Kincir Angin Tipe Savonius - DASAR TEORI - UNJUK KERJA EMPAT VARIASI ROTOR KINCIR ANGIN TIPE GI

BAB II DASAR TEORI

2. Kincir Angin Tipe Savonius

Kincir angin tipe savonius yang ditunjukkan seperti Gambar 2.7 merupakan bentuk kincir yang hampir sama dengan giromil karena menggunakan airfoil yang sangat pipih pada profil kincir anginnya, pada kincir angin tipe savonius ini membutuhkan gerakan awal untuk memutarkan kincir.

Gambar 2.7 Kincir Angin Tipe Savonius

Sumber: http://www.researchgate.net/figure/A-Savonius-rotor-and-its- geometric-parameters_fig2_281034536

3) Kincir Angin Tipe Giromill

Kincir angin giromill yang ditunjukkan seperti Gambar 2.8 merupakan tipe kincir angin vertikal yang menggunakan airfoil yang digunakan oleh sayap pesawat, pada turbin angin tipe girmoil menggunakan airfoil yang symmetrical airfoil.

Gambar 2.8 Kincir Angin Giromill.

Sumber : https://www.green-mechanical.com/2013/04/advantages-and- disadvantages-of.html?m=1

2.3 Metode Aoerodinamika

Dalam perancangan suatu kincir angin tentunya membutuhkan yang dinamakan aerodinamis yang dapat kincir angin lebih mudah beroperasi atau lebih efisien tentunya dapat ditopang dengan desain yang begitu baik pula, perancangan yang baik itu merupakan suatu hal yang paling penting dalam suatu rancangan.

2.4 Airfoil NACA

Airfoil NACA (National Advisory Committee for Aeronautics) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.9 adalah salah satu bentuk bodi aerodinamika sederhana yang berguna untuk dapat memberikan gaya angkat tertentu terhadap suatu bodi lainnya dan dengan bantuan penyelesaian matematis sangat memungkinkan untuk memprediksi berapa besarnya gaya angkat yang dihasilkan oleh suatu bodi airfoil.

Gambar 2.9 Penampang Airfoil

Sumber : https://aero-dyne.net/why-does-airfoil-design-make-for-a-better-turning- vane/

• Leading edge

Leading edge merupakan bagian paling depan yang merupakan sebagai gaya angkat pada airfoil pesawat .

• Upper camber

Bagian lengkungan pada bagian atas pada airfoil disebut sebagai upper camber.

• Mean camber

Mean camber merupakan lengkungan bagian tengah pada airfoil.

• Lower camber

Lower camber merupakan lengkungan bagian bawah pada airfoil

• Chord”C”

Garis tengah atau titik pada airfoil disebut sebagai chord “C”

• Trailing edge

Bagian yang paling belakang pada airfoil disebut sebagai trailing edge.

Pada NACA terdapat seri angka, dalam penelitian ini peneliti mengambil NACA dengan seri empat digit angka. Pada airfoil NACA seri empat,digit pertama menyatakan persen maksimum camber terhadap chord. Digit kedua menyatakan persepuluh posisi maksimum camber pada chord dari leading edge, sedangkan dua digit terakhir menyatakan persen ketebalan airfoil terhadap chord.

2.4.1 Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik dapat dirumuskan sebagai berikut :

(1)

dengan :

EK : energi kinetik (joule) m : massa (Kg)

v : kecepatan (m/s)

𝐸𝐾 =1 2𝑚. 𝑣²

maka persamaannya dapat ditulis :

Pa =¹

2𝑚. 𝑣² (2)

dengan :

Pa : daya yang dihasilkan (J/s Watt)

m : massa aliran udara persatuan waktu (kg/s) v : kecepatan angin (m/s)

kemudian menggunakan rumus sebagai berikut:

m = 𝜌. 𝐴. 𝑣 (3)

dengan :

 : massa jenis udara (1,18 kg/m³) A : luas kincir (m²)

Dengan mensubstitusi persamaan 1 dan 2, daya angin (Pa) dapat di rumuskan : Pa =¹

2(𝜌. 𝐴. 𝑣). 𝑣² Dapat disederhanakan :

Pa=¹

2𝜌. 𝐴. 𝑣³ (4)

Luas tangkap angin (swept area ):

𝐴 = 𝐻 ∗ 𝐷

dengan :

H : tinggi kincir angin (m) D : diameter kincir angin (m)

Luas lingkaran yang dibuat rotor saat berputar ( m² ).

2.4.2 Torsi kincir angin

Torsi adalah gaya yang bekerja pada poros yang dihasilkan oleh gaya dorong pada kincir, dimana gaya dorong ini memilki jarak terhadap sumbu poros yang berputar. Torsi dapat dihitung :

𝑇 = 𝐹. 𝑙 (5)

dimana :

T : adalah torsi yang dihasilkan dari putaran poros ( Nm )

F : adalah gaya penyeimbang gaya pada poros akibat dari puntiran ( N ) l : adalah jarak lengan torsi ke poros kincir angin ( m ).

2.4.3 Daya kincir angin

Daya kincir angin adalah daya yang di hasilkan oleh poros kincir akibat energi angin yang melintasi sudu – sudu berdasarkan penemuan ilmuwan Jerman berdasarkan efisiensi maksimum kincir angin sebesar 59.3% ini merupakan bezt limit. Rumus daya kincir angin yang dihasilkan gerak melingkar pada poros kincir angin adalah:

Pout = T. (6)

Dengsn p out adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt), T adalah torsi dinamis (Nm), dan kecepatan sudu (rad/s).

𝜔 = 𝑛putaran

menit = 𝑛2𝜋 rad

60 s = 𝑛. 𝜋

30 detik rad/s

Dengan demikian daya yang dihasilkan oleh kincir angin dinyatakan dengan : Pout=T.𝜔

Pout =T ^𝑛.𝜋

30 watt (7)

dengan :

Pout : daya yang dihasilkan kincir angin n : putaran poros (rpm)

2.4.4 Tip Speed Ratio (𝝀)

Merupakan perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir yang berputar dengan kecepatan angin arus bebas yang melewati kincir angin.

Rumus kecepatan ujung sudu (vt) adalah : vt = 𝜔. l

dengan :

vt : kecepatan ujung sudu

 : kecepatan sudu (rad/s)

l : jarak lengan torsi ke poros (m)

Dengan demikian tip speed ratio (𝜆 ) dapat dirumuskan dengan:

𝜆 = ^{2.𝜋.𝑟.𝑛}

60.𝑣

Dapat disederhanakan dengan:

𝜆 = ^{𝜋.𝑙.𝑛}

30.𝑣 (8)

keterangan :

l : jarak lengan torsi ke poros

n : putaran poros (rpm) v : kecepatan angin (m/s) 2.4.5 Koefisien Daya

Koefisien daya atau power cofisien (Cp) perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir angin (Pout) dengan daya yang dihasilkan oleh angin (Pin).

Sehingga dapat dirumuskan:

Cp = ^𝑃_𝑃^𝑜𝑢𝑡

𝑖𝑛 𝑥100% (9)

dengan :

Pout : daya yang dihasilkan kincir (watt) Pin : daya yang dihasilkan angin (watt)

Lift force dan drag force Lift force

Lift force adalah gaya yang tegak lurus terhadap arah gerakan untuk HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine) gaya ini diharapakan besar.

Drag force

Drag force adalah daya yang sejajar dengan arah gerakan untuk HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine) gaya ini diharapkan kecil.

2.4.6 Betz Limit

Daya angin tidak dapat seluruhnya di tangkap oleh rotor. Udara tetap masih ada di belakang rotor sehingga memungkinkan lebih banyak angin yang melintasinya. Betz Limit ditemukan oleh fisikawan Jerman, Albert Betz pada tahun 1919. Betz mengatakan bahwa tidak ada kincir angin dapat menangkap kincir angin lebih dari (59%) menyerap energi secara total.

Gambar 2.10 Grafik koefisien daya pada berbagai macam tipe kincir angin Sumber: https://www.quora.com/what-is-the-most-efficient-design-for-a-wind- turbine-blade

Mulai

Merancang Air Foil NACA0018 untuk pembuatan blade kincir angin

perancangan dan pembuatan kincir angin

pengujian atau pengambilan data kincir angin

pengolahan data kincir angin

selesai BAB III

METODE PENELITIAN 3.1 Diagram Penelitian

Berikut ini merupakan langkah kerja dalam melakukan penelitian yang dimulai dengan melakukan perancangan, menganalisis data sesuai dengan bagan-bagan berikut :

Gambar 3.1 Diagram pembuatan kincir angin

Untuk melakukan penelitian tentunya dibutuhkan bahan dan alat berikut ini adalah beberapa alat dan bahan yang digunakan.

3.1.1.1 Bahan

Bahan-bahan yang digunakan adalah : 1. Kayu

Kayu ini berfungsi untuk membuat NACA 0021 untuk pembuatan blade kincir angin.

2. Kayu penyambung blade

Fungsi kayu ini adalah untuk menyambungkan NACA 0021 model seperti sayap pesawat.

3. Pipa galvanis

Pipa galvanis berfungsi sebagai poros kincir angin.

4. Seng plat

Seng plat berfungsi untuk menyelimuti NACA 0021 yang sudah dirangkai, yang kemudian nanitnya akan menjadi blade kincir angin.

3.1.1.2 Alat 1. Blower

Blower berfungsi sebagai sumber angin buatan yang menggunakan tenaga listrik.

Gambar. 3.2 Blower

2. Anemometer

Alat ini berfungsi untuk mengukur kecepatan angin.

Gambar. 3.3 Anemometer 3. Alat pengereman

Berfungsi untuk mengukur torsi mekanis yang dihasilkan kincir angin yang diuji. Alat ini dilengkapi dengan piringan cakram untuk sistem pengereman.

Gambar. 3.4 Pengereman kincir angin 4. Neraca pegas

Berfungsi untuk menghitung beban yang diberikan pada sistem pengereman yang diberikan pada piring cakram.

Gambar. 3.5 Neraca pegas 5. Tachometer .

Berfungsi untuk mengukur atau menghitung rpm poros kincir angin.

Gambar. 3.6 Tachometer

3.2 Desain Kincir Angin

Penampang sudu kincir angin yang digunakan sama – sama menggunakan NACA 0021 dan mempunyai empat model variasi penggunaan yaitu, satu tingkat dengan menggunakan dua blade, satu tingkat menggunakan tiga blade, dua tingkat menggunakan tiga blade, dua tingkat menggunakan dua blade.

1. Satu tingkat dengan menggunakan tiga sudu airfoil dengan nomor NACA 0021.

Kincir angin tipe Giromill dengan diameter 80 cm dan panjang blade 1 m.

Gambar. 3.7 Kincir angin satu tingkat tiga sudu

2. Satu tingkat dengan dua sudu airfoil NACA 0021.

Kincir angin tipe Giromill dengan diameter 80 cm dan panjang blade 1 m.

Gambar. 3.8 Kincir angin satu tingkat dau sudu 3. Dua tingkat menggunakan tiga sudu airfoil NACA0021.

Kincir angin tipe Giromill dengan diameter 80 cm dan panjang blade 50 cm.

Gambar. 3.9 Kincir angin dua tingkat tiga sudu.

4. Dua tingkat menggunakan dua sudu airfoil NACA 0021.

Kincir angin tipe Giromill dengan diameter 80 cm dan panjang blade 50 cm.

Gambar. 3.10 Kincir angin dua tingkat dua sudu.

3.3 Proses Pembuatan Kincir Angin

Berikut ini adalah beberapa proses pembuatan sudu kincir angin untuk empat variasi penggunaan sudu dengan menggunakan NACA 0021 serta variasinya.

3.3.1 Memotong NACA 0021.

Memotong NACA 0021 menggunakan gergaji besi yang berfungsi untuk menyambungkan NACA 0021 dengan kayu penyambung, kemudian setelah dipotong melakukan pengukuran sesuai dengan kayu penyambungnya. Seperti yang ada pada gambar di bawah ini.

Gambar 3.11. Profil sudu NACA 0021 yang sudah dibentuk.

3.3.2 Kayu penyambung NACA 0021

Kayu ini berfungsi untuk menyambungkan NACA 0021. Seperti pada gambar di bawah ini.

Gambar 3.12. Kayu penyambung NACA 0021.

dengan menggunakan kayu penyambungan seperti yang ada pada gambar di bawah ini.

Gambar 3.13. Penyambungan profil model sudu NACA 0021

3.3.4 Menyatukan dengan menggunakan seng plat galvanis. Dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 3.14. Proses pembuatan blade NACA 0021

3.3.5 Pembuatan hub

Hub merupakan bagian yang disambungkan dengan blade pada kincir angin.

Gambar. 3.15. Hub penghubung blade kincir angin 3.3.6 Sudu NACA 0021 satu meter dan lima puluh centi meter.

Berikut ini adalah proses pembuatan NACA 0021 menggunakan bahan kayu.

a) Membuat skets untuk NACA 0021 menggunakan komputer yang kemudian dicetak.

b) Tempelkan NACA 0021 yang sudah jadi kemudian skets manual,

kemudian melakukan pemotongan dengan menggunakan pemotong kayu.

Gambar. 3.16. Blade kincir angin berbentuk airfoil

Sistem pengereman pada kincir angin merupakan bagian yang paling utama untuk proses pengambilan data kincir angin, pengereman pada kincir angin bekerja apabila semua sistem kincir angin sudah lengkap. Kemudian dilakukan pengujian atau pengambilan data pada kincir angin dan pada saat itulah sistem pengereman pada kincir angin bekerja dengan maksimal. Pengujiannya yang dilakukan pada pengereman kincir angin ini adalah dengan cara memberikan pembebanan pada sistem pengereman untuk mengetahui bahwa kincir angin sudah bekerja maksimal. Pada sistem pengereman itu sendiri katakan maksimal apabila kincir angin yang diberikan sistem pengereman tidak berputar lagi yang artinya bahwa pada pembebanan tertentu kincir angin akan berhenti dengan beban yang telah diberikan pada sistem pengereman. Penghitungan beban yang kemudian akan menjadikan torsi pada rancangan kincir angin yang sudah dibuat.

3.5 Rangkain Keseluruhan

Setelah semua peralatan kincir angin disiapkan kemudian kincir angin disiapkan dengan merangkai semua yang sudah disiapkan kemudian dilakukan pengambilan data serta di lakukan beberapa perbandingan data dengan empat model atau variasi kincir angin yang sudah dirangkai.

3.6 Langkah Pengambilan Data

Proses pengambilan data pada kincir angin dilakukan di Laboratorium Konfersi Energi, pengambilan data menggunakan angin yang dibantu oleh blower yang mengeluarkan angin buatan yang dapat melakukan pengambilan data secara langsung dengan cara menguji kincir angin apakah berfungsi atau tidak. Dalam melakukan pengambilan data tentunya dibutuhkan peralatan yang berupa tachometer, anemometer, manometer. Beberapa alat sangat dibutuhkan dalam pengambilan data karena dari peralatan ini dapat mengetahui susunan – susunan angka atau hasil pengambilan data, contohnya tachometer. Tachometer berfungsi untuk mengukur kecepatan putaran poros kincir ( rpm ). Manometer merupakan hasil pembebanan dari pengereman yang kemudian dapat menunjukan angka yang

sesuai dengan pembebananya yang telah diberikan, setiap ada pembebanan, pastinya akan diukur pula kecepaatan kincir putaran poros kincir angin.

anemometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan angin yang dihasilkan oleh blower.

Pengambilan data yang pertama dilakukan adalah data kincir angin tipe giromill dengan dua tingkat dua sudu. Pengambilan data ini sesuai dengan standar yang sudah ada, pada proses pengambilan data dimana kincir angin sampai tidak berputar lagi dan itu merupkan hasil data yang sesuai yang diinginkan oleh peneliti. Berikutnya dilakukan pengambilan data yang sama yaitu dua tingkat tiga sudu. Pada pengambilan data jenis ini sama dengan pengambilan data kincir angin yang lainnya. Ada beberapa perbedaan antara ke empatnya yaitu jumlah sudu, tingkatnya, dan panjang blade kincir angin yang digunakan dalam pengambilan data.

3.7 Pengolahan Data

Setelah mempunyai data hasil penelitian kemudian dilakukan pengolahan data yang bertujuan untuk mencari data yang paling baik untuk digunakan sebagai acuan untuk mendapatkan tingkat efisiensi yang baik, dari hasil pengolahan data yang telah diuji pada ke empat model atau variasi kincir angin yang telah dibuat.

Pengolahan data tentunya yang harus mengacu pada standar pengolahan perhitungan data, pastinya sesuai dengan standar yang telah didapatkan dari materi perkuliahan tentang rekayasa tenaga angin tentunya. Pengolahan data yang dibutuhkan tentunya penghitungan – penghitungan angka akan menjadi acuan juga. Hasil penghitungan angka penelitian inilah yang menjadikan bagian yang paling penting karena dari angka hasil penghitungan dapat mengetahui hasil kinerja kincir atau efisiensi. Tujuan dari peneilitian ini tentunya berbicara mengenai angka – angka yang menjadikan acuan untuk penelitan selanjutnya yang mungkin akan melakukan penelitian yang sama dan lebih efisien.

HASIL DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Penelitian.

Data merupakan bagian terpenting dalam melakukan penelitian, berikut ini adalah empat hasil pengambilan data kincir angin profil sudu NACA 0021 tipe Giromill, dua tingkat dua sudu, dua tingkat tiga sudu, satu tingkat dua sudu, satu sudu tiga tingkat. Tabel di bawah ini merupakan hasil pengambilan data kincir angin yang sudah dilakukan pengujian sesuai dengan standar yang sudah ditentukan.

Berikut ini adalah empat variasi data hasil penelitian kincir angin VAWT ( vertical axis win turbine ) tipe giromill dengan profil sudu NACA 0021. Data hasil penelitian ini dapat dilihat pada tabel – tabel berikut.

Tabel 4.1. Data hasil penelitian pada kincir angin dua tingkat dua sudu untuk kecepatan angin 8 m/s.

Gaya pengimbang, F Putaran kincir

(gram) (N) (rpm)

0 0 747,1

0 0 983,4

0 0 749,4

0 0 746,8

300 2,94 661,7

300 2,94 679,6

300 2,94 663,5

300 2,94 604,4

350 3,43 523,6

Tabel 4.1. Data hasil penelitian pada kincir angin dua tingkat dua sudu untuk kecepatan angin 8 m/s (lanjutan).

Gaya pengimbang, F Putaran kincir

(gram) (N) (rpm)

Tabel 4.2. Data hasil penelitian pada kincir angin dua tingkat tiga sudu untuk kecepatan angin 8 m/s

Gaya pengimbang, F Putaran kincir

(gram) (N) (rpm)

Tabel 4.2. Data hasil penelitian pada kincir angin dua tingkat tiga sudu untuk kecepatan angin 8 m/s (lanjutan).

Gaya penyeimbang, F Putaran kincir

(gram) (N) (rpm)

Tabel 4.3. Data hasil penelitian pada kincir angin satu tingkat dua sudu untuk kecepatan angin 8 m/s

Gaya pengimbang, F Putaran kincir

(gram) (N) (rpm)

Tabel 4.3. Data hasil penelitian pada kincir angin satu tingkat dua sudu untuk kecepatan angin 8 m/s (lanjutan).

Gaya pengimbang, F Putaran kincir

(gram) (N) (rpm)

170 1,67 551,7

170 1,67 500

170 1,67 549,3

170 1,67 531,3

200 1,96 467,2

200 1,96 468,3

200 1,96 428,2

200 1,96 454,9

270 2,65 376,4

270 2,65 394,3

270 2,65 372,2

270 2,65 345,2

400 3,92 210,5

400 3,92 273,5

400 3,92 227,8

400 3,92 206,5

490 4,81 191,5

490 4,81 128,2

490 4,81 176,3

490 4,81 181,2

500 4,91 0

Tabel 4.4. Data hasil penelitian pada kincir angin satu tingkat tiga sudu untuk kecepatan angin 8 m/s.

Gaya pengimbang, F Putaran kincir

(gram) (N) (rpm)

Tabel 4.4. Data hasil penelitian pada kincir angin satu tingkat tiga sudu untuk kecepatan angin 8 m/s (lanjutan).

Gaya pengimbang, F Putaran kincir

(gram) (N) (rpm)

4.2 Hasil Perhitungan dan Pengolahan Data

Kecepatan sudut kincir angin , torsi kincir angin ( T ),daya masukan ( Pin ), daya yang dihasilkan ( Pout ), tip speed ratio ( TSR ), koefisien daya ( Cp

). Contoh data yang di ambil pada tabel 4.1

4.2.1 penghitungan torsi

T = F. l

= 2,94 N . 0,2 m

= 0.59 Nm 4.2.2 Penghitungan daya kincir angin

Pout = T.ω

= 0,59 Nm . 69,29 rad/s

= 40,79 watt 4.2.3 Penghitungan tip speed ratio

𝜆 = 𝑟. 𝜔 𝑣

= 69,29 𝑟𝑎𝑑 𝑠⁄ . 0,4 𝑚 8 𝑚/𝑠

= 3,46

4.2.4 penghitungan koefisien daya Cp = ^{𝑝 𝑜𝑢𝑡}

𝑝 𝑖𝑛 𝑥 100%

= 40,79 𝑤𝑎𝑡𝑡

241,66 𝑤𝑎𝑡𝑡 x 100

= 16,88 %

4.3 Hasil Perhitungan

Tabel 4.5. Data hasil penelitian pada kincir angin dua tingkat dua sudu dengan kecepatan angin 8 m/s.

Gaya

Tabel 4.5. Data hasil penelitian pada kincir angin dua tingkat dua sudu dengan kecepatan angin 8 m/s (lanjutan).

Gaya

Tabel 4.6 data hasil penelitian pada kincir angin dua tingkat tiga sudu dengan kecepatan angin 8 m/s.

Gaya

39 Tabel 4.6 data hasil penelitian pada kincir angin dua tingkat tiga sudu dengan kecepatan angin 8 m/s (lanjutan).

Gaya

Tabel 4.7 data hasil penelitian pada kincir angin satu tingkat dua sudu dengan kecepatan angin 8 m/s.

Gaya

Tabel 4.8 data hasil penelitian pada kincir angin satu tingkat tiga sudu dengan kecepatan angin 8 m/s.

4.4 Grafik Perhitungan.

Pengolahan data pada sub bab di atas mendapatkan grafik hasil peneltian dan penghitungan data. Grafik-grafik tersebut antara lain grafik antara daya dan torsi, grafik hubungan antara poros dan torsi, dan grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio λ. Di bawah ini merupakan grafik – grafik yang sesuai dengan hasil penelitian :

4.4.1 Grafik hubungan putaran atau kecepatan rotor kincir angin dengan torsi kincir angin giromill dua tingkat dua sudu dengan profil sudu NACA 0021.

Gambar. 4.1. Hubungan antara kecepatan putaran rotor dengan torsi

1200 1000 800 600 400 200

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

Torsi ( Nm)

Kecepatan putaran rotor ( rpm )

4.4.2 Grafik hubungan putaran atau kecepatan rotor kincir angin dengan torsi kincir angin giromill dua tingkat tiga sudu dengan profil sudu NACA 0021.

Gambar. 4.2. Hubungan antara kecepatan putaran rotor dan torsi

4.4.3 Grafik hubungan putaran atau keceaptan rotor kincir angin dengan torsi kincir angin giromill satu tingkat dua sudu dengan profil sudu NACA 0021.

Gambar.4.3. Hubungan antara kecepatan putaran rotor dan torsi

1200

Kecepatan putaran rotor ( rpm ) Kecepatan putaran rotor ( rpm )

Gambar. 4.5. Hubungan antara daya yang di hasilkan dan torsi 4.4.4 Grafik hubungan putaran atau kecepatan rotor kincir angin dengan torsi kincir angin giromill satu tingkat tiga sudu dengan profil sudu NACA 0021.

Gambar. 4.4. Hubungan antar kecepatan putaran rotor dan torsi

4.4.5 Grafik hubungan daya dan torsi kincir angin tipe giromill dua tingkat dua sudu menggunakan profil sudu NACA 0021.

900 Daya out put Pout ( watt) Kecepatan putaran rotor ( rpm )

Gambar.4.7 Hubungan antara daya yang di hasilkan dan torsi 4.4.6 Grafik hubungan daya dan torsi kincir angin tipe giromill dua tingkat tiga sudu menggunakan profil sudu NACA 0021.

Gambar. 4.6. Hubungan antara daya yang di hasilkan dan torsi

4.4.7 Grafik hubungan daya dan torsi kincir angin tipe giromill satu tingkat dua sudu menggunakan profil sudu NACA 0021.

60 50 40 30 20 10

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Torsi (Nm)

25 20 15 10 5

0 0.2 0.4 0.6

Torsi ( Nm )

0.8 1 1.2

Daya output (watt)Daya out put Pout ( Watt )

4.4.8 Grafik hubungan daya dan torsi kincir angin tipe giromill satu tingkat tiga sudu menggunakan profil sudu NACA 0021

Gambar. 4.8 Hubungan antara daya yang di hasilkan dan torsi

4.4.9 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio kincir angin tipe giromill dua tingkat dua sudu.

Cp = -3.0391λ² + 14.783λ – 2.086

𝑑𝐶𝑝 𝑑 = 0

0 = 2 (-3.0391λ ) + 14.783 0 = -6.0782 + 14.783

6.0782 λ = 14.783 λ = ^14.783

6.0782

λ = 2.43

Cp = -3.0391 (2.43 )² + 14.783 ( 2.43 ) – 2.086

= 15.9%

0 0.2 0.4 0.6

Torsi ( Nm )

0.8 1 1.2

Daya out put Pout ( Watt )

Gambar. 4.9. Hubungan antara koefisien daya dan tip speed ratio

4.4.10 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio kincir angin tipe giromill dua tingkat tiga sudu.

Cp = -3.4793 λ² + 18.384-1.3874

Koefisien Daya, Cp ( %)

Gambar. 4.10 Hubungan antara koefisien daya dan tip speed ratio

4.4.11 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio kincir angin tipe giromill satu tingkat dua sudu.

Cp = -1.4563λ² + 6.2432λ + 2,2216

𝑑𝐶𝑝 𝑑 = 0

0 = 2 (-1.4563λ ) + 6.2432 0 = - 2.9126 + 6.2432

2.9126 λ = 6.2432 λ = ^6.2432

2.9126

λ = 2.14

Cp = - 1.4563(2.14 )² + 6.2432 ( 2.14 ) + 2.2216

= 8.92%

10 Cp = -3,4793²+ 18,384 - 1,3874

0.00 1.00 2.00 3.00

Tip speed ratio ( λ )

4.00 5.00 6.00

Koefisien Daya, Cp ( % )

Gambar. 4.11. Hubungan antara koefisien daya dan tip speed ratio

4.4.12 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio kincir angin tipe giromill satu tingkat tiga sudu.

Cp= -2.3156λ² + 9.2432λ – 0.7093

Koefisien Daya,Cp ( % )

Gambar. 4.12. Hubungan antara koefisien daya dan tip speed ratio

4.4.13 Grafik perbandingan kecepatan putaran rotor ( rpm ) dengan torsi kincir angin ( Nm ).

Gambar. 4.13 Perbandingan kecepatan rotor dan torsi

12 10 8 6

4 Cp= -2,3156²+ 9,6772 - 0,7093 2

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

Tip speed ratio ( λ )

1200 1000

800

2 tingkat 2 sudu

600 2 tingkat 3 sudu

400 1 tingkat 2 sudu

200 1 tingkat 3 sudu

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Torsi ( Nm ) Kecepatan putaran rotor ( rpm ) Koefisien Daya,Cp ( % )

4.4.14 Grafik perbandingan koefisien daya ( % ) dengan tip speed ratio (λ).

Gambar. 4.14 Perbandingan koefisien daya dan tip speed ratio

4.4.15 Grafik perbandingan empat model kincir angin tipe giromill, perbandingan daya yang di hasilkan ( Pout ) dengan torsi ( Nm ).

Gambar. 4.15 Perbandingan daya yang di hasilkan dan torsi.

Daya output (watt)Koefisien Dya, Cp ( % )

4.5 PEMBAHASAN

Hasil penelitian kincir angin tipe giromill dengan menggunakan airfoil dapat bekerja dengan baik, setiap model atau tipe kincir angin menghasilkan tingkatan efisiensi yang berbeda – beda nilainya. pada Gambar 4.1 sampai dengan Gambar 4.4 menunjukan grafik hubungan putaran atau kecepatan rotor kincir angin dengan torsi kincir angin.Gambar 4.5 sampai dengan 4.8 menujukan hasil grafik hubungan daya dan torsi kincir angin tipe giromill dua tingkat dua sudu menggunakan profil sudu NACA 0021. Gambar 4.9 sampai dengan Gambar 4.12 menunjukan hasil grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio kincir angin tipe giromill satu tingkat tiga sudu. Setiap model kincir angin tipe giromill mempunyai kecepatan yang berbeda – beda yang kemudian akan menghasilkan nilai yang berbeda.

Pada penelitian ini tingkat efisiensi juga merupakan bagian dari pertimbangan suatu penelitian yang mana tingkat efisiensi akan menunjukan kualitas atau sistem kerja kincir angin. Berikut ini merupakan hasil perolehan data dalam bentuk persentase :

a. Kincir angin tipe giromill dua tingkat dua sudu dengan menggunakan airfoil NACA 0021 menghasilkan tingkat efisiensi 15.9% dengan kecepatan rotor yang tertinggi 604 rpm dengan nilai torsi 0.59Nm.

b. Kincir angin giromill dua tingkat tiga sudu dengan menggunakan airfoil NACA 0021 menghasilkan tingkat efisiensi 22.8 % dengan kecepatan rotor yang tertinggi 555 rpm dengan nilai torsi 0.98 Nm.

c. Kincir angin tipe giromill satu tingkat dua sudu dengan menggunakan airfoil NACA 0021 menghasilkan tingkat efisiensi 8.92% dengan kecepatan rotor yang tertinggi 394 rpm dengan nilai torsi 0.53 Nm.

d. Kincir angin tipe giromill satu tingkat tiga sudu dengan menggunakan airfoil NACA 0021 menghasilkan tingkat efiseinsi 9.38% dengan kecepatan rotor yang tertinggi 345 rpm dengan torsi 0.59 Nm.

BAB V PENUTUP 5.1. KESIMPULAN

Berdasarkan hasil dari penelitian yang dilakukan oleh peneliti dengan mengambil judul “Unjuk Kerja Empat Model Rotor Kincir Angin Tipe Giromill Dengan Profil Sudu Naca 0021”, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Peneliti telah berhasil membuat kincir angin tipe vertikal tiga sudu menggunakan profil sudu NACA 0021 dengan variasi satu dan dua tingkat.

2. Koefisien daya setiap model kincir angina tipe Giromill menggunakan profil airfoil sudu NACA 0021 adalah sebagai berikut:

a. Kincir angin tipe giromill dua tingkat dua sudu dengan menggunakan airfoil NACA 0021 menghasilkan koefisien daya maksimum sebesar 15.9%.

b. Kincir angin giromill dua tingkat tiga sudu dengan menggunakan airfoil NACA 0021 menghasilkan koefisien daya maksimum sebesar 22.8 %.

c. Kincir angin tipe giromill satu tingkat dua sudu dengan

Dalam dokumen UNJUK KERJA EMPAT VARIASI ROTOR KINCIR ANGIN TIPE GIROMILL DENGAN PROFIL SUDU NACA 0021 SKRIPSI. Diajukan Untuk Memenuhi Sebagai Persyaratan (Halaman 23-0)