Analisis hubungan antara kecepatan putar sudu terhadap koefisien daya, aplikasi terhadap pembangkit listrik tenaga angin, objek penerapannya berupa kincir angin.

1. LAPORAN PRAKTIKUM
MEKANIKA FLUIDA TERAPAN 1
“WIND ENERGY CONVERTER”
Disusun oleh:
Freddy Saputra Romamti-Ezer Taebenu
165214034
Kelas A2
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2018

2. Data Hasil Praktikum Beserta Pembahasan
1. Speed ratio (TSR) dan Koefisien daya (Cp)
Menghitung tip speed ratio (TSR) dan koefisien daya (Cp).
 Rumus TSR
Ket:
d = diameter sudu (m) V = kecepatan angin (m/s)
n = kecepatan putar poros (rpm)
 Rumus Cp
Ket:
= massa jenis udara (kg/m^3) v = kecepatan angin (m/s) I = arus listrik (ampere)
A = luas penampang sudu (m^2) V = tegangan (volt)

3. Tabel 1. Data perhitungan besaran terkait dengan daya yang dihasilkan, daya yang tersedia, kecepatan ujung sudu, kecepatan angin terhadap tip
speed ratio (TSR) dan koefisien daya (Cp)
kecepatan Putaran Tegangan Arus Beban Luas Dayayang Dayayang Kecepatan Tip Koefisien
angin poros listrik listrik lampu penampang dihasilkan tersedia ujungsudu speed
(m/s) (Rpm) (V) (A) (W) (kg/m³) (m) (m) (m²) (W/m²) (W/m²) (m/s) ratio(TSR)
1 9,32 409,7 23,5 1,08 1 1,2 0,52 1,04 3,141592654 0,849486654 29,87686728 412,6250096 22,30991551 2,393767759 0,072406826
2 9,32 48,3 0,7 0,42 2 1,2 0,52 1,04 3,141592654 0,849486654 0,34609137 412,6250096 2,63014137 0,28220401 0,000838755
3 9,32 39,3 0,5 0,4 3 1,2 0,52 1,04 3,141592654 0,849486654 0,235436306 412,6250096 2,140052916 0,229619412 0,000570582
4 9,32 37 0,4 0,39 4 1,2 0,52 1,04 3,141592654 0,849486654 0,183640319 412,6250096 2,014808089 0,216181125 0,000445054
5 9,71 420,2 24,8 1,11 1 1,2 0,52 1,04 3,141592654 0,849486654 32,40545321 466,6223108 22,88168537 2,356507247 0,069446858
6 9,71 47,4 1 0,46 2 1,2 0,52 1,04 3,141592654 0,849486654 0,541503505 466,6223108 2,581132524 0,265822093 0,001160475
7 9,71 41,6 0,7 0,45 3 1,2 0,52 1,04 3,141592654 0,849486654 0,370812182 466,6223108 2,265297743 0,233295339 0,000794673
8 9,71 38,5 0,5 0,43 4 1,2 0,52 1,04 3,141592654 0,849486654 0,253094029 466,6223108 2,096489497 0,21591035 0,000542396
9 9,86 436,8 25,4 1,11 1 1,2 0,52 1,04 3,141592654 0,849486654 33,18945611 488,5832287 23,7856263 2,412335324 0,067929995
10 9,86 44,3 1,2 0,55 2 1,2 0,52 1,04 3,141592654 0,849486654 0,776939811 488,5832287 2,412324279 0,244657635 0,001590189
11 9,86 41,1 0,6 0,49 3 1,2 0,52 1,04 3,141592654 0,849486654 0,34609137 488,5832287 2,238070606 0,226984849 0,000708357
12 9,86 39,5 0,5 0,46 4 1,2 0,52 1,04 3,141592654 0,849486654 0,270751752 488,5832287 2,15094377 0,218148455 0,000554157
13 10,22 441,1 28 1,17 1 1,2 0,52 1,04 3,141592654 0,849486654 38,56446698 544,0771636 24,01977967 2,350271983 0,07088051
14 10,22 49,2 1,1 0,63 2 1,2 0,52 1,04 3,141592654 0,849486654 0,815786801 544,0771636 2,679150215 0,262147771 0,001499395
15 10,22 42,8 0,7 0,5 3 1,2 0,52 1,04 3,141592654 0,849486654 0,412013536 544,0771636 2,33064287 0,228047248 0,00075727
16 10,22 39,7 0,5 0,48 4 1,2 0,52 1,04 3,141592654 0,849486654 0,282523568 544,0771636 2,161834625 0,211529807 0,000519271
π
jari-jari diameter
No
ρudara
daya(Cp)

4. Gambar 1. Grafik hubungan TSR terhadap Cp

5.  Pembahasan
 Pada hasil analisis Tabel 1 dan Gambar 1 bahwa pada setiap kenaikan tip speed ratio (TSR) atau kecepatan ujung sudu akan sebanding
dengan kenaikan koefisien daya (Cp) dimana hal tersebut tergambar pada Gambar 1 yaitu menghasilkan grafik mendekati linear (garis
lurus) antara hubungan TSR terhadap Cp. Oleh sebab hal tersebut dapat kita katakan bahwa kenaikan koefisien daya mendekati
konstan terhadap pertambahan tip speed ratio kincir angin.
 Oleh Gambar 1 kita dapat menganalisisnya melalui hubungan lain yang kita tarik dari persamaan untuk mendapatkan hubungan diatas.
Untuk TSR dan Cp sendiri terdapat satu besaran yang sangat berpengaruh terhadap variasi perubahan nilai dari TSR dan Cp. Besaran
tersebut adalah kecepatan angin, untuk tiap kenaikan kecepatan angin sebanding dengan pertambahan koefisien daya namun
berbanding terbalik dengan tip speed ratio (berdasarkan persamaan), tetapi dalam Tabel 1 dan Gambar 1 tidak menunjukan
keterbalikan antara hubungan TSR dan Cp (sama-sama meningkat).
 Melalui analisis Tabel 1 dan kegiatan praktikum terdapat keterkaitan antara pertambahan jumlah lampu (beban daya) terhadap
pengaruh kecepatan angin pada kincir (energi penggerak kincir) dan efektivitas kecepatan putar poros. Pada tiap kenaikan jumlah
beban daya maka kecepatan rotor akan menurun pada kecepatan angin konstan. Hal tersebut menunjukan bahwa untuk tiap kenaikan
pembebanan (jumlah lampu) akan mengurangi efektifitas dari kecepatan putar poros dan meniadakan pengaruh dari kecepatan angin
terhadap sudu kincir.
 Pada sisi lain kita dapat melihat bahwa untuk kenaikan kecepatan angin pertiap 4 kali pembebanan dapat meningkatkan tegangan,
arus, serta kecepatan putar poros. Hal ini menunjukan bahwa efektifitas kerja poros dapat meningkat sebanding dengan pertambahan
kecepatan angin (kecepatan angin tidak konstan) serta dengan meningkatkan kecepatan angin dapat meniadakan pengaruh dari
pembebanan daya (jumlah lampu) berlebih, tergambar dari kenaikan tegangan dan arus listrik.
 Dari analisis tiap elemen didapatkan kesimpulan bahwa peningkatan kecepatan angin sangat berpengaruh terhadap koefisien daya
dimana hal tersebut menentukan ketersediaan daya bagi tiap pembebanan (peningkatan jumlah lampu), dan tiap kenaikan kecepatan
angin akan meningkatkan efektifitas kecepatan putar poros yang juga berpengaruh dalam peningkatan tip speed ratio serta meniadakan
pengaruh peningkatan pembebanan (jumlah lampu) untuk poros tunggal dari kincir ke motor listrik.
Catatan tafsiran:
Beberapa besaran yang konstan sangat berpengaruh terhadap besaran lain namun juga akan di pengaruhi oleh besaran lain yang mengalami variasi
nilai dan besaran lain yang konstan untuk tiap keadaan. Besaran tersebut saling terkait dan saling meniadakan antara besaran yang satu dengan
yang lain sehingga untuk kasus pada Gambar 1 dapat memenuhi tafsiran diatas dimana TSR terhadap Cp mengalami peningkatan yang sebanding
dalam Gambar 1 namun pada rumus jika kita naikan kecepatan angin, hal tersebut akan membuat TSR dan Cp mengalami keterbalikan.