,3 143

3 0,6 132

4 0,8 122

5 1,1 105

6 1,3 80

7 1,5 56

8 1,6 38

3

1

4

0,0 159

2 0,3 144

3 0,6 130

4 0,9 113

5 1,2 99

6 1,4 80

7 1,5 40

8 1,7 30

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan

Pengolahan data menggunakan beberapa asumsi untuk mempermudah dalam

proses perhitungan, antara lain sebagai berikut :

1. Diameter kincir angin 89 cm.

2. Densitas udara 1,18 kg/m3.

3. Panjang lengan torsi 20 cm.

4.2.1 Perhitungan Daya Angin

Sebagai contoh, perhitungan diambil dari hasil percobaan kincir angin tanpa

piringan magnet pada pengujian pertama dan pada pembebanan yang ke-3. Pada

percobaan ini diketahui densitas udara (𝜌) sebesar 1,18 kg/m3 , luas penampang (𝐴)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

33

0,6218 m2 dan kecepatan angin (𝑣) 4 m/s. Untuk mendapatkan nilai daya angin dapat

dihitung dengan rumus sebagai berikut :

𝑃𝑖𝑛 =

1

2 𝜌 . 𝐴 . 𝑣3

= 1

2 1,18 . 0,6218 . (4)

3

= 23,5 watt

Jadi daya angin yang dihasilkan sebesar 23,5 watt

4.2.2 Perhitungan Torsi

Dalam perhitungan torsi ini, data hasil percobaan yang dijadikan contoh

diambil dari hasil percobaan kincir angin tanpa piringan magnet pada pengujian

pertama dan pada pembebanan yang ke-3. Dari data yang diperoleh gaya pengimbang

(𝐹) sebesar 0,5 N dan jarak lengan torsi 0,20 m. Untuk mendapatkan nilai torsi dapat

dihitung dengan rumus sebagai berikut :

𝑇 = 𝐹 . ℓ

= 0,6 . 0,2

= 0,12 N.m

Jadi torsi yang dihasilkan sebesar 0,12 N.m

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir Angin

Pada perhitungan daya kincir angin ini , data hasil percobaan yang dijadikan

contoh diambil dari hasil percobaan kincir angin tanpa piringan magnet pada pengujian

pertama dan pada pembebanan yang ke-3. Dari data yang diperoleh, kecepatan angin

(𝑣) sebesar 4 m/s, putaran poros (𝑛) 136 rpm dan torsi 0,12 N.m. Daya kincir angin

dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑇 . 𝜔

= 𝑇 .𝜋 . 𝑛

30

= 0,12 . 𝜋 . 135

30

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

34

= 1, 70 watt

Jadi daya kincir yang dihasilkan sebesar 1,70 watt

4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya

Pada perhitungan koefisien daya, data hasil percobaan yang dijadikan contoh

diambil dari hasil percobaan kincir angin tanpa piringan magnet pada pengujian

pertama dan pada pembebanan ke-3. Dari data hasil percobaan, daya angin (𝑃𝑖𝑛) yang

diperoleh sebesar 23,5 watt dan daya kincir angin (𝑃𝑜𝑢𝑡) 1,70 watt. Untuk

mendapatkan nilai koefisien daya (𝐶𝑝) dapat dihitung dengan rumus sebagi berikut :

𝐶𝑝 =

𝑃𝑜𝑢𝑡

𝑃𝑖𝑛 . 100%

= (1,70 / 23,5 ) . 100 %

= 7,23 %

Jadi koefisien daya yang dihasilkan sebesar 7,23 %

4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio

Pada perhitungan tip speed ratio (tsr) data hasil percobaan yang dijadikan

contoh diambil dari hasil percobaan kincir angin tanpa piringan magnet pada pengujian

pertama dan pada pembebanan ke-3. Dari data hasil percobaan, besar kecepatan sudut

(𝜔) adalah 14,24 rad/s, kecepatan angin (𝑣) sebesar 4 m/s dan jari – jari kincir angin

adalah 0,445 m. Nilai tip speed ratio dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

𝑡𝑠𝑟 =

𝜔 . 𝑟

𝑣

= 14,14 .0,445

4

= 1,57

Jadi tip speed ratio yang dihasilkan sebesar 1,57

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

4.3 Data Hasil Perhitungan

Tabel 4.4 Data hasil perhitungan kincir angin tanpa menggunakan magnet

Percobaan

Beban

pengimbang

Putaran

kincir

Kecepatan

sudut

Beban

torsi

Daya

angin

Daya

output

Tip speed

ratio Koef. Daya

𝐹 (N) 𝑛 (rpm) 𝜔 (rad/s) 𝑇 (N.m) 𝑃𝑖𝑛 (watt) 𝑃𝑜𝑢𝑡 (watt) 𝑡𝑠𝑟 𝐶𝑝 (%)

1

0,0 159 16,65 0,00 23,5 0,00 1,85 0,00

0,2 150 15,71 0,04 23,5 0,63 1,75 2,68

0,6 135 14,14 0,12 23,5 1,70 1,57 7,23

0,8 122 12,78 0,16 23,5 2,04 1,42 8,71

1,0 95 9,95 0,20 23,5 1,99 1,11 8,47

1,3 86 9,01 0,26 23,5 2,34 1,00 9,97

1,5 62 6,49 0,30 23,5 1,95 0,72 8,30

1,6 40 4,19 0,32 23,5 1,34 0,47 5,71

2

0,0 158 16,55 0,00 23,5 0,00 1,84 0,00

0,3 144 15,08 0,06 23,5 0,90 1,68 3,85

0,7 126 13,19 0,14 23,5 1,85 1,47 7,87

1,1 92 9,63 0,22 23,5 2,12 1,07 9,03

1,3 84 8,80 0,26 23,5 2,29 0,98 9,74

1,5 60 6,28 0,30 23,5 1,88 0,70 8,03

1,6 39 4,08 0,32 23,5 1,31 0,45 5,57

3

0,0 160 16,76 0,00 23,5 0,00 1,86 0,00

0,3 140 14,66 0,06 23,5 0,88 1,63 3,75

0,5 137 14,35 0,10 23,5 1,43 1,60 6,11

0,8 115 12,04 0,16 23,5 1,93 1,34 8,21

1,0 102 10,68 0,20 23,5 2,14 1,19 9,10

1,2 89 9,32 0,24 23,5 2,24 1,04 9,53

1,5 65 6,81 0,30 23,5 2,04 0,76 8,70

35

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Tabel 4.5 Data hasil perhitungan kincir angin menggunakan piringan magnet dengan konfigurasi utara – selatan

Percobaan

Beban

pengimbang

Putaran

kincir

Kecepatan

sudut

Beban

torsi

Daya

angin

Daya

output

Tip speed

ratio

Koef.

Daya

𝐹 (N) n (rpm) 𝜔 (rad/s) 𝑇 (N.m) 𝑃𝑖𝑛 (watt) 𝑃𝑜𝑢𝑡 (watt) 𝑡𝑠𝑟 𝐶𝑝 (%)

1

0,0 158 16,55 0,00 23,5 0,00 1,88 0,00

0,3 142 14,87 0,06 23,5 0,89 1,69 3,80

0,5 136 14,24 0,10 23,5 1,42 1,62 6,07

0,7 122 12,78 0,14 23,5 1,79 1,45 7,62

0,9 115 12,04 0,18 23,5 2,17 1,37 9,23

1,1 94 9,84 0,22 23,5 2,17 1,12 9,22

1,3 70 7,33 0,26 23,5 1,91 0,83 8,12

1,5 42 4,40 0,30 23,5 1,32 0,50 5,62

2

0,0 157 16,44 0,00 23,5 0,00 1,87 0,00

0,3 146 15,29 0,06 23,5 0,92 1,74 3,91

0,6 127 13,30 0,12 23,5 1,60 1,51 6,80

0,8 117 12,25 0,16 23,5 1,96 1,39 8,35

1,1 95 9,95 0,22 23,5 2,19 1,13 9,32

1,3 71 7,44 0,26 23,5 1,93 0,85 8,23

1,5 44 4,61 0,30 23,5 1,38 0,52 5,89

3

0,0 157 16,44 0,00 23,5 0,00 1,87 0,00

0,3 144 15,08 0,06 23,5 0,90 1,72 3,85

0,6 127 13,30 0,12 23,5 1,60 1,51 6,80

0,8 116 12,15 0,16 23,5 1,94 1,38 8,28

1,0 95 9,95 0,20 23,5 1,99 1,13 8,47

1,2 79 8,27 0,24 23,5 1,99 0,94 8,46

1,4 52 5,45 0,28 23,5 1,52 0,62 6,49

1,5 39 4,08 0,30 23,5 1,23 0,46 5,22

36

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Tabel 4.6 Data hasil perhitungan kincir angin menggunakan piringan magnet dengan konfigurasi utara – utara

Percobaan

Beban

pengimbang

Putaran

kincir

Kecepatan

sudut

Beban

torsi

Daya

angin

Daya

output

Tip speed

ratio

Koef.

Daya

𝐹 (N) n (rpm) 𝜔 (rad/s) 𝑇 (N.m) 𝑃𝑖𝑛 (watt) 𝑃𝑜𝑢𝑡 (watt) 𝑡𝑠𝑟 𝐶𝑝 (%)

1

0,0 157 16,44 0,00 23,5 0,00 1,83 0,00

0,2 148 15,50 0,04 23,5 0,62 1,72 2,64

0,5 135 14,14 0,10 23,5 1,41 1,57 6,02

0,7 124 12,99 0,14 23,5 1,82 1,44 7,74

1,0 110 11,52 0,20 23,5 2,30 1,28 9,81

1,2 93 9,74 0,24 23,5 2,34 1,08 9,95

1,4 72 7,54 0,28 23,5 2,11 0,84 8,99

1,6 35 3,67 0,32 23,5 1,17 0,41 5,00

2

0,0 162 16,96 0,00 23,5 0,00 1,89 0,00

0,3 143 14,97 0,06 23,5 0,90 1,67 3,83

0,6 132 13,82 0,12 23,5 1,66 1,54 7,06

0,8 122 12,78 0,16 23,5 2,04 1,42 8,71

1,1 105 11,00 0,22 23,5 2,42 1,22 10,30

1,3 80 8,38 0,26 23,5 2,18 0,93 9,28

1,5 56 5,86 0,30 23,5 1,76 0,65 7,49

1,6 38 3,98 0,32 23,5 1,27 0,44 5,42

3

0,0 159 16,65 0,00 23,5 0,00 1,85 0,00

0,3 144 15,08 0,06 23,5 0,90 1,68 3,85

0,6 130 13,61 0,12 23,5 1,63 1,51 6,96

0,9 113 11,83 0,18 23,5 2,13 1,32 9,07

1,2 99 10,37 0,24 23,5 2,49 1,15 10,60

1,4 80 8,38 0,28 23,5 2,35 0,93 9,99

1,5 40 4,19 0,30 23,5 1,26 0,47 5,35

1,7 30 3,14 0,34 23,5 1,07 0,35 4,55

37

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

38

4.4 Grafik hasil perhitungan dan pembahasan

Dari data perhitungan yang telah diperoleh dapat dibuat grafik untuk

melihat hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio dan grafik hubungan

besar torsi dengan rpm dari setiap variasi konfigurasi magnet.

4.4.1 Grafik Kincir Angin Tanpa Menggunakan Magnet

a. Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putaran kincir

Berdasarkan data hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.4 maka

dapat dibuat grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putaran kincir yang

dihasilkan oleh kincir angin tanpa menggunakan magnet, seperti yang ditunjukan

pada Gambar 4.1

Gambar 4.1 Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar kincir tanpa

menggunakan magnet

Dari Gambar 4.1, dapat disimpulkan bahwa semakin besar beban yang diberikan

pada kincir angin maka semakin besar nilai torsi dan semakin besar nilai torsi maka

kecepatan putar kincir angin akan semakin pelan atau dengan kata lain hubungan

antara torsi dengan putaran kincir adalah berbanding terbalik. Pada percobaan ini,

kecepatan angin (𝑣) yang digunakan adalah 4 m/s, dengan kecepatan tersebut dapat

menghasilkan kecepatan putaran kincir maksimal 160 rpm pada saat tanpa

pembebanan dan torsi maksimal adalah 0,32 N.m pada saat kecepatan putaran

kincir 39 rpm.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

Kec

epat

an p

uta

r kin

cir,

n(r

pm

)

Torsi, T (N.m)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

39

b. Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio

Berdasarkan data hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.4 maka

dapat dibuat grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio yang

dihasilkan kincir angin tanpa menggunakan magnet, seperti yang ditunjukan pada

Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio kincir

angin tanpa menggunakan magnet

Dari Gambar 4.2 diperoleh persamaan 𝐶𝑝 = - 13,729tsr2 + 28,225tsr – 4,7701, dari

persamaan tersebut dapat diperoleh nilai koefisien daya maksimum dan tip speed

ratio optimal. Nilai tsr optimal dapat dihitung dengan persamaan berikut

𝐶𝑝 = - 13,729tsr2 + 28,225tsr – 4,7701

𝑑𝐶𝑝

𝑑(tsr) = 0

0 = 2 (-13,729)tsr + 28,225

0 = - 27,458tsr + 28,225

27,458tsr = 28,225

tsr = 28,225

27,458

tsr = 1,028

Dari hasil perhitungan menunjukan nilai tip speed ratio optimal sebesar 1,028.

Adapun nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai tsr yang dimasukkan ke

dalam persamaan sebagai berikut :

𝐶𝑝 = - 13,729tsr2 + 28,225tsr – 4,7701

𝐶𝑝 = - 13,729(1,028)2 + 28,225(1,028) – 4,7701

Cp = -13,729tsr2 + 28,225x - 4,7701

R² = 0,960

0

2

4

6

8

10

12

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

Ko

efis

ien d

aya,

Cp

(%

)

Tip speed ratio, tsr

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

40

𝐶𝑝 = 9,74 %

Dari hasil perhitungan persamaan diatas menunjukan koefisien daya maksimal

(𝐶𝑝𝑚𝑎𝑥) sebesar 9,74 %.

4.4.2 Grafik Kincir Angin Menggunakan Piringan Magnet dengan

Konfigurasi Utara – selatan

a. Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putaran kincir

Berdasarkan data hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.5 maka

dapat dibuat grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putaran kincir yang

dihasilkan kincir angin menggunakan piringan magnet dengan konfigurasi utara -

selatan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.3

Gambar 4.3 Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar kincir dengan

variasi konfigurasi magnet utara-selatan

Dari Gambar 4.3, dapat disimpulkan bahwa semakin besar beban yang diberikan

pada kincir angin maka semakin besar nilai torsi dan semakin besar nilai torsi maka

kecepatan putar kincir angin akan semakin pelan atau dengan kata lain hubungan

antara torsi dengan putaran kincir adalah berbanding terbalik. Pada percobaan ini,

kecepatan angin yang digunakan adalah 4 m/s, dengan kecepatan tersebut dapat

menghasilkan kecepatan putaran kincir maksimal 158 rpm pada saat tanpa

pembebanan dan torsi maksimal adalah 0,3 N.m pada saat kecepatan putaran kincir

39 rpm.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

Kec

epan

puta

r kin

cir,

n(r

pm

)

Torsi, T (N.m)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

41

b. Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio

Berdasarkan data hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.5 maka

dapat dibuat grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio yang

dihasilkan kincir angin menggunakan magnet dengan konfigurasi utara - selatan,

seperti yang ditunjukan pada Gambar 4.4

Gambar 4.4 Grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio kincir

dengan variasi konfigurasi magnet utara – selatan

Dari Gambar 4.4 diperoleh persamaan 𝐶𝑝 = - 13,392tsr2 + 28,398𝑥 – 5,638, dari

persamaan tersebut dapat diperoleh nilai koefisien daya maksimum dan tip speed

ratio optimal. Nilai tsr optimal dapat dihitung dengan persamaan berikut

𝐶𝑝 = - 13,392tsr2 + 28,398𝑥 – 5,638

𝑑𝐶𝑝

𝑑(tsr) = 0

0 = 2 (-13,392)trs + 28,398

0 = - 26,784tsr + 28,398

26,784tsr = 28,398

tsr = 28,398

26,784

tsr = 1,06

Dari hasil perhitungan menunjukan tip speed ratio optimal sebesar 1,06.

Adapun nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai tsr yang dimasukkan ke

dalam persamaan sebagai berikut :

𝐶𝑝 = - 13,392tsr2+ 28,398tsr – 5,638,

Cp = -13,392tsr2 + 28,398x - 5,638

R² = 0,965

0

2

4

6

8

10

12

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

Ko

efis

ien d

aya,

Cp

(%

)

Tip speed ratio, tsr

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

42

𝐶𝑝 = - 13,392(1,06)2 + 28,398(1,06) – 5,638

𝐶𝑝 = 9,42 %

Dari hasil perhitungan persamaan diatas menunjukan koefisien daya maksimal

(𝐶𝑝𝑚𝑎𝑥) sebesar 9,42 %.

4.4.3 Grafik Kincir Angin Menggunakan Piringan Magnet dengan

Konfigurasi Utara – utara

a. Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putaran kincir

Gambar 4.5 Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar kincir dengan

variasi konfigurasi magnet utara-utara

Berdasarkan data hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.6 maka

dapat dibuat grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putaran kincir yang

dihasilkan kincir angin menggunakan piringan magnet dengan konfigurasi utara -

utara, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.5

Dari Gambar 4.5, dapat disimpulkan bahwa semakin besar beban yang

diberikan pada kincir angin maka semakin besar nilai torsi dan semakin besar nilai

torsi maka kecepatan putar kincir angin akan semakin pelan atau dengan kata lain

hubungan antara torsi dengan putaran kincir adalah berbanding terbalik. Pada

percobaan menggunakan magnet, kecepatan angin yang digunakan adalah 4 m/s,

dengan kecepatan tersebut dapat menghasilkan kecepatan putaran kincir maksimal

162 rpm pada saat tanpa pembebanan dan torsi maksimal adalah 0,34 N.m pada saat

kecepatan putaran kincir 30 rpm.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

Kec

epat

an p

utt

ar k

inci

r, n

(rp

m)

Torsi, T (N.m)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

43

b. Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio

Berdasarkan data hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.6 maka

dapat dibuat grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio yang

dihasilkan kincir angina menggunakan piringan magnet dengan konfigurasi utara -

utara, seperti yang ditunjukan pada Gambar 4.6

Gambar 4.6 Grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio kincir

dengan variasi konfigurasi magnet utara – utara

Dari Gambar 4.6 diperoleh persamaan 𝐶𝑝 = -14,588tsr2 + 29,87tsr – 5,0182, dari

persamaan tersebut dapat diperoleh nilai koefisien daya maksimum dan tip speed

ratio optimal. Nilai tsr optimal dapat dihitung dengan persamaan berikut

𝐶𝑝 = -14,588tsr2+ 29,87tsr – 5,0182

𝑑𝐶𝑝

𝑑(tsr) = 0

0 = 2 (-14,588)tsr + 29,87

0 = -29,176tsr + 29,87

29,176tsr = 29,87

tsr = 29,87

29,176

tsr = 1,024

Dari hasil perhitungan menunjukan nilai tip speed ratio optimal sebesar 1,024.

Adapun nilai koefisien daya maksimal didapat dari nilai tsr yang dimasukkan ke

dalam persamaan sebagai berikut :

𝐶𝑝 = - 14,588tsr2+ 29,87tsr – 5,0182

𝐶𝑝 = - 14,588(1,024)2 + 29,87(1,024) – 5,0182

𝐶𝑝 = 10,27 %

Cp = -14,588tsr2 + 29,87x - 5,0182

R² = 0,974

0

2

4

6

8

10

12

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

Ko

efis

ien d

aya,

Cp

(%

)

Tip speed ratio, tsr

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

44

Dari hasil perhitungan persamaan diatas menunjukan koefisien daya maksimal

(𝐶𝑝𝑚𝑎𝑥) sebesar 10,27 %.

4.5 Grafik Perbandingan Tiga Variasi Konfigurasi Magnet

Berikut ini adalah Grafik perbandingan antara ketiga variasi konfigurasi

magnet. Grafik yang diperbandingkan meliputi, hubungan torsi dengan kecepatan

putaran kincir dan hubungan antara koefisien daya (𝐶𝑝) dengan tip speed ratio (tsr).

1. Grafik perbandingan torsi dengan kecepatan putaran kincir

Gambar 4.7 Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar kincir untuk

tiga variasi konfigurasi magnet

Dari data yang sudah diperoleh (Gambar 4.1, 4.3, 4.5) dapat dibandingan

ketiga variasi konfigurasi magnet yang diteliti. Perbandingan torsi dengan

kecepatan putaran kincir dapat dilihat pada Gambar 4.7

Dari Gambar 4.7 dapat dilihat bahwa kincir angin yang menggunakan

piringan magnet dengan konfigurasi magnet utara - utara menghasilkan torsi yang

paling besar diantara dua variasi yang lain, yakni 0,34 N.m pada kecepatan putaran

kincir 30 rpm. Hal ini disebabkan karena adanya gaya dorong dari magnet stator

sehingga kincir angin mampu menerima beban pengimbang yang lebih besar dan

membuat nilai torsi menjadi lebih tinggi dibandingkan dengan variasi lain dan

kincir angin yang menggunakan piringan magnet dengan konfigurasi utara - selatan

menghasilkan torsi yang paling rendah, hal ini disebabkan karena konfigurasi

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

Kec

epat

an p

uta

r kin

cir

,n

(rp

m)

Torsi, T (N.m)

Tanpa magnet

Utara-Selatan

Utara-Utara

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

45

nnnnmagnetmagnet utara-selatan menyebabkan adanya gaya pengereman pada saat

kecepatan putaran kincir yang rendah.

2. Grafik perbandingan koefisien daya dengan tip speed ratio

Dari data yang sudah diperoleh (Gambar 4.2, 4.4, 4.6) dapat dibandingan

ketiga variasi konfigurasi magnet yang diteliti. Perbanding antara kofisien daya dan

tip speed ratio dapat dilihat pada Gambar 4.8

Gambar 4.8 Grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio

untuk tiga variasi konfigurasi magnet

Dari Gambar 4.8 dapat dilihat bahwa kincir angin yang menggunakan

magnet dengan variasi utara - utara mempunyai nilai koefisien daya yang paling

tinggi dengan nilai koefisien daya maksimal 10,27 % pada tip speed ratio optimal

1,024. Dari grafik juga dapat dilihat bahwa saat ketiga variasi memiliki nilai tip

speed ratio yang sama, kincir angin dengan konfigurasi magnet utara-utara mampu

memberikan koefisien daya (𝐶𝑝) yang lebih besar, hal ini disebabkan karena adanya

dorongan magnet sehingga kincir mampu menerima pembebanan yang lebih besar.

0

2

4

6

8

10

12

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00

Ko

efis

ien d

aya,

Cp

(%)

Tip speed ratio, tsr

Tanpamagnet

Utara-Selatan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

47

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian kincir angin model multi-blade dengan variasi konfigurasi

magnet yang telah dilaksanakan, maka dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Telah berhasil dibuat model kincir angin multi-blade berbahan dasar triplek

berlapis aluminium dengan tiga variasi konfigurasi magnet, yakni kincir angin

tanpa menggunakan magnet, kincir angin menggunakan piringan magnet

dengan konfigurasi utara - selatan dan konfigurasi utara - utara.

2. Kincir angin tanpa menggunakan magnet menghasilkan koefisien daya

maksimal sebesar 9,74 % pada tip speed ratio optimal 1,028. Kincir angin

menggunakan magnet dengan konfigurasi utara - selatan menghasilkan

koefisien daya maksimal sebesar 9,42 % pada tip speed ratio optimal 1,06.

Kincir angin menggunakan magnet dengan konfigurasi utara - utara

menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 10,27 % pada tip speed ratio

optimal 1,024.

3. Kincir angin yang menggunakan piringan magnet dengan konfigurasi utara -

utara memiliki unjuk kerja yang paling baik dibandingan variasi yang lain,

kincir ini mampu menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 10,27 % pada

tip speed ratio optimal 1,024.

5.2 Saran

1. Untuk melihat pengaruh penggunaan magnet dengan lebih signifikan, perlu

dilakukan penelitian lebih lanjut dengan memvariasikan ukuran magnet dan

jumlah magnet yang digunakan.

2. Untuk lebih meningkatkan unjuk kerja kincir angin perlu dilakukan penelitian

lebih lanjut tentang variasi bentuk sudu pada model kincir angin multi-blade.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

47

DAFTAR PUSTAKA

Brady., Mike. (2006). Permananent Magnet Machine. (patent), International

Publication Number WO 2006/045333.

Derwanto Yusuf, H. (2013). Kaji Eksperimental Turbin Angin Multiblade Tipe Sudu

Flate Plate Sebagai Penggerak Mula Pompa Air, Tugas Akhir Universitas

Wahid Hasyim, Semarang. Diakses tanggal 16 Januari 2017

Giancoli, D.C. (2001). Fisika Jilid 2. Edisi kelima. (Terjemahan: Dra Yuhilza Hanum,

M.Eng., Ir. Irwan Arifin, M.Eng; Editor: Hilarius Wibi Hardani, S.T., Sylvester

L. Simarta, S.T). Jakarta. Penerbit Erlangga.

International Energy Agency. (2008). World Outlook Energy 2008. Paris. International

Energy Agency.

Martosaputro, S. (2013). Wind Energy Potential and Development in Indonesia,

Seminar Wind Hybrid Power Generation Market Development Initiatives yang

dilaksanankan di Ayodya Resort Bali Hotel, 30 September- 02 Oktober.

Matveev and S.Shcheklein, (2015). Life Cycle Analysis of Low-Speed Multi-Blade

Wind Turbine. International Journal of Renewable Energy. Vol.5, No.4.

Ranalkar, S., Subhedar, N., Sawale, D. (2013): Enhancement of Wind Turbine Using

Magnetic Acceleration Unit, International Journal of Mechanical and

Production Engineering, 1, 17-21.

http://www.greenpeace.org/seasia/id/blog diakses tanggal 12 Maret 2017

www.energy-indonesia.com diakses tanggal 14 Januari 2017

http://www.cuacajateng.com/angindaratdananginlaut.htm diakses 14 April 2016

http://sapakabar.blogspot.co.id/2015/04/angin.htm diakses 14 April 2016

http://bangongo.blogspot.co.id/2015/03/sejarah-kincir-angin.html, diakses 28 Maret

2016

mit.ilearning.me/kincir-angin-pembangkit-listrik/ diakses 14 April 2016

48

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

47

LAMPIRAN

Karakteristik magnet yang ditanam Karakteristik magnet stator

pada piringan magnet

49

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI