perencanaan pembuatan - Perpustakaan Universitas Mercu Buana

PERENCANAAN PEMBUATAN
KINCIR ANGIN MB 12-7 SEBAGAI POMPA AIR
SKRIPSI
Oleh
MUHAMAD IMANUDIN DANA SUTISNA
41305110028
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS MERCU BUANA
JAKARTA
2009
i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
PERENCANAAN PEMBUATAN KINCIR ANGIN MB 12-7
SEBAGAI POMPA AIR
yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana
Teknik pada Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri
Universitas Mercu Buana Jakarta, sejauh yang saya ketahui bukan
merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan
dan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di
lingkungan Universitas Mercu Buana maupun di Perguruan Tinggi lain
atau Instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya
dicantumkan sebagaimana mestinya.
Jakarta, 18 Juli 2009
MUHAMAD IMANUDIN D. S.
41305110028
ii
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul :
PERENCANAAN PEMBUATAN KINCIR ANGIN MB 12-7
SEBAGAI POMPA AIR
dibuat oleh MUHAMAD IMANUDIN DANA SUTISNA dengan Nomor Induk
Mahasiswa 41305110028 guna melengkapi sebagian persyaratan menjadi
Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknologi
Industri Universitas Mercu Buana Jakarta. Skripsi ini telah diujikan pada
sidang ujian skripsi pada tanggal
dan dinyatakan
memenuhi syarat yang sah sebagai skripsi pada Program Studi Teknik
Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana.
Jakarta,
2009
Ir. YURIADI KUSUMA, M.Sc
Pembimbing Skripsi
DR. H. ABDUL HAMID, M.Eng
Ka Prodi Teknik Mesin
NANANG RUHYAT, ST, MT
Koord. Tugas Akhir Teknik Mesin
iii
ABSTRAKSI
Kebutuhan energi di Indonesia khususnya dan di dunia pada
umumnya terus meningkat karena pertambahan penduduk serta
pertumbuhan ekonomi yang menuntut pada peningkatan pola konsumsi
masyarakat. Sedangkan energi fosil yang selama ini merupakan sumber
energi utama, ketersediaaanya sangat terbatas dan terus mengalami
penipisan. Upaya pencarian sumber energi alternatif selain fosil pun
menyemangati para peneliti di berbagai Negara untuk mencari energi lain
yang kita kenal sekarang dengan istilah energi terbarukan. Energi
terbarukan dapat didefinisikan sebagai energi yang secara cepat dapat
diproduksi kembali melalui proses alam. Energi terberukan meliputi energi
angin, air, panas bumi, matahari, biogas, bio mass serta gelombang laut.
Beberapa kelebihan energi terbarukan antara lain memiliki keunggulan
dari sumbernya yang relatif lebih mudah didapat, dapat diperoleh dengan
gratis, minim limbah, tidak mempengaruhi suhu bumi secara global, dan
tidak terpengaruh oleh kenaikan harga bahan bakar.
Terbesit di benak penulis dan rekan-rekan sesama Mahasiswa
Program Studi Teknik Mesin angkatan ke 7, Program Kelas Karyawan
Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana untuk menciptakan
sebuah karya Tugas Akhir secara bersama-sama yang bermanfaat bagi
almamater. Sehingga terpilihlah sebuah tema prototype dari sebuah
windmill yang berfungsi sebagai pompa air. Kincir angin ini dipilih dengan
alasan penerapan konsep green energy pada proyek tugas akhir bersama
ini. Pada akhirnya setiap mahasiswa memiliki tema masing-masing yang
membahas setiap pembahasan pada alat yang diberi nama Kincir Angin
MB 12-7 tersebut.
Pada skripsi yang saat ini berada di tangan para pembaca sekalian,
pembahasan yang diangkat oleh penulis adalah tetang perencanaan
pembuatan Kincir Angin MB 12-7. Yaitu akan dibahas mengenai proses
perencanaan dan pembuatan sebuah prototype kincir angin, mengapa
dipilih kincir angin sebagai pompa air serta cara pembuatan gambar dari
Kincir Angin MB 12-7. Dengan harapan dapat dijadikan inspirasi dan
referensi untuk masa yang akan datang dalam pengembangan konsep
green energy.
Kata Kunci: Perencanaan, Pembuatan, Kincir Angin
v
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
ii
PENGESAHAN
iii
UCAPAN TERIMA KASIH
iv
ABSTRAKSI
v
DAFTAR ISI
vi
DAFTAR GAMBAR
viii
DAFTAR TABEL
ix
DAFTAR SINGKATAN
x
DAFTAR SIMBOL / ISTILAH
xi
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1.
Latar Belakang
1
1.2.
Rumusan dan Batasan Masalah
7
1.3.
Tujuan Penulisan
7
1.4.
Sistematika Penulisan
8
BAB II DASAR TEORI
10
2.1.
Teori Dasar Energi Angin
10
2.2.
Aplikasi Energi Angin untuk Kincir Angin
15
2.3.
Teori Gambar Teknik Dasar
23
vi
BAB III JENIS-JENIS KINCIR ANGIN
31
3.1.
Kincir Angin untuk Pembangkit Listrik
31
3.2.
Kincir Angin untuk Pompa Air
38
BAB IV PERENCANAAN PEMBUATAN KINCIR ANGIN MB 12-7
SEBAGAI POMPA AIR
41
4.1.
Pengambilan Data dan Perhitungan
41
4.2.
Perencanaan Desain Gambar
49
4.3.
Perencanaan Pembuatan
49
4.4.
Pemilihan Tempat
64
BAB V PENUTUP
70
5.1.
Kesimpulan
70
5.2.
Saran
72
DAFTAR PUSTAKA
xiii
LAMPIRAN
xiv
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Energi Mix di Indonesia
2
Gambar 1.2 Energi Mix di Dunia
3
Gambar 2.1 Skema terjadinya angin pasat
11
Gambar 2.2 Deretan kincir angin pembangkit tenaga
12
Gambar 2.3 Laju pertumbuhan energi angin tahunan di dunia
14
Gambar 2.4 Torsi rotor untuk berbagai jenis turbin angin
16
Gambar 2.5 Posisi arah angin efektif untuk kincir angin
18
Gambar 2.6 Berbagai jenis turbin angin
19
Gambar 2.7 Efisiensi rotor dan soliditas rotor
20
Gambar 2.8 Efisiensi rotor untuk berbagai tipe turbin angin
21
Gambar 3.1 Rangkaian Kincir Angin untuk Pembangkit Listrik
32
Gambar 3.2 Kaidah tangan kanan Fleming
33
Gambar 3.3 Contoh rangkaian Bridge Rectifier
36
Gambar 3.4 Contoh Kincir Angin sebagai Pompa Air
39
Gambar 4.1 Perbendaan ekstrim Konstruksi Tower
54
Gambar 4.2 Head’s Constructions (Konstruksi Rangka Atas)
55
Gambar 4.3 Profil Gigi pada Komponen Pengunci
56
Gambar 4.4 Mainshaft Bearing
58
Gambar 4.5 Konstruksi Crank
59
Gambar 4.6 Konstruksi Conecting Rod
61
Gambar 4.7 Konstruksi Cross Head
62
Gambar 4.8 Konstruksi Rotor
63
Gambar 4.9 Konstruksi Pump Rod dan Pump Rod Connection
65
Gambar 4.10 Diagram Alur Kincir Angin MB 12-7
66
Gambar 4.11 Foto Pendirian dan Perakitan Kincir Angin MB 12-7 71
Gambar 4.12 Foto Peresmian Kincir Angin MB 12-7
71
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Cadangan Energi Fosil
3
Tabel 2 Potensi energi terbarukan di Indonesia 2004
5
Tabel 3 Contoh Organisasi Standarisasi Nasional & Internasional
25
Tabel 4 Ukuran Kertas Gambar Standar ISO
26
Tabel 5 Spesifikasi Garis
27
Tabel 6 Ukuran Huruf dan Angka Standar
29
Tabel 7 Perbandingan Huruf dan Angka Tipe A dengan Tipe B
30
Tabel 8 Kecepatan Rata-rata Angin pada Tahun 2008
43
Tabel 8 Jadwal Pelaksanaan Pembuatan Kincir Angin MB 12-7
52
ix
DAFTAR SINGKATAN
ACK
Acknowledgement
AWGN
Additive White Gaussian Noise
BMG
Badan Meteorologi dan Geo-fisika
CAD
Computer Aided Design
CCI
Co-Channel Interference
CIR
Carrier to Interference Ratio
DESDM
Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral
GGL
Gaya Gerak Listrik
GW
Gyga Watt
iid
independent identifically distributed
ISO
International Standard Organization
LOS
Lineof sight
MW
Mega Watt
N
Newton
NACK
Negative Acknowledgemen
pdf
Probability Density Function
PPTAg
Pusat Penelitian Tenaga Angin
rpm
Rotate per Minute
SDM
Sumber Daya Manusia
SNI
Standar Nasional Indonesia
TSR
Tip Speed Ratio
UI
Universitas Indonesia
UGM
Universitas Gajah Mada
WOT
World Organization of Technology
x
DAFTAR SIMBOL / ISTILAH

f
Diameter (mm atau m)
Koefisien gesekan (bilangan Reynold, Re)
G
Percepatan grafitasi (m / s2)
h
tinggi_height (m)
K
Koefisien kerugian
K
Kelvin_derajat kelvin
l
Panjang (m)
L
Panjang keseluruhan (m)
P
Tekanan ( N
pa
Tekanan di atas permukaan cairan, N / m2 (Pa)
Pd , Ps
Tekanan pada permukaan cairan ( N
pv
Tekanan suhu cairan pada saat dipompa, N / m2 (Pa)
Qa
Kapasitas aktual dalam pompa
Ql
Jumlah kebocoran dalam pompa
Re
Bilangan Reynold (tak berdimensi)

Kecepatan aliran cairan (m )
s
V
Kecepatan rata-rata aliran (m / s)

Berat jenis fluida ( N
t
Efisiensi transmisi

Kekentalan mutlak cairan (absolute viscosity, kg.s / m2 )

Rapat massa cairan (

Koefisien kavitasi Thoma (bilangan Thoma)
m2
)
m3
m2
)
)
kg
)
m3
xi
Airfoil—bilah atau sudu yang padat dengan kurvatur tertentu sehingga
memiliki gaya angkat ketika berada dalam udara yang bergerak.
Altitude—Sudut antara horison (bidang horizontal) dan matahari.
Anemometer—sebuah alat untuk mengukur kecepatan angin.
Cut-in speed—kecepatan angin minimum di mana turbin angin akan
memproduksi energi.
Cut-out speed—kecepatan di mana turbin angin akan mengurangi
kekuatannya untuk melindungi dirinya dari kecepatan angin berlebih.
Kebanyakan pada turbin angin kecil hal ini dilakukan dengan cara
memasang ekor sehingga dapat mengelak dari angin.
Drag force—gaya hambat yang terjadi pada benda dalam aliran udara,
gaya ini sejajar dengan arah aliran.
Efficiency—rasio antara daya output dan input, biasanya diungkapkan
dalam persentase.
Hub height—jarak dari tanah ke pusat rotor (hub) dalam turbin angin.
Load matching—proses menyetarakan beban dengan input daya untuk
memaksimalkan transfer daya pada beban. Metoda yang digunakan pada
proses ini berdasarkan pemaksimalan energi elektromekanikal total yang
dikirim pada beban mekanik. Setiap komponen dari sistem masing-masing
harus dioptimalkan terpisah sebelum dirakit, kemudian sistem dirakit
sehingga mempunyai effisiensi yang tinggi secara keseluruhan.
Power curve—kurva daya adalah graph yang menampilkan daya turbin
angin sebagai fungsi dari kecepatan angin.
Solidity—rasio antara lebar sudu total dengan keliling rotor.
Tip-speed ratio—rasio antara kecepatan pada tip sudu dengan
kecepatan angin.
xii
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
LATAR BELAKANG
Kebutuhan energi di Indonesia khususnya dan di dunia pada
umumnya terus meningkat karena pertambahan penduduk, pertumbuhan
ekonomi yang menuntut pada peningkatan pola konsumsi masyarakat.
Sedangkan energi fosil yang selama ini merupakan sumber energi utama,
ketersediaaanya sangat terbatas dan terus mengalami deplesi (depletion:
kehabisan, menipis). Proses alam memerlukan waktu yang sangat lama
untuk dapat kemballi menyediakan energi fosil ini.
FTI – Teknik Mesin
1
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Menurut Blueprint, Pengelolaan Energi Nasional yang dikeluarkan
oleh Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (DESDM) pada tahun
2005, cadangan minyak bumi di Indonesia pada tahun 2004 diperkirakan
akan habis dalam kurun waktu 18 tahun ke depan dengan rasio cadangan
atau produksi pada tahun tersebut. Sedangakan gas diperkirakan akan
habis dalam kurun waktu 61 tahun dan batubara 147 tahun.
Gambar 1.1 Energi Mix di Indonesia
(Sumber : DESDM)
Rasio antara cadangan dan produksi untuk energi fosil di dunia
diperlihatkan juga dalam table tersebut sebagai rujukan. Perkiraan ratio ini
dihitung berdasarkan jumlah penduduk dan pola konsumsi energi pada
saat itu. Apabila memepertimbangkan laju pertambahan penduduk yang
eksponensial dan konsumsi energi yang terus meningkat, tentunya kurun
waktu tersebut dapat diperkirakan akan jauh lebih cepat lagi.
FTI – Teknik Mesin
2
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Gambar 1.2 Energi Mix di Dunia
(Sumber : Simmons, 2005)
Tabel 1 Cadangan Energi Fosil
Jenis Energi Fosil
Minyak Bumi
Gas
Batubara
Cadangan/Produksi
Indonesia
Dunia
18 tahun
40 tahun
61 tahun
60 tahun
147 tahun
200 tahun
(Sumber : DESDM 2004)
Upaya-upaya pencarian sumber energi alternatif selain fosil
menyemangati para peneliti di berbagai Negara untuk mencari energi lain
yang kita kenal sekarang dengan istilah energi terbarukan. Energi
terbarukan dapat didefinisikan sebagai energi yang secara cepat dapat
diproduksi kembali melalui proses alam. Energi terbarukan meliputi energi
FTI – Teknik Mesin
3
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
air, panas bumi, matahari, angin, biogas, bio mass serta gelombang laut.
Beberapa kelebihan energi terbarukan antara lain memiliki keunggulan
dari sumbernya relatif lebih mudah didapat; dapat diperoleh dengan gratis;
minim limbah, tidak mempengaruhi suhu bumi secara global, dan tidak
terpengaruh oleh kenaikan bahan bakar (Jarras, 1980).
Energi terbarukan adalah energi yang dapat diperbaharui dan
apabila dikelola dengan baik, sumber daya itu tidak akan habis.
Pertimbangan konservasi energi dan lingkungan hidup memang menuntut
kita untuk segera dapat memanfaatkan energy terbarukan yang tersedia
dengan mudah dan lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan energi
fosil. Tetapi seperti kita ketahui, khususnya di Indonesia, pemanfaatan
potensi energi terbarukan seperti air, angin, bio masa, panas bumi, surya
dan samudera, sampai saat ini masih belum optimal (lihat Tabel 2).
Misalnya, untuk kasus energi angin, sampai dengan tahun 2004,
kapasitas terpasang dari pemanfaatan tenaga angin hanya mencapai 0.5
MW (Mega Watt) dari 9.29 GW (Giga Watt) potensi yang ada. Hal itu
terutama karena beberapa hal kendala seperti di bawah ini:
1. Sering dianggap belum kompetitif dibandingkan dengan energi
fosil, karena:
a. Kemampuan SDM yang masih rendah
b. Rekayasa dan teknologi pembuatan sebagian komponen
utamanya belum dapat dilakukan di dalam negeri, jadi masih
harus impor
FTI – Teknik Mesin
4
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
c. Iklim investasi belum kondusif. Biaya investasi pembangunan yang tinggi menimbulkan masalah financial pada
penyediaan modal awal.
2. Belum tersedianya data potensi sumberdaya yang lengkap, karena
maih terbatasnya kajian studi yang dilakukan
3. Akses masyarakat terhadap energi masih rendah (DESDM, 2005)
4. Peran pemerintah yang kurang:
a. Belum terlihat adanya sense of urgency
b. Antar lembaga pemerintah kurang sinergis
c. Masih kurang menyediakan insentif-insentif
Tabel 2 Potensi energi terbarukan di Indonesia 2004
Jenis Energi
Air
Panas Bumi
Mini/Mikrohidro
Biomasa
Surya
Angin
Sumber Daya
6
845 x 10 BOE
845 x10 6 BOE
458 MW
49.81 GW
Setara
75.7 GW
27 GW
458 MW
49.8 GW
Kapasitas terpasang
4200 MW
800 MW
84 MW
302.4 MW
8 MW
0.5 MW
4 . 8 kWh / m 2 / hari
9.29 GW
9.3 GW
(Sumber : DESDM 2005)
Ditambah lagi akhir-akhir ini isyu mengenai Global Warming atau
pemanasan
global
yang
semakin
hari
semakin
hangat
untuk
diperbincangkan. Maka dari itu, semakin banyak pula ide yang muncul
untuk mengatasi masalah tersebut, salah satunya adalah dengan cara
peran aktif dalam upaya menjalankan program Green Energy atau Energi
FTI – Teknik Mesin
5
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
yang ramah lingkungan dengan konsep mengedepankan Reduce, Reuse,
Recycle. Yaitu mengurangi penggunaan ulang sampah non organik atau
limbah yang tidak dapat bersatu dengan unsur hara tanah.
Beberapa strategi yang mungkin dapat dilakukan untuk mengatasi
kendala-kendala kekurangan energi yang terbarukan dan energi tak dapat
terbarukan, antara lain:
1. Meningkatkan kegiatan studi penelitian yang berkaitan, dengan:
a. identifikasi
setiap
jenis
potensi
sumber
daya
energi
terbarukan secara lengkap di setiap wilayah
b. upaya perumusan spesifikasi dasar dan standar rekayasa
system konversi energinya yang sesuai dengan kondisi di
Indonesia
c. pembuatan prototype yang sesuai dengan spesifikasi dasar
dan standar rekayasanya
d. pengumpulan pendapat dan tanggapan masyarakat tentang
pemanfaatan energi terbarukan tersebut
2. Memasyarakatkan
mengadakananalisis
pemanfaatan
dan
energi
evaluasi
lebih
terbarukan
mendalam
sekaligus
tentang
kelayakan operasi system di lapangan dengan pembangunan
beberapa proyek percontohan.
3. Memberikan prioritas pembangunan pada daerah yang memiliki
potensi sangat tinggi, baik teknis maupun sosio-ekonominya.
FTI – Teknik Mesin
6
Tugas Akhir
1.2.
Universitas Mercu Buana
RUMUSAN DAN BATASAN MASALAH
Keterbatasan penggunaan energi non-fosil yang sedang terjadi di
Indonesia mendorong penulis untuk mencoba membuat satu prototip
perkakas yang dapat dijadikan solusi untuk memberdayakan energi nonfosil. Dalam hal ini tenaga angin merupakan pilihan yang akan dibahas
oleh penulis. Perkakas yang dibuat adalah pompa air tenaga angin
(Mechanical Wind Pump). Pompa air tenaga angin ini dipilih oleh penulis
karena melihat potensi Indonesia sebagai negara agraris, sehingga perlu
pengoptimalan sistem pertanian. Salah satunya adalah dengan dibuatnya
pompa air tenaga angin ini.
Pompa air tenaga angin yang akan dibuat adalah pompa air tenaga
angin dengan nama Kincir Angin MB12-7 .Dalam perancangan ini penulis
akan membatasi permasalahan pada pembahasan “Perencanaan
Pembuatan Kincir Angin MB 12-7”. Dimana di dalamnya terdapat
paparan perencanaan mengenai pembuatan kincir angin yang berfungsi
sebagai pompa air yang diberi nama Kincir Angin MB 12-7.
1.3.
TUJUAN PENULISAN
Tujuan dari penulisan ini selain dari sebagai salah satu syarat
menempuh gelar sarjana adalah untuk merencanakan pembuatan sebuah
kincir angin dengan pompa air yang berfungsi sebagai alat bantu irigasi
pertanian dengan konsep green energy yang diberi nama Kincir Angin
MB12-7.
FTI – Teknik Mesin
7
Tugas Akhir
1.4.
Universitas Mercu Buana
SISTEMATIKA PENULISAN
Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis menuliskan urutan-
urutan yang disusun menjadi lima bab. Adapun rinciannya adalah sebagai
berikut:
BAB I
PENDAHULUAN
Dalam Bab ini dibahas mengenai latar belakang masalah,
rumusan dan batasan masalah, tujuan penulisan dan
sistematika penulisan.
BAB II
DASAR TEORI
Dalam bab ini dibahas tentang teori dasar energi angin,
aplikasi energi angin dalam perancangan Kincir Angin MB
12-7. Serta teori gambar dasar mesin yang digunakan dalam
pembuatan gambar dasar perancangan yang kemudian
dikembangkan menjadi perencanaan pembuatan Kincir
Angin MB 12-7.
BAB III
JENIS-JENIS KINCIR ANGIN
Dalam bab ini dibahas tentang kajian umum jenis-jenis dari
kincir
angin,
dimana
banyak
jenis
dan
aplikasi
penggunaannya. Diantaranya sebagai pembangkit listrik dan
FTI – Teknik Mesin
8
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
pompa air. Yang pada akhirnya dipilih sebuah kincir angin
dengan pompa yang berfungsi untuk memompa air untuk
kebutuhan irigasi dengan konsep green energy yang diberi
nama Kincir Angin MB 12-7.
BAB IV
PERENCANAAN
DESAIN
KINCIR
ANGIN
MB
12-7
SEBAGAI POMPA AIR
Pembahasan tentang data dan analisa kecepatan angin,
perhitungan daya kincir dan pompa, spesifikasi gambar dan
perencanaan untuk pembuatan Kincir Angin MB12-7 yang
berfungsi sebagai pompa air.
BAB V
PENUTUP
Berisi Kesimpulan dan saran yang ditulis secara sinkron oleh
penulis dari tiap-tiap Bab yang telah dipaparkan. Yaitu
dimana satu kesimpulan diberikan satu saran.
FTI – Teknik Mesin
9
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
BAB II
DASAR TEORI
2.1.
TEORI DASAR ENERGI ANGIN
Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan manusia.
Sebagaimana telah diketahui, pada asalnya angin terjadi karena adanya
perbedaan suhu antara udara panas dan udara dingin. Di daerah
khatulistiwa yang
panas, udaranya menjadi panas, mengembang dan
menjadi ringan, naik ke atas dan bergerak ke daerah yang lebih dingin
misalnya daerah kutub. Sebaliknya di daerah kutub yang dingin, udaranya
menjadi dingin dan turun menjadi ke bawah. Dengan demikian terjadinya
FTI – Teknik Mesin
10
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
suatu perputaran udara, berupa perpindahan udara dari kutub utara
kegaris khatulistiwa menyusuri permukaan bumi, dan sebaliknya suatu
perpindahan udara garis khatulistiwa kembali kekutub utara, melalui
lapisan udara yang lebih tinggi. Perpindahan udara ini sering dikenal
dengan nama angin pasat. Pada dasarnya mempunyai prinsip yang sama
yaitu bahwa angin terjadi karena adanya perbedaan suhu udara
dibeberapa tempat dipermukaan bumi.
Gambar 2.1 Skema terjadinya angin pasat
(Sumber : Balai - PPTAGG-UPT UGM Yogyakarta, April 2005)
Gambar 2.1 melukiskan terjadinya angin pasat secara skematik.
Angin berjalan dari daerah katulistiwa naik ke atas menuju kutub, dari
kutub angin turun kebawah menuju daerah katulistiwa dan seterusnya.
FTI – Teknik Mesin
11
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Jadi pada prinsipnya angin terjadi karena adanya perbedaan suhu udara
di beberapa tempat di permukaan bumi.
Eksploitasi terhadap angin memang sudah dilakukan sejak dahulu.
Perahu-perahu layar menggunakan energi angin untuk melewati perairan
dan lautan. Pada saat itu pasukan Viking yang dikenal atau ditakuti sekian
ratus tahun yang lalu mempergunakan kapal-kapal layar kecil untuk
menelusuri pantai-pantai Eropa dari Skandinavia. Cristhoper Colombus
masih memakai kapal layar besar diabad ke – 15 untuk menemukan
benua Amerika.
Gambar 2.2 Deretan kincir angin pembangkit tenaga
(Sumber : www.deutchland.com)
Ditemukan kincir angin telah digunakan untuk menggiling tepung
yaitu didaerah Persia pada abad ke – 7. Walaupun bentuk kincir-kincir
angin ini berlainan dengan kincir-kincir angin Eropa, kincir-kincir angin
FTI – Teknik Mesin
12
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Persia ini merupakan asal muasal kipas angin Eropa. Kincir angin di
Negara Belanda yang dipakai untuk menggerakan pompa irigrasi dan
untuk menggiling tepung hingga sampai saat ini masih tetap tersohor,
walaupun pada saat ini hanya bisa berfungsi sebagai objek wisata. Akan
tetapi, dalam rangka mencari bentuk-bentuk sumber energi yang bersih
dan terbaru oleh zaman, dan kembali energi angin mendapat perhatian
yang besar.
Pemanfaatan energi angin dapat dilakukan di daerah landai
maupun dataran tinggi, bahkan dapat di terapkan di laut. Selain dapat
mengurangi ketergantungan terhadap energi fosil, penggunaan energi
angin diharapkan
dapat meningkatkan efektifitas dan efisiensi sistem
pertanian, yaitu akan meningkatkan produktifitas masyarakat pertanian.
Didalam pemanfaatan energi angin ini diperlukan identifikasi pada
daerah-daerah berpotensi tinggi agar pemanfaatan energi angin ini lebih
kompetitif dibandingkan dengan energi alternatif lainnya. Angin selama ini
dipandang sebagai proses alam biasa yang kurang memiliki nilai
ekonomis bagi kegiatan produktif masyarakat.Secara umum, pemanfaatan
tenaga angin di Indonesia memang kurang mendapat perhatian. Sampai
tahun 2004, kapasitas terpasang dari pemanfaatan tenaga angin hanya
mencapai 0.5 MW dari 9.29 GW potensi yang ada ( DESDM, 2005 ).
FTI – Teknik Mesin
13
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Gambar 2.3 Laju pertumbuhan energi angin tahunan di dunia
(Sumber : BTM Consult ApS, Maret 2005)
Untuk mendukung program diversifikasi energi dan Kebijakan
Energi Hijau Nasional (Pengembangan Energi Terbarukan dan Konservasi
Energi), sudah semestinya kajian-kajian pengembangan sumber-sumber
energi alternative-khususnya energi terbarukan lebih ditingkatkan untuk
berbagai kepentingan. Studi potensi pemanfaatan tenaga angin ini
merupakan
satu
tahapan
penting
dalam
pengembangan
dan
pemasyarakatan penggunaan energi terbarukan untuk berbagai kegiatan
produktif masyarakat di daerah-daerah di wilayah Indonesia.
FTI – Teknik Mesin
14
Tugas Akhir
2.2.
Universitas Mercu Buana
APLIKASI ENERGI ANGIN UNTUK KINCIR ANGIN
Dalam perencanaan kincir angin, adalah penting untuk menjaga
agar perbandinagn daya dan berat sekecil mungkin. Ini mengurangi
tegangan yang diakibatkan daya setrifugal sudu. Secara teoritis jumlah
daya yang biasa diserap oleh kincir dari kincir angin adalah 59% untuk
turbin dengan cerobong dan untuk turbin terbuka kira-kira 50 – 57%, ini
karena adanya kebocoran dan efek lain-lain.
2.2.1. Turbin Angin
Setiap jenis turbin angin memiliki ukuran dan efisiensi yang
berbeda.
Pada umumnya turbin angin yang mempunyai jumlah sudu
banyak (soliditas tinggi) akan mempunyai torsi yang besar. Turbin angin
jenis ini banyak digunakan untuk keperluan mekanikal seperti pemompaan
air, pengolahan hasil pertanian dan aerasi tambak. Sedangkan turbin
angin dengan jumlah sudu sedikit, misalnya dua atau tiga, digunakan
untuk keperluan pembangkitan listrik.
Turbin angin jenis jumlah sudu sedikit, misalnya dua atau tiga ini
mempunyai torsi rendah tetapi putaran rotor yang tinggi. Gambar 2.6
memperlihatkan korelasi antara efisiensi (, TSR = Tip Speed Ratio)
dengan torsi (CQ). Gambar ini menjelaskan bahwa rotor dengan jumlah
sudu banyak akan mempunyai torsi yang besar tetapi efisiensi tidak terlalu
tinggi atau sebaliknya.
Jika dikaitkan dengan sumber daya angin, turbin angin dengan
jumlah sudu banyak lebih cocok digunakan pada daerah dengan potensi
FTI – Teknik Mesin
15
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
energi angin yang rendah karena rated wind speed-nya tercapai pada
putaran rotor dan kecepatan angin yang tidak terlalu tinggi. Sedangkan
turbin angin dengan sudu sedikit (untuk pembangkitan listrik) tidak akan
beroperasi secara effisien pada daerah dengan kecepatan angin rata-rata
kurang dari 4 m/s.
Dengan demikian daerah-daerah dengan potensi energi angin
rendah, yaitu kecepatan angin rata-rata kurang dari 4 m/s, lebih cocok
untuk dikembangkan turbin angin keperluan mekanikal. Jenis turbin angin
yang cocok untuk keperluan ini antara lain american tipe multi blade,
cretan sail dan savonius.
Gambar 2.4 Torsi rotor untuk berbagai jenis turbin angin
(Sumber : Balai - PPTAGG-UPT UGM Yogyakarta, April 2005)
FTI – Teknik Mesin
16
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
2.2.2. Jenis Turbin Angin
Berdasarkan arah sumbu, turbin angin dibagi menjadi dua
kelompok utama yaitu : Turbin angin vertikal dan Turbin angin Horizontal.
Adapun penjelasan dari tiap-tiap jenis turbin angin tersebut adalah
sebagai berikut.
2.2.2.1.
Turbin Angin Vertikal
Turbin angin dengan sumbu vertikal bekerja dengan prinsip yang
sama seperti halnya kelompok horizontal. Yaitu bekerja memutar baik
searah jarum jam maupun berlawanan arah jarum jam. Namun, sudunya
berputar dalam bidang yang paralel dengan tanah, seperti pada mixer
kocokan telur.
2.2.2.2.
Turbin Angin Horizontal
Turbin angin dengan sumbu horizontal mempunyai sudu yang
berputar dalam bidang vertikal seperti halnya propeler pesawat terbang.
(Gambar 2.6) memperlihatkan berbagai jenis turbin angin horizontal.
Turbin angin biasanya mempunyai sudu dengan bentuk irisan
melintang khusus di mana aliran udara pada salah satu sisinya dapat
bergerak lebih cepat dari aliran udara di sisi yang lain ketika angin
melewatinya.
Fenomena ini menimbulkan daerah tekanan rendah pada belakang
sudu dan daerah tekanan tinggi di depan sudu. Perbedaan tekanan ini
membentuk gaya yang menyebabkan sudu berputar.
FTI – Teknik Mesin
17
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Gambar 2.5 Posisi arah angin efektif untuk kincir angin
(Sumber : Ads by goggle silicon chip online, 2004)
Turbin angin biasanya mempunyai sudu dengan bentuk irisan
melintang khusus dimana aliran udara pada salah satu sisinya dapat
bergerak lebih cepat dari aliran udara di sisi yang lain ketika angin
melewatinya. Perputaran sudu dari turbin tersebut pada umumnya
bergerah searah dengan poros dan tertopang oleh sudu-sudu dari turbin
angin itu sendiri.
Fenomena ini menimbulkan daerah tekanan rendah pada belakang
sudu dan daerah tekanan tinggi di depan sudu. Perbedaan tekanan ini
membentuk gaya yang menyebabkan sudu berputar. Berputar bergerak
ke kiri atau ke kanan sesuai dengan bentuk tahanan gaya dari sudu-sudu
turbin angin.
FTI – Teknik Mesin
18
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Gambar 2.6 Berbagai jenis turbin angin
(Sumber : www.energy.iastate.edu)
FTI – Teknik Mesin
19
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
2.2.3. Efisiensi Rotor
Efisiensi rotor ditentukan oleh jenis turbin angin dan kesempurnaan
teknologi aerodinamik yang digunakan. Rotor dengan soliditas tinggi
mempunyai efisiensi yang lebih kecil dibandingkan dengan rotor yang
mempunyai soliditas rendah.
Gambar 2.7 Efisiensi rotor dan soliditas rotor
(Sumber : Balai PPTAGG-UPT-UGM Yogyakarta, April 2005)
Gambar 2.7 menunjukkan efisiensi rotor berbagai jenis turbin angin.
Di sini terlihat bahwa turbin angin kelompok sumbu horizontal pada
FTI – Teknik Mesin
20
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
umumnya memiliki efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan turbin
angin sumbu vertikal. Dari gambar ini juga terlihat bahwa pada umumnya
turbin angin dengan soliditas tinggi mempunyai torsi yang besar, efisiensi
rendah serta rated wind speed yang tidak terlalu tinggi. Sehingga terlihat
jelas di sini bahwa di daerah-daerah berpotensi energi angin rendah cocok
diterapkan teknologi turbin angin multi blade yang dapat digunakan untuk
keperluan-keperluan mekanikal, seperti pemompaan air.
Gambar 2.8 Efisiensi rotor untuk berbagai tipe turbin angin
(Sumber : Balai PPTAGG-UPT-UGM Yogyakarta, April 2005)
FTI – Teknik Mesin
21
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Diameter rotor ditentukan berdasarkan pemenuhan kebutuhan
energi oleh energi angina yang tersedia, baik itu untuk kegunaan
mekanikal maupun elektrikal, dengan mempertimbangkan efisiensi rotor
dan juga efisiensi sistem mekanik. Perkiraan diameter rotor ini tidak terlalu
eksak. Kompromi dapat dilakukan dalam rangka optimisasi dengan
kekuatan struktur sudu dan juga biaya pembuatan.
Dengan efisiensi rotor dan kondisi angin yang sama, semakin besar
diameter rotor semakin besar pula energi angin yang dapat diekstrak.
Oleh karena itu ukuran rotor menggambarkan berapa besar kapasitas
suatu sistem konversi energi angin.
2.2.4. Efisiensi Aerodinamik
Yang tak kalah penting dari suatu perancangan sebuah kincir angin
adalah Rancangan Aerodinamik. Rancangan aerodinamik yang sangat
baik akan meningkatkan efisiensi sudu dan efisiensi rotor. Hal yang harus
diperhatikan di sini adalah bahwa optimisasi antara biaya perancangan
aerodinamik dengan peningkatan daya yang dihasilkan harus cukup
rasional. Perhitungan efisiensi rotor kadang kala membutuhkan komputasi
dengan biaya tinggi dan waktu yang lama. Hal ini tentu tidak perlu
dilakukan jika peningkatan efisiensinya tidak sebanding.
Sudu yang dirancang dengan pertimbangan aerodinamik yang
sangat baik biasanya menghasilkan geometri sudu yang kompleks.
Bentuk geometri yang kompleks tentu akan mempertinggi tingkat kesulitan
dan juga biaya pembuatan. Dengan demikian pertimbangan aerodinamik
FTI – Teknik Mesin
22
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
yang tepat diharapkan dapat memberikan rekomendasi bentuk sudu dan
rotor yang tepat yang memiliki efisiensi cukup untuk suatu kegunaan
tertentu (baik mekanikal maupun elektrikal), sehingga tidak menghabiskan
biaya tinggi untuk desain dan pembuatan.
Secara teknis rancangan aerodinamik yang baik akan memberikan
keluaran berupa distribusi sudut pasang dan distribusi panjang chord sudu
yang tepat. Perancangan aerodinamik lebih lanjut akan menyarankan
modifikasi airfoil (bentuk irisan melintang sudu) menjadi bentuk yang tidak
konvensional. Bahkan pada tahap desain lanjut dapat juga diciptakan
bentuk-bentuk airfoil baru yang tidak sama distribusinya dari pangkal
hingga ke ujung sudu.
Secara ideal bentuk airfoil sudu harus mempunyai efisiensi
aerodinamik yang paling tinggi. Tetapi pembuatannya secara teknis cukup
sulit dan membutuhkan biaya yang tinggi. Untuk penerapan yang praktis
ekonomis, biasanya dipilih rancangan aerodinamik yang optimal.
2.3.
TEORI GAMBAR TEKNIK DASAR
Gambar merupakan sarana komunikasi yang penting dalam dunia
teknik, terutama teknik mesin. Memahami suatu gambar tidak lepas dari
bagaimana cara gambar tersebut dibuat. Saling keterkaitan informasi
atara pembuat gambar, pembaca gambar, dan pembuat produk yang ada
dalam gambar sangatlah dibutuhkan. Oleh karena itu dibutuhkan suatu
FTI – Teknik Mesin
23
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
pemahaman atau persepsi yang sama antara drafter dengan orang
lapangan.
Saat ini ada ratusan lebih organisasi penyetandar penyelaras.
Masing-masing negara memiliki setidaknya satu organisasi standar untuk
dipakai sebagai referensi standar dalam pembuatan ataupun perancangan
dari sebuah produk. Di Indonesia sendiri memiliki SNI (Standar Nasional
Indonesia) yang berfungsi sebagai penyetandar kualitas dari suatu produk
yang akan dikonsumsi oleh konsumen dalam negeri. Namun sayangnya
SNI itu sendiri masih mengacu pada organisasi standar-organisasi standar
asing seperti ISO, JISC, AFNOR, DIN, BSI, BIS, CEN, SCC, ASME/ACME
dan lain-lain. Untuk masa yang akan datang diharapkan Indonesia mampu
berdiri sendiri dengan SNI-nya sehingga dapat menjadi pioneer bagi
negara-negara lain, seperti yang terjadi pada organisasi standarisasi milik
negara Jepang contohnya sering digunakan oleh negara-negara lain
selain Jepang. SNI diharapkan paling tidak diakui dan dihargai oleh
negara-negara tetangga yang berada di kawasan Asia Tenggara.
Adapun untuk gambar teknik itu sendiri, pada umumnya para
desainer ataupun para drafter di Indonesia mengacu pada standar
internasional dan negara-negara asing seperti misalnya ISO, JISC,
AFNOR, DIN, BSI, BIS, CEN, SCC, ASME dan lain-lain. Namun pada
dunia pendidikan lebih ditekankan pada pengenalan standar Internasional
yaitu ISO (International Standard Organization).
FTI – Teknik Mesin
24
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Tabel 3 Contoh Organisasi Standarisasi Nasional dan Internasional
Negara
Organisasi
Standarisasi
ANSI/ASME
USA
SCC
Canada
AFNOR
France
JISC
Japan
DIN
Germany
BSI
United Kingdom
BIS
India
SNI
Indonesia
CEN
Europe
ISO
Worldwide
(Sumber: Piping System, Teguh, Ir.,Msi, 2008)
2.3.1. Kertas Gambar
Seperti yang sudah disepakati bersama, bahwa kita akan
membahas salah satu standar yang akan dipakai untuk menggambar
Gambar Dasar Perancangan Kincir Angin MB 12-7, yaitu standar
internasional ISO (International Standard Organization).
Seiring dengan kemajuan teknologi dan ilmu pendidikan, yang pada
mulanya merancang atau mendesain suatu gambar yang hampir pada
umumnya menggunakan tangan atau yang dikenal dengan metode
handwriting. Pada saat ini, kita sudah tidak perlu lagi repot-repot
mendesain dan menggambar menggunakan manual tangan. Kini sudah
dapat dengan mudah menggunakan tools atau software pada komputer.
Yang sering dikenal pada dunia teknik, khususnya teknik mesin adalah
AutoCAD, AutoCAD Mechanical, Mechanical Desktop, DWG editor dan
lain-lain. Dengan adanya teknologi tersebut maka kita dipermudah untuk
FTI – Teknik Mesin
25
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
dapat mendesain dan menggambar menggunakan bantuan komputer
sehingga
menghasilkan
gambar
yang
berkualitas
dengan
tingkat
kepresisian yang tinggi. Desain ataupun gambar itu sendiri dapat
dilakukan dalam ruang lingkup dua dimensi ataupun tiga dimensi yang
keduanya dapat dengan mudah diakses menggunakan software tersebut
di atas.
Tabel 4 Ukuran Kertas Gambar Standar ISO
Ukuran
Kertas
A0
A1
A2
A3
A4
A5
Jarak Garis
Jarak Garis
Tepi Terbesar Tepi Terkecil
(mm)
(mm)
841
1189
30
20
594
841
30
15
420
594
25
10
297
420
20
10
210
297
15
5
148
210
15
5
(Sumber: Gambar Teknik Dasar, Daniel, Ir., MM., 1998)
Lebar
(mm)
Panjang
(mm)
Dalam menggambar menggunakan standar ISO, dikenal media
gambar berupa kertas. Baik itu jenis HVS, Kalkir ataupun yang lainnya
dengan ukuran-ukuran tertentu sesuai dengan kaidah standar ISO.
Adapun ukuran dari kertas-kertas standar ISO dapat dilihat pada tabel 4.
2.3.2. Garis
Secara garis besar, garis dalam suatu gambar teknik khususnya
gambar teknik mesin, dibagi menjadi dua yaitu garis tebal dan garis tipis.
Pada umumnya penggunaan garis tebal dan garis tipis dapat digunakan
perbandingan antara keduanya yaitu 1 : 0,5.
Tabel 5 Spesifikasi Garis
FTI – Teknik Mesin
26
Tugas Akhir
No.
1
2
3
4
5
6
7
Nama Garis
Garis Tebal
Universitas Mercu Buana
Gambar
Ketebalan
(mm)





Garis tepi gambar
Garis nyata (terlihat)
Huruf dan Angka
Garis Tipis
0,1 ~ 0,4
Garis khayal
Garis bantu penunjukan ukuran
 Garis ukuran
 Garis arsir
 Garis nyata pada
potongan yang diputar di tempat
 Garis penunjuk
 Garis sumbu pendek
Garis Tipis Bebas
0,1 ~ 0,4
 Garis bilangan garis
pada potongan lokal
 Garis penggambaran gambar yang diperpendek
Garis Gores Sdg
0,3 ~ 0,5
 Garis untuk menun/ Garis Putusjukan besar pandaputus
ngan
yang
Sedang
terhalangi
oleh
suatu bidang
Garis Bertitik
0,5 ~ 0,8
 Garis pada gambar
Tebal
yang
menunjukan
permukaan
akan
mendapatkan
pengerjaan lanjutan
Garis Strip Titik
0,1 ~ 0,3
 Garis yang menunTipis
jukan garis sumbu
 Garis yang menunjukan benda yang
simetris
Garis Strip Titik
0,1/0,5
~  Garis yang menunUjung Tebal
0,4/1,0
jukan simbol letak
pemotongan
 Garis penampang
(Sumber: Gambar Teknik Dasar, Daniel, Ir., MM., 1998)
FTI – Teknik Mesin
0,5 ~ 1,0
Aplikasi Penggunaan
27
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Secara garis besar, garis dalam suatu gambar teknik khususnya
gambar teknik mesin, dibagi menjadi dua yaitu garis tebal dan garis tipis.
Pada umumnya penggunaan garis tebal dan garis tipis dapat digunakan
perbandingan antara keduanya yaitu 1 : 0,5.
Garis adalah suatu objek gambar yang berupa kumpulan titik-tikik
yang dibentuk menjadi sebuah kurva baik itu berupa garis lurus maupun
garis lengkung. Dalam proses pembuatan gambar terutama sebuah
gambar teknik diperlukan adanya garis-garis untuk memberikan informasi
yang memadai kepada para pembaca gambar (Ir. Daniel, MM.; 1998).
Adapun jenis-jenis garis dalam gambar teknik dasar maupun
gambar teknik mesin dibagi menjadi empat pokok utama, yaitu: Garis
Nyata, Garis Gores, Garis Bergores, dan Garis Bergores Ganda. Dengan
rincian seperti pada tabel 5.
2.3.3. Huruf dan Angka
Huruf dan angka dalam suatu gambar tidak dapat terlepas begitu
saja. Ada kaidah-kadiah tertentu sesuai dengan standar apa yang
digunakan dalam pembuatan gambar itu sendiri. Untuk huruf dan angka di
dalam standar ISO itu sendiri dibedakan menjadi dua, yaitu huruf dan
angka tegak dan huruf dan angka miring. Dan juga dibagi lagi menjadi tipe
A dan tipe B.
FTI – Teknik Mesin
28
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Tabel 6 Ukuran Huruf dan Angka Standar
Perbandingan
Sifat
Tipe A
Tinggi huruf atau angka
Tipe B
h
h
Tinggi huruf kecil
10/14 h
7/10 h
Jarak antara huruf
2/14 h
2/10 h
Jarak antara garis
20/14 h
14/10 h
Jarak antara kata
6/14 h
6/10 h
Tebal huruf
1/14 h
1/10 h
(Sumber: Gambar Teknik Dasar, Daniel, Ir., MM., 1998)
Perbandingan lebar dan tinggi huruf adalah salah satu yang dapat
membedakan dari tipe A ataupun tipe B. Perbandingan lebar dan tinggi
huruf diambil dari perbandingan ukuran kertas gambar yaitu 2:1. Seperti
yang dijelaskan pada tabel 6 tersebut di atas. Mengenai perbedaan tipe A
dengan tipe B dapat dilihat pada tabel 7 berikut.
FTI – Teknik Mesin
29
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Tabel 7 Perbandingan Huruf dan Angka Tipe A dengan Tipe B
TIPE A
Sifat
Tinggi huruf atau angka
Tinggi huruf kecil
Jarak antara huruf
Jarak antara garis
Jarak antara kata
Tebal huruf
Perbandingan
Ukuran (mm)
h
2,5
3,5
5
10/14 h
2,5
3,5
2/14 h 0,35
0,5
0,1
20/14 h
3,5
5
7
6/14 h 1,05
1,5
2,1
1/14 h 0,18 0,25 0,35
7
5
1
10
3
0,5
10
7
1,4
14
4,2
0,7
14
10
2
20
6
1
20
14
2,8
28
8,4
1,4
TIPE B
Sifat
Perbandingan
Ukuran (mm)
Tinggi huruf atau angka
h
2,5
3,5
5
7
Tinggi huruf kecil
7/10 h
2,5 3,5
5
Jarak antara huruf
2/10 h
0,5
0,7
1 1,4
Jarak antara garis
14/10 h
3,5
5
7 10
Jarak antara kata
6/10 h
1,5
2,1
3 4,2
Tebal huruf
1/10 h 0,25 0,35 0,5 0,7
(Sumber: Gambar Teknik Dasar, Daniel, Ir., MM., 1998)
FTI – Teknik Mesin
10
7
2
14
6
1
14
10
2,8
20
8,4
1,4
20
14
28
1,2
12
2
30
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
BAB III
JENIS-JENIS KINCIR ANGIN
3.1.
KINCIR ANGIN UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK
Kincir angin untuk pembangkit listrik adalah alat bantu yang
digunakan untuk menggerakkan generator dan membangkitkan tenaga
listrik dengan memanfaatkan energi angin sebagai penggerak poros kincir
dengan bantuan sudu rotor atau blade. Kincir angin terdahulu banyak
dibangun di Denmark, Belanda dan negara-negara Eropa lainnya dan
lebih dikenal dengan Windmill. Kincir angin dalam sistem ini berfungsi
sebagai penggerak mula dari generator.
FTI – Teknik Mesin
31
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Gambar 3.1 Rangkaian Kincir Angin untuk Pembangkit Listrik
(Sumber : Energi Angin, Kadir A., UI-Pres. 243257-1987)
Komponen-komponen pendukung selain kincir angin dengan sudu
tertentu dalam sebuah perancangan kincir angin sebagai pembangkit
listrik diantaranya adalah Generator, Battery charger, Bridge Rectifier,
AVR dan Accumulator.
3.1.1. Generator
Generator merupakan sumber utama energi listrik yang banyak
dipakai pada masa sekarang ini dan merupakan komponen converter
terbesar di dunia yang dikenal dengan dua jenis generator yaitu generator
AC dan generator DC. Pada prinsipnya tegangan arus yang dihasilkan
oleh
generator
menghasilkan
bersifat
tegangan
bolak-balik,
searah
sedangkan
karena
telah
generator
mengalami
yang
proses
penyearahan arus.
Generator adalah suatu mesin yang menggunakan magnet untuk
mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Prinsip generator secara
sederhana dapat dikatakan bahwa tegangan diinduksikan pada konduktor
apabila konduktor tersebut bergerak pada medan magnet sehingga
FTI – Teknik Mesin
32
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
memotong garis-garis gaya. Hukum tangan kanan Fleming berlaku pada
generator dimana menyebutkan bahwa terdapat hubungan antara
penghantar bergerak, arah medan magnet dan arah resultan dari aliran
arus yang terinduksi. Apabila ibu jari menunjukkan arah gerakan
penghantar, telunjuk menunjukkan arah fluks, jari tengah menunjukkan
arah aliran elektron yang terinduksi.
motion or force F
Gambar 3.2 Kaidah tangan kanan Fleming
(Sumber : Balai - PPTAGG-UPT UGM Yogyakarta, April 2005)
Hukum ini juga berlaku apabila magnet sebagai pengganti
penghantar yang digerakkan. Jumlah tegangan yang diinduksikan pada
penghantar saat penghantar bergerak pada medan magnet tergantung
pada :
FTI – Teknik Mesin
33
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
1. Kekuatan medan magnet, makin kuat medan magnet makin
besar tegangan yang diinduksikan.
2. Kecepatan penghantar dalam memotong fluks, makin cepat
maka semakin besar tegangan yang diinduksikan.
3. Sudut perpotongan, pada sudut 90 derajat tegangan induksi
maksimum dan tegangan kurang bila kurang dari 90 derajat.
4. Panjang penghantar pada medan magnet.
Terdapat dua jenis konstruksi dari generator (AC), jenis medan
magnet diam dan medan magnet dibuat berputar. Pada medan magnet
diam secara umum kapasitas ampere relatif kecil dan ukuran tegangan
kerja rendah, jenis ini mirip dengan generator DC kecuali terdapat slips
ring sebagai alat untuk pengganti komutator. Sedangkan pada generator
jenis
medan
magnet
berputar
dapat
menyederhanakan
masalah
pengisolasian tegangan yang dibangkitkan secara umum sebesar 18.000
volt sampai 24.000 volt, generator medan berputar mempunyai jangkar
diam yang disebut stator. Siklus tegangan yang dibangkitkan tergantung
pada jumlah kutub yang digunakan pada magnet, pada generator yang
menggunakan dua kutub dapat membangkitkan satu siklus tegangan
sedangkan pada generator dengan empat kutub dapat menghasilkan dua
siklus tegangan. Sehingga terdapat perbedaan antara derajat mekanis
dan derajat listrik. Derajat mekanis adalah apabila kumparan atau
penghantar jangkar berputar satu kali penuh atau 360 derajat mekanis
FTI – Teknik Mesin
34
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
sedangkan derajat listrik adalah jika GGL atau arus bolak-balik melewati
satu siklus berarti telah melewati 360 derajat waktu.
3.1.2. Battery Charger
Pengertian dari battery charger adalah suatu alat yang berfungsi
untuk mengisi battery dengan arus konstan hingga mencapai tegangan
yang ditentukan. Bila level tegangan yang ditentukan itu telah tercapai,
maka arus pengisian akan turun secara otomatis ke level aman tepatnya
yang telah ditentukan dan menahan arus pengisian hingga menjadi lebih
lambat sehingga indikator menyala menandakan battery telah terisi penuh.
3.1.3. Bridge Rectifier
Untuk mengantisipasi adanya tegangan bolak-balik dari output
tegangan generator maka perlu diberikan suatu penyearah tegangan.
Pada umumnya, penyearah arus dan penyetabil tegangan atau yang
biasa kita kenal dengan sebutan AVR itu menggunakan rangkaian bridge
rectifier. Jika generator yang kita gunakan merupakan genererator AC
(Alternator) maka harus menggunakan suatu rangkaian penyearah
sebelum masuk ke rangkaian kontrol battery charger. Namun, meskipun
menggunakan generator DC penggunaan rangkaian rectifier dapat
diimplementasikan untuk mengantisipasi tegangan bolak-balik seperti
yang telah disebutkan diawal. Contoh dari rangkaian bridge rectifier dalam
sebuah rancangan Kincir angin untuk pembangkit listrik ini dapat dilihat
pada gambar 3.3 berikut ini:
FTI – Teknik Mesin
35
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Gambar 3.3 Contoh rangkaian Bridge Rectifier
(Sumber : NITTETSU ELEX CO. LTD., Cycle Tester Accumulator Charge
and Discharge Test System, Japan.)
3.1.4. Accumulator
Accumulator atau sering disebut accu (=aki) adalah alat penyimpan
arus listirk dan juga merupakan salah satu komponen utama dalam
kendaraan bermotor, baik mobil atau motor. Hampir semua kendaraan
bermotor memerlukan aki untuk dapat menghidupkan mesin kendaraan
pada saat awal menghidupkan mesin (mencatu arus pada dinamo stater
motor kendaraan). Aki mampu mengubah tenaga kimia menjadi energi
listrik.
FTI – Teknik Mesin
36
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Dikenal dua jenis elemen yang merupakan sumber arus searah
(DC) dari proses kimiaiwi, yaitu elemen primer dan elemen sekunder.
Elemen primer terdiri dari elemen basah dan elemen kering. Reaksi kimia
pada elemen primer menyebabkan elektron mengalir dari elektroda negatif
(katoda) ke elektroda positif (anoda) tidak dapat dibalik arahnya. Maka jika
muatannya habis, maka elemen primer tidak dapat dimuati kembali dan
memerlukan penggantian bahan pereaksi (elemen kering). Sehingga
dilihat dari sisi ekonomis elemen primer dapat dikatakan cukup boros,
contoh elemen primer adalah batu baterai (dry cells).
Elemen sekunder dalam pemakaiannya harus diberi muatan
terlebih dahulu sebelum digunakan, yaitu dengan cara mengalirkan arus
listrik (secara umum dikenal dengan istilah 'di-charge'). Akan tetapi, tidak
seperti elemen primer, elemen sekunder dapat dimuati kembali berulang
kali. Elemen sekunder ini lebih dikenal dengan aki. Dalam sebuah aki
berlangsung proses elektrokimia yang reversibel (bolak-balik) dengan
efisiensi yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia
reversibel yaitu di dalam aki saat dipakai berlangsung proses pengubahan
kimia menjadi tenaga listrik (discharging). Sedangkan saat diisi atau
dimuati, terjadi proses tenaga listrik menjadi tenaga kimia (charging).
FTI – Teknik Mesin
37
Tugas Akhir
3.2.
Universitas Mercu Buana
KINCIR ANGIN UNTUK POMPA AIR
Kincir Angin untuk pompa air biasa seing dijumpai di daerah-daerah
tertanian yang memiliki energi angin berkecepatan antara 2m/detik sampai
dengan 6m/detik. Serta memiliki sumber air seperti danau atau sumur
unuk kepentingan irigasi. Pompa air tenaga angin mekanik biasanya
menggunakan kincir angin tradisional yang dapat berputar pada
kecepatan angin yang relatif rendah. Kincir angin seperti ini sering disebut
old american windmill atau american type windmill.
Sesuai dengan fungsinya, maka konstruksi dari kincir angin untuk
pompa air ialah kincir yang memiliki jumlah sudu-sudu atau blade yang
banyak sehingga menghasilkan putaran rendah namun torsi yang besar.
Torsi yang besar tersebut yang akan dimanfaatkan untuk keperluan
menggerahan pompa air yang debit air berkisar antara 2 liter sampai
dengan 8 liter air per detik.
Pompa air tenaga angin jenis ini mulai digunakan di Amerika pada
akhir abad ke 19 untuk kebutuhan air rumah tangga dan pembuatan rel
kereta api. Selama kurang lebih 100 tahun terakhir ini, sudah lebih dari 8
juta kincir angin seperti ini dibuat di Amerika. Desainnya sudah terbukti
berhasil sehingga banyak ditiru di seluruh dunia. Kincir angin jenis ini
menggerakkan pompa piston yang dihubungkan menggunakan batang
penghubung.
FTI – Teknik Mesin
38
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Kincir angin tradisional biasanya mempunyai sudu sederhana yang
terbuat dari plat melengkung berjumlah banyak, sekitar 5 sampai dengan
18 buah. Yang lebih modern sekarang menggunakan sudu berbentuk
airfoil dan jumlahnya tidak begitu banyak. Namun demikian, aplikasi
penggunaan tetap dijadikan acuan utama dalam menentukan berapa
jumlah sudu yang akan digunakan.
Gambar 3.4 Contoh Kincir Angin sebagai Pompa Air
(Sumber: International Energy Agency – IEA, 2004)
FTI – Teknik Mesin
39
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Salah satu masalah pada penerapan pompa angin mekanik ini
adalah lokasi instalasi. Kincir angin harus dipasang langsung di atas
borehole atau sumber air. Sedangkan lokasi sumber air yang baik belum
tentu merupakan lokasi sumber daya angin yang baik pula.
Secara umum, pompa angin mekanik baik untuk kecepatan angin
rendah karena soliditas rotor yang tinggi, yang membatasi kecepatan
pompa piston sampai 40 sampai dengan 50 stroke per menit. Effisiensi
konversi pompa air tenaga angin mekanik biasanya berkisar antara 7%
sampai dengan 27% (Argaw, 2003).
Suatu hal yang menarik untuk dipelajari dan disimak serta sesuai dengan
disiplin ilmu pengetahuan yang berbasis teknik mesin adalah mengenai
sebuah pompa air yang menggunakan angin sebagai energi penggerak
pompa. Kami, Mahasiswa Program Studi Teknik Mesin angkatan ke 7,
Fakultas Teknologi Industri Program Kelas Karyawan Universitas Mercu
Buana antusias dan optimis untuk mengangkat sebuah proyek tugas akhir
bersama yaitu pembuatan sebuah windmill yang berbentuk kincir angin
yang berfungsi sebagi pompa air dengan nama Kincir Angin MB 12-7.
FTI – Teknik Mesin
40
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
BAB IV
PERENCANAAN PEMBUATAN KINCIR ANGIN MB 12-7
SEBAGAI POMPA AIR
4.1.
PENGAMBILAN DATA DAN PERHITUNGAN
4.1.1. Data dan Analisa Kecepatan Angin
Pada dasarnya angin terjadi karena adanya perbedaan suhu antara
udara panas dan udara dingin dan perbedaan tekanan udara, dimana
angin pada siang hari berhembus dari laut ke darat, biasa disebut angin
darat, sedangkan dimalam hari angina berhembus dari darat ke laut yang
disebut angin laut.
FTI – Teknik Mesin
41
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Sebagai bahan studi untuk perancangan Kincir Angin MB 12-7,
maka diperlukan data angin yang valid dan dapat dipertanggung jawabkan
kebenarannya sehingga tujuan utama perancangan kincir angin ini yang
akan diapikasikan untuk menggerakkan pompa air, penulis mengambil
data kecepatan angin dari stasiun pemantau cuaca Badan Meteorologi
dan Geofisika (BMG) yang berlokasi di wilayah Ciledug. Data angin ini
merupakan data yang diambil dalam lima tahun terakhir.
Untuk kepentingan penulisan tugas akhir ini penulis mengambil
sampel data angin pada tahun 2008. Dari pengamatan di lapangan,
potensi keadaan angin wilayah Jakarta, khususnya di daerah Meruya
tidaklah sebesar di daerah pesisir pantai wilayah Banten, Jakarta dan
Jawa Barat, tetapi secara prinsip laju kecepatan angin yang ada di daerah
ini mampu untuk memutarkan Kincir Angin MB 12-7 yang telah kami buat.
Data angin dari tahun ke tahun tidak selalu berada dalam garis lurus,
tetapi kondisi aktual angin terjadi fluktuasi kecepatan angin yang
berhembus. Data aktual mengenai kecepatan angin dapat lihat pada
lampiran.
Dengan mengetahui kecepatan angin tersebut, maka mudah untuk
mengetahui daya yang akan dihasilkan oleh kincir angin, dalam hal ini
untuk menggerakkan pompa air. Oleh karena itu, kincir atau turbin angin
sering disebut sebagai Sistem Konversi Energi Angin (SKEA).
FTI – Teknik Mesin
42
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Tabel 8 Kecepatan Rata-rata Angin Tiap Bulan pada Tahun 2008
V rata –rata
Bulan
(knot)
Januari
3,0
Februari
2,5
Maret
2,6
April
3.5
May
3,0
Juni
3,0
July
3,0
Agustus
5,7
September
4,9
Oktober
5,8
November
4,3
Desember
6,5
V Rata-rata
3.9
tahun 2008
(Sumber: BMG Ciledug tahun 2008)
Kecepatan angin rata-rata selama satu tahun (2008) = 3.9 knot
<=>
3.9 x1853
 2.0 m/detik
3600
Kecepatan angin minimum (Bulan Februari 2008)
<=>
FTI – Teknik Mesin
= 2.5 knot
2.5 x1853
 1.3 m/detik
3600
43
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Angin adalah udara yang bergerak dengan kecepatan tertentu, jika
udara dengan suatu massa m bergerak dengan kecepatan v, angin
mempunyai energi kinetik yang dinyatakan dengan persamaan:
Ek 
1
m.v 2
2
...................................................
(4.1)
Dimana,
Ek = Energi kinetik (J)
m = Massa udara (kg)
v
= Kecepatan udara (m/detik)
Jika udara dengan kerapatan ρ, maka, Energi Kinetik per volume
diperoleh persamaan sebagai berikut:
Ev 
1
 .v 2
2
(J/m3) .....................................................
(4.2)
Dimana,
ρ = Massa jenis udara (kg/m3)
v
= Kecepatan udara (m/detik)
Untuk area yang tegak lurus terhadap arah angin, maka aliran udara yang
melewati area A adalah:
v
= v.A (m3/detik)
FTI – Teknik Mesin
.........................................
(4.3)
44
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Dimana,
v
= Kecepatan udara (m/detik)
A = Area (m2)
Maka daya angin maksimum yang dapat diekstrak oleh turbin angin
dengan luas sapuan rotor A dinyatakan dengan persamaan:
P
1
 .v 3 . A ( W )
2

..........................................
1
A   .d 2
4
...............................
(4.4)
(4.5)
Dimana,
ρ = Massa jenis udara (kg/m3)
v
= Kecepatan udara (m/detik)
A = Area rotor (m2)
Dari persamaan di atas maka dapat disimpulkan bahwa:
 Daya angin berbanding lurus dengan berat jenis udara,
 Daya angin berbanding lurus dengan area rotor,
 Daya angin bervariasi sesuai kecepatan angin yang ada, jika
kecepatan angin naik maka dayanya akan naik.
4.1.2. Perencanaan Perhitungan
4.1.2.1.
Daya Kincir Angin
Untuk mengetahui rencana daya yang bekerja pada Kincir Angin
MB 12-7 telah diperoleh data-data sebagai berikut:
FTI – Teknik Mesin
45
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
 Kecepatan angin rata – rata (v)
: 2.0 m/detik
(Data diambil dari kecepatan angin rata-rata pada tahun 2008)
 Diameter rotor (d)
:5m
1
Luas rotor (A)   .5 2  19.63 m2
4
 Massa jenis udara (ρa)
: 1.3 kg/m3
 Kecepatan angin rancangan (v0)
: 5 m/detik
 Kecepatan angin rata – rata (v)
: 2 m/detik
 Massa jenis air (ρw)
: 995.7 kg/m3
 Head total pompa (H)
: 5.0332 m
1
2
P =  . a .vo . A.v
2
...................................................
Dimana nilai efisiensi didapat dari
Maka PKincir Angin
4.1.2.2.
= 0.4 x
(4.6)
2
x100%  40%
5
1
510.38
x1.3x5 2 x19.63x 2 
 255.19 W
2
2
Daya Pompa
Perencanaan perhitungan daya pompa dapat menggunakan
persamaan sebagai berikut:
PPump   w .g .H .Q
..................................................
(4.7)
Untuk perhitungan di atas telah diketahui data-data sebagai berikut:
 Massa jenis air ( ρ )
: 995.7 kg/m3
 Percepatan gravitasi ( g )
: 9.8 m/detik2
 Head pompa ( H )
: 5.01432 m
FTI – Teknik Mesin
46
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
 Debit air ( Q )
: 0.0029 m3/detik
 Efisiensi ()
: 90% = 0.9
PPump  995.7 x9.8 x5.01432 x0.0029  142 W (daya total pompa)
Maka, Ppump = 142/0.9 = 157.77 W
Sedangkan untuk mengetahui berapa banyak jumlah air yang dapat
diangkat oleh pompa dalam satu kali langkah piston dari Titik Mati Bawah
(TMB) sampai ke Titik Mati Atas (TMA), maka dapat menghitung dengan
mencari selisih volume silinder pompa dengan volume piston, sebagai
berikut :
V = VSil - VPis
....................................................
(4.8)
Dan dengan data-data perhitungan sebagai berikut:
 Diameter silinder pompa (dsil) : 6” = 0.1524 m
 Panjang langkah piston (L)
: 0.32 m
 Diameter piston (dpis)
: 0.1514 m
 Tinggi piston (t)
: 75 mm = 0.075 m
Maka volume air (V) yang dihasilkan dalam satu langkah piston adalah:
1
 1
2
2 
Vair    .d s .L     .d p .t 
4
 4

1
 1

  x3.14 x0.1524 2 x0.32    x3.14 x0.1514 2 x0.075 
4
 4

 0.0058  0.0013  0.0045 m3
FTI – Teknik Mesin
47
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Jadi dapat disimpulkan bahwa jumlah volume air yang dihasilkan
dalam satu langkah piston adalah : 0.0045 m3 atau setara dengan 4,5 liter
air.
4.1.2.3.
Daya yang Dibutuhkan oleh Pompa
Daya yang dibutuhkan (P) adalah daya aktual yang diberikan oleh
suatu penggerak pada pompa. Tingkat efisiensi pompa piston cukup tinggi
jika dibandingkan dengan pompa sentrifugal, rata–rata tingkat efisiensinya
() mencapai 90 %
(sumber : E.H Lysen, introduction to wind energy,
1983). Sehingga dapat dihitung berapa daya (P) minimum yang harus
dihasilkan kincir untuk menggerakkan pompa.
P
PPump

............................................................
(4.9)
Diketahui data-data untuk perhitungan di atas adalah:

Ppump : 191.54 W
 η
: 90 %
P
191.54
 212  82 W
0.9
Maka dengan hasil ini, daya yang dihasilkan kincir angin (255.19
W) untuk menggerakkan pompa masih lebih besar dari daya yang
diperlukan pompa (212.82 W) .
4.1.2.4.
Torsi Kincir Angin
Besarnya torsi yang dihasilkan oleh kincir angin tergantung pada
kecepatan angin yang ada di daerah tersebut. Torsi merupakan hasil dari
FTI – Teknik Mesin
48
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
gaya kerja blade pada arah tangensial. Daya yang diekstrak oleh rotor dari
energi angin kemudian diteruskan ke pompa air. Daya ini merupakan hasil
dari perkalian torsi (T) dan kecepatan sudut (Ω), yang dinyatakan dengan
persamaan sebagai berikut:
T
P

..............................................................
 
v
r
...................................................
(4.10)
(4.11)
Seperti yang telah dibahas pada bab sebelumnya bahwasanya
kincir angin dengan jumlah blade sedikit akan menghasilkan putaran yang
cepat dengan torsi yang kecil, sedangkan kincir angin dengan jumlah
blade banyak akan menghasilkan putaran lambat dengan torsi yang
besar. Kincir angin dengan beban torsi yang besar akan memiliki
kecepatan sudut yang rendah (sebagai contoh untuk pompa piston),
sedangkan kincir angin yang memiliki kecepatan sudut tinggi hanya akan
menghasilkan torsi yang kecil (contoh untuk pompa centrifugal dan
generator listrik).
Untuk perhitungan torsi telah diketahui data-data sebagai berikut:
 Daya kincir angin (Pka)
: 255.19 W
 Kecepatan angin rata – rata (v)
: 2.0 m/detik
 Jari – jari rotor (r)
: 2.5 m
FTI – Teknik Mesin
49
Tugas Akhir
Dengan ,  
Maka T 
4.2.
Universitas Mercu Buana
2.0
 0.8 rad/detik
2.5
255.19
 318.99 N.m
0.8
PERENCANAAN DESAIN GAMBAR
Gambar merupakan syarat awal dalam membuat atau merancang
sebuah alat. Dalam pembuatan gambar dibutuhkan alat gambar guna
mendukung kelancaran proses menggambar. Pada proses pembuatan
gambar perencanaan Kincir Angin MB 12-7 ini, penulis menggunakan tool
berupa software komputer yaitu AutoCAD ver 2008. Detail gambar
dilampirkan dalam format PDF.
4.3.
PERENCANAAN PEMBUATAN
Dalam perencanaan pembuatan Kincir Angin MB 12-7, kami
Mahasiswa Program Studi Teknik Mesin angkatan ke 7 Fakultas Teknologi
Indusri Program Kuliah Kelas Karyawan Universitas Mercu Buana,
mengacu pada Prototype windmill pertama telah dibuat dengan diameter 4
meter, 16 rotor blade, yang mana windmill tersebut hasil dari kursus
pendidikan WOT.
WOT
adalah
organisasi
non
profit
di
Twente
University,
memberikan saran teknis dalam ruang lingkup wind energy, solar energy
dan supply air. Pelebaran objektivitasnya memperbaiki posisi bagian yang
lebih lemah dalam kemasyarakatan dan saran seharusnya dihargai pada
FTI – Teknik Mesin
50
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
keadaan lokal dan sekitar. Untuk mendukung saran teknis WOT
melakukan pengujian lapangan dimana bermacam rancangan
sedang
dikembangkan dan diujikan. WOT adalah pusat dari organisasi sukarela
dan terdiri atas pelajar dari universitas. Beberapa staff anggota
memelihara administrasi dan teknikal support.
Kemudian dari proyek Tugas Akhir yang telah disepakati bersamasama dari pihak Mahasiswa dan Universitas itu merupakan awal
kesempatan yang bermanfaat untuk memadukan rancangan yang
dikembangkan oleh kursus pendidikan WOT. Oleh WOT sendiri,
sebelumnya rancangan windmill tersebut pernah gagal karena rotor
berputar terlalu pelan (lemah), terlalu rumit dan terlalu mahal. Maka sesuai
estimasi, diameter windmill 4 meter agaknya terlalu kecil untuk mencapai
tujuan. Jadi setelah beerapa masalah tersebut yang merupakan
pengalaman dengan prototype pertama menyebabkan rancangan ulang
yang lengkap.
Pada tabel 9 berikut ini adalah jadwal skejul rencana pembuatan
Kincir Angin MB 12-7 yang telah kami buat dan kami dirikan di lingkungan
kampus Universitas Mercu Buana Jakarta. Dimana dari awal kami
merencanakan sampai akhirnya diresmikan pada tanggal 21 Juni 2009
oleh Bapak Direktur Program Kelas Karyawan Universitas Mercu Buana
dan Bapak Kepala Program Studi Teknik Mesin Program Kelas Karyawan
Universitas Mercu Buana.
FTI – Teknik Mesin
51
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Tabel 9 Jadwal Pelaksanaan Pembuatan Kincir Angin MB 12-7
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Kegiatan
Feb
Waktu Pelaksanaan (th 2009)
Maret
April
Mei
Juni
Juli
Perencanaan
perancangan
Pembuatan
Gambar
Perizinan
kampus
Analisa biaya &
keuntungan
Pengumpulan
dana swadaya
Pencarian
literatur
Data angin
dari BMG
Analisa angin
Meruya dsk
Analisa
perancangan
Pembuatan
tower
Pembuatan
head’s const
Pembuatan rotor
& blade
Pembuatan
pompa
Pengecatan
&
hak patent
Pembagian judul
Skripsi
Asistensi
TA/Skripsi
Pembuatan
fondasi sumur
Pendirian kincir
angin
Peresmian kincir
angin
Sidang
Skripsi
Keterangan:
Rencana Pelaksanaan
Aktual Pelaksanaan
(Sumber: TA Tek. Mesin ang 7 PKK-UMB, 2009)
FTI – Teknik Mesin
52
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Hasil rancangan ulang yang lengkap merupakan gambar-gambar
set dari konstruksi tower, konstruksi kepala, bagian yang bergerak dan
wind wheel dengan diameter baru yaitu 5 meter, 12 blade. Oleh karena
itulah kincir angin buatan kami diberi nama Kincir Angin MB 12-7,
maksudnya adalah Kincir Angin Mercu Buana dengan 12 blade oleh
Teknik Mesin angkatan ke 7. Disamping itu juga bangunan kecil manual
dari prototype yang baru telah diperbaiki, tapi sebenarnya set secara total
belum begitu lengkap. Rancangan dan gambar-gambarnya tetap masih
penting dan bagian yang diperlukan oleh alat dengan kekuatan angin
pengangkat air, pompa, dan seterusnya.
4.3.1. Konstrksi Tower
Konstruksi tower atau menara terdiri dari empat bagian plat besi
yang terbagi disusun. Bagian diagonal dari bagian bawah tower
menyediakan fasilitas tangga untuk mencapai puncak tower. Untuk alasan
estetika dasar pengukuran tower telah dikurangi dari 2,50 meter menjadi
2,0 meter pada sumur yang berdiameter kurang lebih 1,8 meter.
Penggunaan besi siku berukuran 40 mm untuk empat kaki tower
mengurangi berat yang dipertimbangkan, tapi kaki tersebut menjadi lebih
ramping, yang mana ruangan berlebih pada stukturnya harus diperkuat
supaya
pencapaian
kecukupan
kekuatan
dari
seluruh
konstruksi.
Bagaimanapun kesederhanaan keaslian konstruksi akan tergantikan
dalam kerumitan yang muncul selama pembuatan dan hasil. Hak untuk
melakukan modifikasi berat tower telah dikurangi dari kira-kira 225 kg
FTI – Teknik Mesin
53
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
sampai dengan 125 kg. keuntungan lainnya adalah tower akan sangat
mudah ditangani selama pengangkutan dan pemasangan, sementara
kekuatannya hampir sama.
Konstruksi Tower oleh WOT
Konstruksi Tower MB 12-7
Gambar 4.1 Perbendaan ekstrim Konstruksi Tower
(Sumber: TA Tek. Mesin ang 7 PKK-UMB, 2009)
4.3.2. Head’s Construction
Beberapa part kecil dalam rangka kerja pada head’s construction
atau rangka atas telah banyak perbedaan dengan prototype windmill
yang dipopulerkan oleh WOT.
FTI – Teknik Mesin
54
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Gambar 4.2 Head’s Constructions (Konstruksi Rangka Atas)
(Sumber: TA Tek. Mesin ang 7 PKK-UMB, 2009)
Perubahan Yang paling penting dan berharga telah mengurangi
panjang total dari ekor. Ini dilakukan supaya menghasilkan stuktur
keseimbangan yang lebih baik dengan panjang 0,8 D dan hasil kendali
yang lebih baik. Rumah bearing yang lebih lebar dapat bermanfaat untuk
mendukung bearing belakang. Flange support yang terbuat dari besi siku
40 x 40 mm dipusatkan didepan rangka atas agar dapat menghasilkan
keseimbangan antara baling-baling dengan ekor.
FTI – Teknik Mesin
55
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Gambar 4.3 Profil Gigi pada Komponen Pengunci
(Sumber: TA Tek. Mesin ang 7 PKK-UMB, 2009)
Kuncian ini dipasang agar mencegah arah putaran yang tidak
menentu dari rangka atas selama terjadi angin yang berlebih atau bahkan
badai yang disertai dengan perubahan arah angin secara tiba-tiba. Tail
dan head akan bergerak berpisah, yang apabila tidak diberikan plat
pengunci
dapat
menghasilkan
tubrukan
yang
sangat
kuat
yang
mengakibatkan kerusakan terhadap kedua part tersebut. Selama gerakan,
pengaman yang memiliki profil gigi mencegah gerakan terpisah dan tidak
akan
mengizinkan
head’s
construction
berputar
kembali
dengan
mengarahkan ke konstruksi ekor.
Windwheel berputar searah jarum jam yang dihubungkan dengan
crankpin terbaut, ini akan lebih mudah untuk perawatannya, tapi
FTI – Teknik Mesin
56
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
membalikan arah putaran rangka atas dengan memperhatikan ekor juga
akan menuju prestasi yang sama. Saat ini, rangka atas berputar
berlawanan arah jarum jam diluar angin (apabila dilihat dari pandangan
atas). Agar memperoleh ektra pergeseran yang dibutuhkan untuk damping
disebabkan oleh moment gyroscopic.
Walaupun windwheel menjauhi angin oleh fungsi steering ekor,
oleh karena hembusan angin yang keras maka ekor dapt kembali ke
posisi tegak lurus dengan konstuksi rangka atas. Untuk mencegah
kerusakan maka ditambahlah kekakuan dengan memalu profil blade pada
bagian
luar ring blade support. Hal ini akan menggangu airfoil yang
mengakibatkan berkurangnya efisiensi.
Kemungkinan lainnya adalah menjaga windwheel bergerak tetap
ringan walaupun dalam angin yang besar. Kemungkinan bisa saja angin
datang dari belakang. Ini tidak akan bermasalah karena windwheel
berputar keluar angin kurang dari 90 derajat. Selain itu rotor dijaga agar
tetap berputar searah jarum jam. Saat ini, kuncian terakhir dari mekanisme
keamanan disituasikan dalam windwheel berputar sebesar 75 derajat
keluar arah angin. Ini menjadikan ekor bergerak kedepan bilah blade tidak
akan terjadi lagi.
4.3.3. Moving Parts
Walaupun prinsip konversi gerakan putaran millshaft turun naik
dapat menjaga gerakan pumprod dan bearing sebaik mekanisme crank
FTI – Teknik Mesin
57
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
sederhana, tetap saja kekuatan dari bagian-bagian yang bergerak menjadi
fokus utama dalam perencanaan pembuatannya.
4.3.3.1.
Mainshaft bearing
Sebuah poros yang dibebankan diatas dua buah bearing utama.
Bearing bagian depan membawa beban radial kira-kira 1000 N (berat
rotor) dan beban tekanan atau dorongan hingga mencapai 7000 N,
sementara bearing bagian belakang menangani gaya alternatif
yang
terdapat pada mekanisme crank.
Gambar 4.4 Mainshaft Bearing
(Sumber: TA Tek. Mesin ang 7 PKK-UMB, 2009)
Walaupun bearing ini terlihat berukuran besar menurut spesifikasi
dari SKF. Tetapi umur pakai membuktikan terlalu pendek (kira-kira 1,5 juta
kali revolusi). Ini artinya spesifikasi ini sangat tidak mewakili keberadaan
bearing dalam pasar lokal. Banyak bearing dari beberapa merek yang
ditawarkan tetapi spesifikai yang tidak diketahui dan kualitas tidak terjamin
dengan baik. Terkadang dari dari beberapa bearing ini adalah produk
FTI – Teknik Mesin
58
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
perbaikan dari produk yang sudah rusak. Permukaan roller yang telah tipis
atau bahkan longgar dan terlalu besar.
4.3.3.2.
Crank
Crank radius dapat atur agar dapat menciptakan keselarasan
antara windmill dengan pompa. Hal ini mengacu pada kecepatan angin
aktual dan elevation head. Crank pin dapat diposisikan pada beberapa
radius putar yaitu antara radius 50 mm sampai dengan 125 mm.
Gambar 4.5 Konstruksi Crank
(Sumber: TA Tek. Mesin ang 7 PKK-UMB, 2009)
Kendati lubang crank pin disediakan untuk tujuan yang sangat baik,
tetap saja membutuhkan penempatan yang sangat tepat antara baut
central crank pin yang satu dengan yang lainnya. Hal ini untuk mencegah
FTI – Teknik Mesin
59
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
lepasnya baut yang dikarenakan oleh torsi awal yang mengakibatkan gaya
sentrifugal serta permulaan slidding yang terjadi di dalam lubang crank
pin.
Crank disusun dari beberapa bagian plat besi yang dilas pada
ujung shaft. Lalu membuat penguat dengan memasangkan plat tambahan
yang dipasang dekat shaft agar mendapatkan kekuatan yang cukup.
Bentuk “U” pada crank berguna sebagai pemantapan slidding diantara
mur-mur dari crank pin yang dipasang pada saat pemasangan awal. Untuk
estitika dan alasan keamanan bagian ujung tepi yang tajam pada crank
diberi chamfer sebesar 5 x 45o.
4.3.3.3.
Connecting Rod
Untuk ujung bagian atas dan bagian bawah conecting rod atau
batang hubung penggerak, bushing baja selinder dilas yang disertakan
dengan bearing-bushing nylon flange. Pada permulaiannya bushing baja
dibuat dengan soket gaspipe 1,5” setelah ulir dipindahkan dengan cara
memutar. Sedangkan untuk komponen Bushing, menggunakan bahan
yang lebih kuat atau dapat menggunakan material sisa dari potongan
millshaft jika sisa potongan yang tersisa masih panjang. Saat ini,
ketebalan bushing adalah 6mm.
Ketidak bundaran lubang untuk menyimpan bushing disebabkan
oleh prosedur pengelasan yang salah. Walaupun memang tidak
mempengaruhi kelancaran fungsi bushing nilon yang terpasang dengan
baik melewati crankpin dengan clearance 0,2mm sampai dengan 0,3mm
FTI – Teknik Mesin
60
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
dalam pengertian radial. Clearance axial biasanya berkisar antara 1mm
sampai dengan 2mm. Hingga saat ini tidak ada bearing bushing nylon
gagal, dan terganti dengan yang lebih baik.
Alat Bantu Proses Pengelasan
Gambar 4.6 Konstruksi Conecting Rod dan Alat bantu proses pengelasan
(Sumber: TA Tek. Mesin ang 7 PKK-UMB, 2009)
4.3.3.4.
Crosshead.
Crosshead merupakan komponen penghubung dan pengarah di
dalam tower pipe. Usaha yang telah diambil untuk menghasilkan
permukaan dalam yang halus masih belum berhasil selama menggunakan
material logam. Ide muncul untuk memasang PVC di dalam towerpipe.
Masukan ini dibuat dengan pipa PVC 4” yang cukup panjang dari bilah
yang dipotong dalam sebuah alur. Ukuran diameter yang sedikit kurang
dari dalam pipa satunya. Pembukaan hanya menyediakan ruang yang
cukup untuk pemasangan. Pada dasar baut yang kecil, dibaut melalui
FTI – Teknik Mesin
61
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
towerpipe yang mengkunci masukan axial. Selain itu, crosshead harus
memiliki permukaan kontak yang cukup lebar untuk mencegah muatan
dengan spesifikasi yang tinggi. Serta bagian yang keras dan tepi yang
tajam harus dihindari.
Telah diputuskan untuk membuat piston crosshead dengan material
dari kayu keras, karena material ini diperkirakan akan lebih baik sebagai
bahan counterpart untuk PVC lining daripada besi maupun logam lainnya.
Sebelumnya pumprod pertama yang dikembangkan olwh WOT juga
menggunakan kayu berukuran diameter 1,5” dan crooshead pertama telah
dibuat dari dua bagian kayu sesam yang diapit oleh pumprod dan di
kencangkan oleh dua buah baut yang menembus piston berukuran M10 x
1,5.
Gambar 4.7 Konstruksi Cross Head
(Sumber: TA Tek. Mesin ang 7 PKK-UMB, 2009)
FTI – Teknik Mesin
62
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Agar memiliki kekuatan yang memadai, ukuran crosspin pada
crosshead kayu adalah 2” atau sekitar 50 mm. Pelumasan yang diberikan
berupa pemberian gemuk secara berkala, dengan syarat sebelum
pemasangan crosshead direndam terlebih dahulu menggunakan oli
bekas. Untuk memastikan gerakannya lancar, maka crosshead harus
dicoba di dalam rumah piston dengan menggerak-gerakannya ke atas dan
kebawah. Satu hal yang perlu diingat, oli dalam lubang piston tidak
menyediakan pelumasan yang berkesinambungan.
4.3.4. Rotor
Rotor pada Kincir Angin MB 12-7 memiliki sudu-sudu berjumlah 12
blade yang tersusun di atas kerangka rotor.
Gambar 4.8 Konstruksi Rotor
(Sumber: TA Tek. Mesin ang 7 PKK-UMB, 2009)
FTI – Teknik Mesin
63
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Adapun pemasangan rotor itu sendiri adalah ketika tower telah
didirikan. Jadi rotor tidak dapat dipasang pada konstruksi Kincir Angin MB
12-7 sebelum tower utama didirikan. Begitu juga dengan sudu-sudunya
yang berjumlah 12 buah, blade tersebut dipasang setelah rotor
diaplikasikan pada konstruksi.
4.3.5. Piston Pump
Piston Pump adalah komponen dari Kincir Angin MB 12-7 yang
paling
banyak
mendapatkan
perubahan-perubahan
dari
versi
terdahulunya. Perubahan piston itu sendiri sangat tergantung dari aplikasi
pompa yang digunakan dalam suatu konstruksi windmill. Banyak masalah
yang harus dipecahkan terutama penetapan pompa dan pipa penyalur
pada mata air dan juga rancangan pompa yang berubah dari waktu ke
waktu.
Pompa piston pada Kincir angin MB 12-7 bekerja pada putaran
rotor sebesar 15 sampai dengan 25 rpm (kondisi kecepatan angin pada
tahun 2008 adalah 1,3 m/detik sampai dengan 4,06m/detik). Dibutuhkan
ruang udara yang berfungsi untuk mengurangi gaya percepatan batang
pompa, suspensi pompa dan transmisi.
4.3.6. Pumprod dan Batang Penghubung Pumprod
Batang penghubung untuk Pumprod menggunakan jepitan yang
sederhana yang terbuat dari besi siku. Konstuksi ini terlihat sangat kuat
tetapi cepat atau lambat, tugasnya untuk mengembalikan gaya batang
FTI – Teknik Mesin
64
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
pompa akan mengalami kelelahan. Akhirnya pipa besi yang lebih kuat
yang dijadikan sebagai batang pompa.
Koneksi batang sederhana, terbuat dari 2 baut yang mengikat pada
batang. Seperti joint, ini juga mengalami kelelahan yang pada akhirnya
menimbulkan retak. Sedangkan Flange dibuat dari pelat yang telah dilas
pada ujung batang pompa.
Gambar 4.9 Konstruksi Pump Rod dan Pump Rod Connection
(Sumber: TA Tek. Mesin ang 7 PKK-UMB, 2009)
4.3.7. Diagram Alur
Dalam perancangan pembuatan Kincir Angin MB 12-7 sebagai
Pompa air ini, dapat dibuatkan sebuah diagram alur atau flow chart yang
dapat digambarkan sebagai berikut:
FTI – Teknik Mesin
65
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Mulai
Perencanaan
Perancangan
Analisa
Perancangan
Tools dan Sumber
Literatur
Analisa Biaya
& Keuntungan
Analisa Faktor
Lain
Pembuatan
Gambar
Sesuai dengan
Desain &
Perencanaan
Tidak
Ya
Biaya Swadaya
Pembuatan
Komponen
Analisa
Kesalahan &
Upaya
Perbaikan
Permesinan &
Kemampuan
Indiviu
Tidak
Sesuai atau
Tidak
Ya
Pendirian dan Peresmian Kincir Angin MB 12-7
Selesai
Gambar 4.10 Diagram Alur Perencanaan Pembuatan
Kincir Angin MB 12-7
(Sumber: TA Tek. Mesin ang 7 PKK-UMB, 2009)
FTI – Teknik Mesin
66
Tugas Akhir
4.4.
Universitas Mercu Buana
PEMILIHAN TEMPAT
Secara umum tempat-tempat yang baik untuk pemasangan kincir
angin atau turbin angin antara lain:
1.
Celah di antara gunung. Tempat ini dapat berfungsi sebagai
nozzle, yang mempercepat aliran angin ataupun turbulensi.
2.
Dataran terbuka. Karena tidak ada penghalang yang dapat
memperlambat angin, dataran terbuka yang sangat luas
memiliki potensi energi angin yang besar.
3.
Pesisir pantai. Perbedaan suhu udara di laut dan di daratan
menyebabkan angin bertiup secara terus menerus.
Walau pada dasarnya kincir angin atau turbin angin dapat dipasang
di mana saja di tempat-tempat tersebut di atas, pengkajian potensi angin
tetap harus dilakukan untuk mendapatkan suatu sistem konversi energi
angin yang tepat. Pengkajian potensi energi angin di suatu tempat
dilakukan dengan mengukur dan menganalisis kecepatan dan arah angin.
Analisis data angin dilakukan dengan menggunakan metoda statistik
untuk mencari kecepatan angin rata-rata, durasi kecepatan angin dan
distribusi frekwensi data angin. Jika informasi mengenai arah angin juga
tersedia, analisis dengan menggunakan metoda wind rose dapat
dilakukan untuk mengetahui kecepatan rata-rata, frekwensi dan energi
angin di setiap arah mata angin.
FTI – Teknik Mesin
67
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Pada prakteknya, penentuan tempat pemasangan sistem konversi
energi angin dapat ditentukan dengan cara:
1. Pilih
Tempat.
Tempat
ditentukan
sesuai
kebutuhan,
kemudian potensi energi angin dikaji dari data yang
didapat. Cara ini mempertimbangkan:
a. aksesibilitas
baik
untuk
pekerjaan
konstruksi
maupun perawatan,
b. kondisi sosial budaya setempat,
c. kepentingan lain
2. Pilih Potensi. Pemilihan tempat berdasarkan besarnya
potensi
energi
kecepatan
semakin
tersedia
angin
angin
baik.
akan
yang
rata-rata
Semakin
tersedia.
di
tinggi
memberikan
Semakin
besar
tempat
akan
energi
yang
suatu
potensi
keuntungan
berupa
ukuran
sistem konversi energi angin yang semakin kecil dan
tidak
perlu
terlalu
efisien
sehingga
pembuatannya
akan lebih mudah dan murah.
Hal-hal lain yang harus diperhatikan dalam pemasangan sistem
konversi energi angin, antara lain:
1. Untuk kegunaan pompa air, kincir angin MB 12-7 yang
berfungsi sebagai pompa air membutuhkan sebuah sumur air
atau sumber air yang berada tepat di bawah tower dari kincir
angin.
FTI – Teknik Mesin
68
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
2. Tempat pemasangan harus dilindungi atau dipagari agar
terhindar dari aksi perusakan. Sebaiknya lokasi pemasangan
harus dapat dipantau dengan mudah dari jalan atau tempat
pemantauan. Tempat-tempat dengan tingkat kelembaban
yang tinggi dan berpotensi menimbulkan korosi serta dapat
merusak kincir angin sangat tidak direkomendasikan.
3. Aliran angin di dekat permukaan bumi akan semakin mengecil
dan mencapai harga nol di permukaan tanah. Profil kecepatan
angin ini disebut dengan lapisan batas atmosfir. Permukaan
bumi memiliki tingkat kekasaran yang berbeda-beda. Semakin
kasar permukaan bumi akan semakin tebal lapisan batas
atmosfir. Dengan semakin besarnya lapisan batas atmosfer
maka kecepatan angin pada ketinggian tertentu akan semakin
kecil. Dengan demikian tempat pemasangan harus diarahkan
pada tempat dengan tingkat kekasaran yang rendah seperti
daerah lepas pantai, daerah pantai, padang rumput, dan
tempat-tempat dengan tumbuh-tumbuhan dan bangunan yang
tidak terlalu tinggi.
4. Kincir angin yang digunakan untuk keperluan irigasi pertanian
biasanya ditempatkan di sebuah sumur air, bangunan atau
sebuah sumber air yang diberi fondasi yang cukup kuat untuk
meletakan kincir angin yang memiliki tinggi lebih kurang 12
meter
FTI – Teknik Mesin
dan
beban
lebih
kurang
880
kilogram.
Lokasi
69
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
pemasangan harus diperhatikan agar aliran yang datang pada
sistem konversi energi angin ini tidak turbulen atau tidak
berbalik arah di bagian belakang. Untuk hal ini ada aturan atau
konvensi bahwa turbin angin harus lebih tinggi sekitar 10 m
dari pohon atau bangunan tertinggi di tempat tersebut. Lokasi
pemasangan juga setidaknya harus berjarak minimal sekitar
10 kali dari diameter rotor terhadap hambatan atau rintangan
terdekat.
Syukur Alhamdulillah, saat ini proyek pembuatan Kincir Angin MB
12-7 telah terselesaikan dengan baik dan tentunya kincir angin dapat
berputar sesuai dengan rencana. Putaran kincir angin pada waktu pagi
hari berbeda dengan putaran kincir angin pada waktu siang hari, sore hari
dan malam hari. Kecepatan angin yang berubah-ubah menjadi penyebab
utama akan kecepatan putaran rotor yang tidak konstan tersebut. Kendati
demikian, torsi yang dihasilkan oleh putaran rotor kincir angin tersebut
sesuai dengan perhitungan dan apa yang direncanakan. Yaitu daya
angkat maksimal 98kg pada putaran rotor 15rpm. Atau setara dengan
debit air minimal sebanyak 4,5 liter pada setiap detiknya.
FTI – Teknik Mesin
70
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
Gambar 4.10 Foto Pendirian dan Perakitan Kincir Angin MB 12-7
(Sumber: TA Tek. Mesin ang 7 PKK-UMB, 2009)
Gambar 4.11 Foto Peresmian Kincir Angin MB 12-7
(Sumber: TA Tek. Mesin ang 7 PKK-UMB, 2009)
FTI – Teknik Mesin
71
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
BAB V
PENUTUP
5.1.
KESIMPULAN
Kesimpulan
yang
dapat
diambil
setelah
melalui
proses
perencanaan pembuatan Kincir Angin MB 12-7 adalah sebagai berikut.
1. Di Indonesia dan di Dunia pada umumnya, kebutuhan akan energi
akan terus meningkat seiring dengan pertumbuhan ekonomi yang
menuntut pada peningkatan pola konsumsi masyarakat yang
disebabkan karena pertambahan penduduk,. Sedangkan energi
fosil
yang
selama
ini
merupakan
sumber
energi
utama,
ketersediaaanya sangat terbatas dan terus mengalami penipisan.
FTI – Teknik Mesin
72
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
2. Gambar merupakan syarat awal dalam perencanaan merancang
sebuah alat. Dalam pembuatan gambar dibutuhkan alat gambar
yang
mendukung
proses
menggambar.
Dan
pada
proses
pembuatan gambar perencanaan Kincir Angin MB 12-7 ini, penulis
menggunakan tool berupa software AutoCAD ver 2008.
3. Perencanaan pembuatan Kincir Angin MB 12-7 mengacu pada
Prototype windmill pertama telah dibuat dengan diameter 4 meter,
16 buah blade, windmill tersebut hasil karya dari
organisasi
pendidikan WOT pada tahun 1988.
4. Salah satu tugas pengambil keputusan adalah menyusun skala
prioritas dari berbagai pilihan yang ada. Prioritas terpaksa dibuat
karena adanya keterbatasan sumberdaya. Ketika pilihan kompleks
dengan konsekuensi yang bersifat substantif, pengambil keputusan
memerlukan
model
pengembalian
keputusan
yang
dapat
membantu mereka membuat pilihan secara komprehensif, logis,
dan terstruktur.
5. Kincir Angin MB 12-7 hasil proyek Tugas Akhir Mahasiswa Teknik
Mesin angkatan ke 7 Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu
Buana memiliki spesifikasi teknis sebagai berikut:
a. Daya Kincir Angin adalah 225,19 W
b. Daya Pompa adalah 191,54 W
c. Daya yang Dibutuhkan Pompa adalah 212,82 W
d. Torsi Kincir Angin adalah 318,99 N.m
FTI – Teknik Mesin
73
Tugas Akhir
5.2.
Universitas Mercu Buana
SARAN
Dan saran yang dapat menjadi bahan masukan bagi perbaikan
pada masa yang akan datang adalah:
1. Pemilihan
sumber
energi
dalam
rangka
konversi
energi
menggunakan energi terbarukan dapat diambil beberapa item
tema, diantaranya adalah energi angin, energi air, energi panas
bumi, energi matahari, energi biogas, energi bio mass serta
gelombang laut.
2. Penggunaan tool software AutoCAD 2008 memiliki banyak
kekurangan. Diharapkan proses menggambar dimulai dengan
menggambar bentuk dasar 3 dimensi sehingga dapat dengan
mudah mengubahnya ke dalam bentuk 2 dimensi. Beda halnya
dengan mengubah gambar dari 2 dimensi menjadi 3 dimensi. Cara
seperti itu akan terasa lebih sulit.
3. Sesuai dengan fungsinya, maka konstruksi dari kincir angin untuk
pompa air ialah kincir yang memiliki jumlah sudu-sudu atau blade
yang banyak sehingga menghasilkan putaran rendah namun torsi
yang besar.
4. Perubahan Yang paling penting dalam perencanaan pembuatan
Kincir Angin MB 12-7 adalah dengan mengurangi panjang total dari
ekor. Ini dilakukan supaya menghasilkan stuktur keseimbangan
yang lebih baik dengan panjang 0,8 D dan hasil kendali yang lebih
FTI – Teknik Mesin
74
Tugas Akhir
Universitas Mercu Buana
baik. Rumah bearing yang lebih lebar dapat bermanfaat untuk
mendukung bearing belakang. Flange support yang terbuat dari
besi siku 40 x 40 mm dipusatkan didepan rangka atas agar dapat
menghasilkan keseimbangan antara baling-baling dengan ekor.
5. Dengan data spesifikasi teknis yang demikian fantastis, tidak
diragukan lagi bahwa jumlah volume air yang dihasilkan dalam satu
langkah piston pada Kincir Angin MB 12-7 adalah : 0.0045 m3 atau
setara dengan 4,5 liter air.
FTI – Teknik Mesin
75
DAFTAR PUSTAKA
Argaw, N., R. Foster, R. and A. Ellis (2003), Renewable Energy for
Water
Pumping
Applications
in
Rural
Villages,
NREL
(National
Renewable Energy Laboratory), Colorado
BTM Consults ApS (2005), International Wind Energy Development
World Market Update 2004 Forecast 2005-2009, Utah
DESDM (2003), Kebijakan Pengembangan Energi Terbarukan dan
Konservasi Energi (Energi Hijau), Jakarta.
DESDM (2005), Blueprint Pengelolaan Energi Nasional 2005-2025,
Jakarta.
Fraenkel, Peter. (1986), Water-Pumping Devices  Chapter: A Handbook
for Users and Choosers (Intermediate Technology Publications), London
Jarass (1980), Strom aus Wind - Integration einer regenerativen
EnergieQuelle (Springer-Verlag) Berlin
Perry & Oakwood St., Napoleon (1988), Calculate Wind Power to Windmill
(Heller Aller Company) ,Ohio 43545 USA
Websites:
www.awea.org (AWEA, Wind Web Tutorial, Wind Energy Basics)
www.crest.org (Center Renewable Energy and Sustainable Technology)
www.energy.iastate.edu (Website for Iowa University)
www.windpower.org (Website for Denmark Wind Power Organization)
xiii