Objek Penelitian - METODE PENELITIAN - UNJUK KERJA KOMBINASI KINCIR ANGIN GIROMILL TIGA SUDU DE

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Objek Penelitian

Objek yang akan diteliti adalah kombinasi antara kincir angin giromill dan Savonius dengan sudu giromill tiga sudu seperti pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Kombinasi kincir angin giromill tiga sudu dengan kincir Savonius

Sudu giromill yang digunakan pada penelitian ini adalah airfoil berbentuk simetris dengan panjang chord dibuat sebesar 20 cm dan lebar 7 cm. Skematik bentuk dari sudu airfoil digambarkan pada Gambar 3.2

Gambar 3.2 Skematik Airfoil Dengan Panjang Chord 20 cm

Pada penelitian ini menggunakan variasi sudut kemiringan pada sudu giromill 0°, 5°, dan -5° seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.3.

(a) (b) (c)

Gambar 3.3 Variasi Sudut Kemiringan Pada Penampang Sudu Giromill. (a) 5°; (b) 0°; (c)-5°

19 3.2 Diagram Penelitian

Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perencanaan kincir hingga analisis data. Langkah kerja dalam penelitian ini dalam bentuk gambar diagram alir seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Diagram Alur Penelitian

Ada tiga jenis perlakuan metode untuk melakukan penelitian ini, yaitu : 1. Penelitian Kepustakaan (Library Research)

Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur–literatur yang berhubungan dengan penulisan tugas akhir ini serta dapat dipertanggung jawabkan kebenarannya.

20 2. Pembuatan Alat

Pembuatan alat uji kincir angin tipe propeller dilakukan di Laboratorium konversi energi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Kincir yang sudah jadi dipasang pada Stand kincir angin poros vertikal dan motor listrik sebagai sumber tenaga untuk menghasilkan tenaga angin untuk memutar kincir.

3. Pengamatan Secara Langsung (Observasi)

Metode observasi ini dilakukan dengan mengamati secara langsung terhadap objek yang diteliti yaitu kincir angin.

3.3 Bahan dan Peralatan Penelitian

Dalam proses pembuatan kombinasi kincir angin giromill dan Savonius dengan sudu giromill tiga sudu memerlukan alat dan bahan sebagai berikut:

3.3.1 Bahan Kincir Angin

Bahan yang dibutuhkan untuk pembuatan komponen kincir angin dalam penelitian sebagai berikut:

1. Papan Triplek (Plywood)

Papan triplek ini dibantuk sesuai pola dan digunakan sebagai penampang serta sebagai kerangka airfoil. Ketebalan yang dibutuhkan sebesar 1 cm.

2. Pipa Besi ø 3 cm

Pipa ini digunakan sebagai poros dari kincir angin. Bahan besi dipilih agar dapat dilakukan proses penyambungan dengan las.

3. Kayu

Digunakan sebagai kerangka pada sudu dengan bentuk batangan.

4. Seng Lembaran

Seng lembaran digunakan untuk menutup rangka sudu atau sebagai selimut dari sudu Giromill dan juga kincir angin Savonius.

5. Paku

Paku digunakan untuk mengikat seng lembaran pada rangka sudu kincir angin Giromill dan juga Savonius.

6. Isolasi

Penggunaan isolasi untuk merekatkan seng lembaran yang membentuk rongga

21 pada bagian belakang sudu.

7. Mur, Baut, dan Ring.

Digunakan sebagai pengikat dari kerangka kincir angin giromill dan Savonius.

8. Plat

Plat ini terbuat dari besi yang digunakan sebagai penghubung Giromill dan poros.

9. Socket Sock Paralon PVC

Bahan ini digunakan untuk menambah diameter dari pipa poros agar dapat dipasang dan dikunci pada bearing stand kincir angin poros vertikal

10. Gear freewheel 18T

Penggunaan gear freewheel 18T ini untuk menghubungkan kincir Savonius terhadap poros kincir. Selain itu agar kincir Savonius tidak membebanin kincir angin giromill pada saat kecepatan putar poros tinggi.

3.3.2 Peralatan Pendukung Penelitian

Beberapa peralatan yang dibutuhkan dalam penelitian adalah sebagai berikut:

1. Mesin Bor

Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan angin, dan juga digunakan untuk mengukur suhu angin di sekitar lingkungan. Gambar 3.5 menunjukan bentuk dari anemometer.

Gambar 3.5 Anemometer 11. Sistem Pengereman

Sistem pengereman seperti pada Gambar 3.6 berfungsi sebagai beban pada putaran kincir. Sistem pengereman ini digunakan untuk mengetahui besarnya torsi dan kecepatan putaran kincir angin. Mekanisme pengereman poros kincir yang berputar dihubungkan dengan mekaisme pengereman yang diberi pembeban.

Gambar 3.6 Sistem Pengereman 12. Stand Kincir Angin Poros Vertikal

Alat ini digunakan sebagai tempat berdirinya atau dipasangnya kincir angin untuk melakukan pengujian seperti ditunjukan pada Gambar 3.7. Poros

dari kincir angin diletakan dan dikunci pada bantalan (bearing) agar mudah berputar.

Gambar 3.7 Stand Kincir Angin Poros Vertikal 13. Fan Blower

Fan blower berfungsi untuk menghisap udara yang akan disalurkan ke wind tunnel, fan blower dengan daya penggerak motor 5,5 kW. Gambar 3.8 akan menunjukan bentuk dari fan blower.

Gambar 3.8 Fan Blower 14. Tachometer

Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan putaran poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (revolution per

minute). Jenis tachometer yang digunakan adalah digital tachometer, cara kerjanya cukup sederhana meliputi 3 bagian, yaitu: sensor,pengolah data dan penampil. Gambar 3.9 menunjukan bentuk tachometer.

Gambar 3. 9 Tachometer 15. Neraca Pegas

Neraca pegas digunakan untuk mengetahui beban pengereman pada kincir pada saat kincir angin berputar. Gambar 3.10 menunjukan bentuk dari neraca pegas yang digunakan dalam penelitian. Neraca pegas ini diletakan pada bagian sistem pengereman dan dihubungkan dengan kopling dengan jarak yang telah disesuaikan.

Gambar 3.10 Neraca Pegas

25 3.4 Perancanan Kincir Angin

Tahap-tahap pengerjaan yang dilakukan dalam pembuatan kincir angin giromill dan Savonius pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Perancangan dan desain kincir angin

Gambar 3.11 Desain Konbinasi Kincir Angin Giromill Dan Savonous

2. Pembuatan dan perakitan sudu kincir angin giromill

Gambar 3.12 Pembuatan Sudu Kincir Angin Giromill

3. Pembuatan dan perakitan kincir Savonius

Gambar 3.13 Pembuatan dan Perakitan Kincir Savonius

27 4. Perakitan kincir

Gambar 3.14 Perakitan Kincir 3.5 Variabel yang Diukur

Proses pengambilan data atau variabel yang diukur dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

a. Kecepatan angin (m/s) b. Putaran poros (rpm) c. Gaya pengimbang (N)

3.6 Parameter yang Dihitung

Untuk mendapat karakteristik yang diperoleh saat penelitian digunakanlah parameter sebagai berikut :

a. Daya angin (Pin) b. Daya kincir (Pout) c. Beban Torsi (T) d. Koefisien daya (Cp)

28 e. Tip Speed Ratio (tsr)

f. Kecepatan Sudu (ω)

3.7 Sistematis Pengambilan Data

Untuk mempermudah memahami proses pengambilan data pada model kincir angin kombinasi antara giromill dan Savonius, disajikan skematis peletakan alat ukur saat pengambilan data seperti pada Gambar 3.15.

Gambar 3.15 Skema Pengujian kincir Angin Kombinasi Giromill Dan Savonius Dari Gambar 3.15 tersebut, skema pengujian kincir angin kombinasi giromill dan Savonius dapat dijelaskan sebagai berikut :

a. Fan Blower

Angin yang berada dibelakang fan blower dihembuskan ke depan dengan Fan Blower. Sehingga angin berhembus dari fan blower menuju kincir angin. Kecepatan putar fan blower dapat diatur dengan invertor.

b. Tiang anemometer

Angin yang berhembus dapat dideteksi kecepatannya dengan indikator Anemometer. Diusahakan kecepatan angin yang berhembus sesuai dengan kecepatan angin yang diinginkan dalam pengambilan data.

29 c. Sistim pengereman

Poros kincir angin yang berputar diberi mekanisme pengereman, adanya pengereman menyebabkan torsi, besarnya torsi dapat dihitung dengan cara gaya tangensial dikali panjang lengan torsi. Besarnya gaya tangensial dapat dilihat pada neraca pegas. Mekanisme pembebanan yang dilakukan berangsur-angsur hingga kincir angin berhenti.

3.8 Prosedur Pengambilan Data

Prosedur yang dilakukan untuk mendapatkan data dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Mempersiapkan kincir angin yang telah dibuat dan peralatan yang menunjang pengambilan data penelitian.

2. Memasang kincir angin pada porosnya dengan dikencangkan menggunakan baut pada bantalan (bearing) stand kincir angin.

3. Anemometer dipasang tepat di depan muka kincir angin yang berhadapan dengan blower.

4. Memulai penelitian dengan menyalakan blower. Kemudian mengatur kecepatan angin yang dihasilkan blower dengan inverter untuk mendapatkan kecepatan angin 7,5 m/s. Kemudian tunggu sesaat sampai hembusan angin dari blower dan putaran kincir steady.

5. Jika kecepatan angin sudah sesuai langkah selanjutnya mengatur sistem pembebanan. Untuk menambah pembebanan dilakukan dengan cara penambahan karet.

6. Lakukan pengambilan data kecepatan putar poros kincir angin (n) setiap dilakukan penambahan beban, pengukuran dilakukan pada bagian poros yang sudah diberi lakban aluminium foil dengan menggunakan tachometer.

7. Lakukan pengambilan data pengukuran beban (N) dari tanpa beban (beban nol) hingga beban maksimal atau hingga kincir angin berhenti.

8. Lakukan pengulangan pengujian hingga 3 kali dan mencatat data yang terukur pada tachometer, dan neraca pegas.

9. Menambahkan beban secara bertahap pada mekanisme pembebanan. Setiap penambahan beban, lakukan kembali langkah 6, 7, dan 8 sampai kincir angin berhenti berputar.

10. Matikan blower jika kincir berhenti berputar karena pembebanan.

11. Selanjutnya lakukan pengulangan dari langkah 4-9 dengan mengubah variasi sudut sudu giromill sampai semua pengambilan data dari setiap variasi selesai.

12. Jika sudah selesai matikan, dan merapikan seluruh peralatan penelitian.

3.9 Pengolahan Data

Berikut adalah beberapa cara yang digunakan untuk mengolah data sebagai berikut:

a. Data yang diperoleh dari hasil penelitian dimasukan ke dalam Tabel 4.1, 4.2, dan 4.3.

b. Jika gaya pengimbang sudah diketahui dan jarak lengan torsi sudah di ketahui maka torsi (N.m) dapat dicari dengan Persaman (2.8).

c. Setelah kecepatan angin (v) sudah didapatkan dari pengukuran menggunakan anemometer dan luas penampang kincir angin (A) sudah didapat maka daya angin (Pin) maka dapat dihitung dengan persaman (2.5).

d. Untuk mengetahui daya kincir angin (Pout) terlebih dahulu harus menghitung kecepatan sudu (ω), selanjutnya dapat dikali dengan beban torsi (N.m).

e. Dengan membandingkan kecepatan yang terjadi pada ujung sudu (vt) dengan kecepatan angin (v) dapat digunakan untuk menghitung tip speed ratio (λ) sesuai dengan Persaman (2.11).

f. Untuk menghitung koefisien daya dapat dilakukan dengan cara membandingkan daya kincir angin (Pout) dengan daya angin (Pin).

g. Jika perhitungan sudah selesai dilakukan maka dapat dilakukan pembuatan grafik untuk mengetahui karakteristik kincir angin.

BAB IV

ANALISIS DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Penilitian

Dari hasil pengujian kincir angin didapatkan data yang meliputi: kecepatan angin yang menerpa kincir angin (v ; m/s), besar beban yang diterima kincir angin (F ; newton), dan kecepatan putaran yang dihadikan kincir angin (n ; rpm). Data yang diambil menggunakan tiga variasi sudut kemiringan sudu Giromill sebesar 0o, 5o, dan -5o dengan kecepatan angin yang dihasilkan oleh blower 7,5 m/s.

Pengambilan data pengujian dilakukan sebanyak tiga kali dari setiap variasi sudut kemiringan sudu.

Pada sudut kemiringan sudu sebesar 0o, 5o, dan -5o, data yang dihasilkan dari pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.1, Tabel 4.2, dan Tabel 4.3. Data hasil pengujian pada ketiga table tersebut diolah menggunakan bantuan software Microsoft Office Excel untuk menghitung parameter yang dibutuhkan, yaitu meliputi: besar torsi yang diberikan (T; Nm), kecepatan sudut kincir angin (ω;

rad/s), daya yang terdapat dalam angin (Pin; watt), daya yang dihasilkan kincir angin (Pout; watt), tip speed ratio (TSR), dan koefisien daya atau bisa disebut effisiensi kincir angin (Cp; %).

Tabel 4.1 Data Hasil Penelitian Kombinasi Kincir Angin Giromill Dan Savonius Dengan Variasi Sudut Kemiringan Sudu Giromill 0° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s

No Putaran Poros (rpm) Gaya Penyeimbang (N) 1

Tabel 4.1 Data Hasil Penelitian Kombinasi Kincir Angin Giromill Dan Savonius Dengan Variasi Sudut Kemiringan Sudu Giromill 0° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s (lanjutan) No Putaran Poros (rpm) Gaya Penyeimbang (N)

Tabel 4.2 Data Hasil Penelitian Kombinasi Kincir Angin Giromill Dan Savonius Dengan Variasi Sudut Kemiringan Sudu Giromill 5° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s

No Putaran Poros (rpm) Gaya Pengimbang (N) 1

Tabel 4.3 Data Hasil Penelitian Kombinasi Kincir Angin Giromill Dan Savonius Dengan Variasi Sudut Kemiringan Sudu Giromill -5° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s

No Putaran Poros (rpm) Gaya Pengimbang (N) 1

Tabel 4.3 Data Hasil Penelitian Kombinasi Kincir Angin Giromill Dan Savonius Dengan Variasi Sudut Kemiringan Sudu Giromill -5° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s (lanjutan) No Putaran Poros (rpm) Gaya Pengimbang (N)

4.2 Pengelolahan Data

Dalam perhitungan data diambil dari Tabel 4.1 pada langkah percobaan ke dua (2) dan pembebanan lima (5). Sedangkan untuk pengolahan data menggunakan beberapa asumsi untuk mempermudah dalam proses perhitungan, sebagai berikut:

a. Panjang lengan torsi : 20 cm pembebanan ke lima (5) pada langkah percobaan ke dua (2). Data yang diperoleh

gaya pengimbang (F) sebesar 2,50 N dan panjang lengan torsi (l) 0,2 m. Torsi dapat dihitung menggunakan persamaan (2.8) sebagai berikut:

T = F. l

= (2,50 N ).(0,2 m)

= 0,5 N.m

Jadi torsi yang dihasilkan pada percobaan tersebut adalah 0,5 N.m 4.2.2 Perhitungan Daya Angin

Dalam perhitungan daya angin, sebagai contoh diambilkan data pada Tabel 4.1 pembebanan ke lima (5) pada langkah percobaan ke dua (2). Data yang diperoleh gaya pengimbang (F) sebesar 2,50 N, kecepatan putar poros (n) sebesar 162 rpm, luas tangkap angin (A) sebesar 0,4 m², kecepatan angin (v) 7,5 m/s dan massa jenis udara (ρ) 1,18 kg/m³. Jika sudah diketahui variasi tersebut maka daya angin dapat dihitung sesuai persamaan (2.5) sebagai berikut:

Pin = ¹

2ρ A v³

= ( ¹

2).(1,18 kg/m³).(0,4 m²).(7,5 m/s)³ = 99,56 watt

Jadi daya angin yang dihasilkan sebesar 99,56 watt 4.2.3 Perhitungan Kecepatan Sudu

Dalam perhitungan kecepatan sudu, sebagai contoh diambilkan data pada Tabel 4.1 pembebanan ke lima (5) pada langkah percobaan ke dua (2). Data yang diperoleh gaya pengimbang (F) sebesar 2,50 N, dan kecepatan putar poros (n) sebesar 162 rpm.

Sehingga kecepatan sudu dapat dihitung menggunakan persamaaan (2.7) sebagai berikut: Jadi kecepatan sudu yang dihasilkan sebesar 16,96 rad/s 4.2.4 Perhitungan Daya Kincir Angin

Dalam perhitungan daya kincir angin sebagai contoh diambilkan data pada Tabel 4.1 pembebanan ke lima (5) pada langkah percobaan ke dua (2). Data yang diperoleh gaya pengimbang (F) sebesar 2,50 N, kecepatan putar poros (n) sebesar 162 rpm, dan torsi (T) sebesar 0,50 N.m, dan kecepatan sudu kincir angin (ω) sebesar 16,96 rad/s. Sehingga daya kincir angin dapat dihitung dengan persamaan (2.6) sebagai berikut :

Pout = 𝑇 . 𝜔

= 0,50 N.m .16,96 rad/s

= 8,48 watt

Jadi daya kincir angin yang dihasilkan sebesar 8,48 watt 4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio

Dalam perhitungan tip speed ratio sebagai contoh diambilkan data pada Tabel 4.1 pembebanan ke lima (5) pada langkah percobaan ke dua (2). Data yang diperoleh gaya pengimbang (F) sebesar 2,50 N, kecepatan putar poros (n) sebesar 162 rpm, jari-jari kincir angin (r) sebesar 0,40 m , dan kecepatan angin angin (v) sebesar 7,5 m/s. Untuk mengetahui nilai tip speed ratio (λ) dapat dihitung dengan persamaan (2.11) sebagai berikut: Jadi tip speed ratio yang dihasilkan sebesar 0,90

37 4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya

Dalam koefisien daya sebagai contoh diambilkan data pada Tabel 4.1 pembebanan ke lima (5) pada langkah percobaan ke dua (2). Data yang diperoleh gaya pengimbang (F) sebesar 2,50 N, kecepatan putar poros (n) sebesar 162 rpm.

Sehingga nilai yang diproleh daya angin (Pin) sebesar 99,56 watt dan daya kincir angin (Pout) sebesar 8,48 watt. Untuk menghitung nilai koefisien daya (C^p) dapat dilakukan sesuai persamaan (2.14) sebagai berikut:

Cp =^{𝑃𝑜𝑢𝑡}

𝑃𝑖𝑛 100 %

=

^{8,48 𝑤𝑎𝑡𝑡}

99,56 𝑤𝑎𝑡𝑡 100 %

= 8,52 % Jadi koefisien daya yang dihasilkan sebesar 8,52 %

4.3 Hasil Pengolahan Data

Tabel 4.4 Data Hasil Perhitungan Kombinasi Kincir Angin Giromill Tiga Sudu Dengan Kincir Savonius Pada Variasi Sudut Kemiringan Sudu Giromill 0° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s

Tabel 4.4 Data Hasil Perhitungan Kombinasi Kincir Angin Giromill Tiga Sudu Dengan Kincir Savonius pada Variasi Sudut Kemiringan Sudu Giromill 0° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s (lanjutan)

Tabel 4.5 Data Hasil Perhitungan Kombinasi Kincir Angin Giromill Tiga Sudu Dengan Kincir Savonius Pada Variasi Sudut Kemiringan Sudu Giromill 5° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s

No. Dengan Kincir Savonius Pada Variasi Sudut Kemiringan Sudu Giromill -5° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s

Tabel 4.6 Data Hasil Perhitungan Kombinasi Kincir Angin Giromill Tiga Sudu Dengan Kincir Savonius Pada Variasi Sudut Kemiringan Sudu Giromill -5° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s (lanjutan)

4.4 Grafik Hasil Pengolahan Data

Setelah data hasil perhitungan kombinasi kincir angin giromill tiga sudu dengan kincir Savonius pada variasi sudut kemiringan sudu 0°, -5°, dan 5° pada kecepatan angin rata-rata 7,5 m/s yang terdapat dalam tabel 4.4, 4.5, dan 4,6 telah

diketahui, maka data tersebut akan di olah kembali kedalam bentuk grafik untuk mengetahui hubungan antara kecepatan putar poros kincir angin (n) dengan beban torsi (T) dan mengetahui hubungan antara koefisisen daya (Cp) dengan tip speed ratio (λ). Grafik dibuat sesuai dengan model variasi sudu yang digunakan sebagai berikut:

4.4.1 Grafik Hasil Perhitungan Kombinasi Kincir Angin Giromill Tiga Sudu Dengan Kincir Savonius Pada Variasi Sudut Sudu 0°.

a. Grafik Hubungan Torsi Dengan Kecepatan Putar Poros

Data dari Tabel 4.4 merupakan hasil perhitungan kombinasi kincir angin giromill tiga sudu dengan kincir Savonius pada kecepatan angin 7,5 m/s yang akan digunakan untuk membuat grafik hubungan antara kecepatan putaran poros kincir dan torsi seperti yang ditunjukan pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Kecepatan Putar Poros Kincir Dengan Torsi Pada Model Kincir Angin Dengan Sudut Sudu 0°

Pada Gambar 4.1 menunjukan bahwa kombinasi kincir angin giromill tiga sudu dengan kincir Savonius pada variasi sudut kemiringan sudu giromill 0°

menghasilkan torsi maksimal sebesar 0,86 N.m terjadi pada putaran poros 38 rpm, sedangkan kecepatan putar optimal mencapai 240 rpm pada saat tanpa beban.

Grafik hubungan antara torsi dan kecepatan putaran poros kincir menjelaskan

Kecepatan Putar Poros Kincir Angin,n (rpm)

Torsi, T (N.m)

bahwa semakin besar nilai torsi yang dihasilkan, maka semakin rendah kecepatan putaran poros kincir angin.

b. Grafik Hubungan Tip Speed Ratio Dengan Koefisien

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Koefisien Daya Dengan Tip Speed Ratio Pada Model Kincir Angin Dengan Sudut Sudu 0°

Pada Gambar 4.2 grafik hubungan tip speed ratio (λ) dangan koefisien daya (Cp) diperoleh persamaan Cp = -18,002 λ ² + 24,643 λ - 2,0052. Dari persamaan tersebut dapat digunakan untuk menegetahui nilai tip speed ratio pada saat koefisien daya maksimal dengan cara sebagai berikut :

Cp = -18,002 λ ² + 24,643 λ - 2,0052

Setelah diketahui nilai tip speed ratio sebesar 0,684 maka dapat disubstisusikan kedalam persamaan Cp = -18,002 λ ² + 24,643 λ - 2,0052 untuk mengetahui koefisien daya maksimal.

Cp = -18,002 λ ² + 24,643 λ - 2,0052

= -18,002(0,684) ² + 24,643(0,684) - 2,0052

= -8,0422 + 16,855 - 2,0052

= 6,427 %

Berdasarkan perhitungan diatas, koefisien daya maksimal yang didapatkan adalah sebesar 6,427 % pada tip speed ratio optimal sebesar 0,684.

4.4.2 Grafik Hasil Perhitungan Kombinasi Kincir Angin Giromill Tiga Sudu Dengan Kincir Savonius Pada Variasi Sudut Sudu 5°.

a. Grafik Hubungan Torsi Dengan Kecepatan Putar Poros

Data dari Tabel 4.5 merupakan hasil perhitungan kombinasi kincir angin giromill tiga sudu dengan kincir Savonius pada kecepatan angin 7,5 m/s yang akan digunakan untuk membuat grafik hubungan antara kecepatan putaran poros kincir dan torsi seperti yang ditunjukan pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Kecepatan Putar Poros Kincir Dengan Torsi Pada Model Kincir Angin Dengan Sudut Sudu 5°

Pada Gambar 4.3 menunjukan bahwa kombinasi kincir angin giromill tiga sudu dengan kincir Savonius pada variasi sudut kemiringan sudu giromill 5°

menghasilkan torsi maksimal sebesar 0,30 N.m terjadi pada putaran poros sebesar 30 rpm, sedangkan kecepatan putar optomal mencapai 65 rpm pada saat tanpa beban. Grafik hubungan antara torsi dan kecepatan putaran poros kincir menjelaskan bahwa semakin besar nilai torsi yang dihasilkan, maka semakin rendah kecepatan putaran poros kincir angin.

0 10 20 30 40 50 60 70

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

Kecepatan Putar Poros Kincir Angin, n (rpm)

Torsi, T (N.m)

b. Grafik Hubungan Tip Speed Ratio Dengan Koefisien

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Koefisien Daya Dengan Tip Speed Ratio Pada Model Kincir Angin Dengan Sudut Sudu 5°

Pada Gambar 4.4 grafik hubungan tip speed ratio (λ) dangan koefisien daya (Cp) diperoleh persamaan Cp = 0,1165 λ ² - 0,3412 λ + 0,3615. Dari persamaan tersebut dapat digunakan untuk menegetahui nilai tip speed ratio pada saat koefisien daya maksimal dengan cara sebagai berikut :

Cp = 0,1165 λ ² - 0,3412 λ + 0,3615 mengetahui koefisien daya maksimal.

Cp = 0,1165 λ ²- 0,3412 λ + 0,3615

Cp = 0,1165 λ ² - 0,3412 λ + 0,3615

= 0,1165(1,464) ² - 0,3412 (1,464) + 0,3615

= 0,249 - 0,499 + 0,3615

= 0,11 %

Berdasarkan perhitungan diatas, koefisien daya maksimal yang didapatkan adalah sebesar 0,11 % pada tip speed ratio optimal sebesar 1,464.

4.4.3 Grafik Hasil Perhitungan kombinasi kincir angin giromill tiga sudu dengan kincir Savonius pada variasi sudut sudu -5°.

a. Grafik Hubungan Torsi Dengan Kecepatan Putar Poros

Data dari Tabel 4.6 merupakan hasil perhitungan kombinasi kincir angin giromill tiga sudu dengan kincir Savonius pada pada kecepatan angin 7,5 m/s yang akan digunakan untuk membuat grafik hubungan antara kecepatan putaran poros kincir dan torsi seperti yang ditunjukan pada Gambar 4.5.

Gambar 4.5 Grafik Hubungan Kecepatan Putar Poros Kincir Dengan Torsi Pada Model Kincir Angin Dengan Sudut Sudu -5°

Pada Gambar 4.5 menunjukan bahwa nilai torsi yang dihasilkan oleh kombinasi kincir angin giromill tiga sudu dengan kincir Savonius pada variasi sudut

Kecepatan Putar Poros Kincir Angin,n (rpm)

Torsi, T (N.m)

kemiringan sudu giromill -5° menghasilkan torsi maksimal sebesar 0,86 N.m terjadi pada putaran sebesar 32 rpm, sedangkan kecepatan putar optomal mencapai 180 rpm pada saat tanpa beban. Grafik hubungan antara torsi dan kecepatan putaran poros kincir menjelaskan bahwa semakin besar nilai torsi yang dihasilkan, maka semakin rendah kecepatan putaran poros kincir angin.

b. Grafik Hubungan Tip Speed Ratio Dengan Koefisien

Gambar 4.6 Grafik Hubungan Koefisien Daya Dengan Tip Speed Ratio Pada Model Kincir Angin Dengan Sudut Sudu -5°

Pada Gambar 4.6 grafik hubungan tip speed ratio (λ) dengan koefisien daya (Cp) diperoleh persamaan Cp = -20,083 λ ² + 21,039 λ - 1,0735. Dari persamaan tersebut dapat digunakan untuk menegetahui nilai tip speed ratio pada saat koefisien daya maksimal dengan cara sebagai berikut :

Cp = -20,083 λ ² + 21,039 λ - 1,0735

48 40,166 λ = 21,039

λ = ^21,039

40,166 = 0,523

Setelah diketahui nilai tip speed ratio sebesar 0,523 maka dapat disubstisusikan kedalam persamaan Cp = -20,083 λ ² + 21,039 λ - 1,0735 untuk mengetahui koefisien daya maksimal.

Cp = -20,083 λ ² + 21,039 λ - 1,0735

= -20,083 (0,523) ² + 21,039 (0,523) - 1,0735

= -5,493 + 11,003 – 1,0735

= 3,775 %

Berdasarkan perhitungan diatas, koefisien daya maksimal yang didapatkan adalah sebesar 3,775 % pada tip speed ratio optimal sebesar 0,523.

4.5 Grafik Pebandingan Variasi

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui unjuk kerja terbaik dari setiap variasi kemiringan sudu kincir angin Giromill tiga sudu, maka dilakukan perbandingan dari grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putaran kincir dan perbandingan antara koefiseen daya dengan tip speed ratio dari setiap variasi kemiringan sudu yang ditampilkan pada Gambar 4.7, dan 4,8.Berikut merupakan grafik perbandingkan antara kecepatan putar poros kincir angin (n) dengan beban torsi (T) dan antara koefisien daya (Cp) dengan tip speed ratio (λ). Dengan membandingkan antara variasi sudut kemiringan sudu giromill yang digunakan yaitu 0°, 5°, dan -5°.

4.5.1 Grafik Perbandingan Antara Kecepatan Putar Poros Kincir Angin (n) Dengan Beban Torsi (T)

Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Semua Variasi Antara Torsi Dengan Kecepatan Putar Kincir Angin

Pada Gambar 4.7 merupakan grafik hubungan antara kecepatan putar poros kincir angin, n (rpm) terhadap Torsi, T (N.m) dengan kecepatan angin yang sama yakni 7,5 m/s, sehingga dapat disimpulkan bahwa unjuk kerja kombinasi kincir angin giromill tiga sudu dengan kincir Savonius pada sudut kemiringan sudu sebesar 5ômenghasilkan nilai torsi yang paling kecil dibandingkan dengan variasi sudut kemiringan sudu yang lain yaitu sebesar 0,30 N.m pada kecepatan putaran kincir 30 rpm. sedangkan kecepatan putar optimal mencapai 65 rpm pada saat tanpa beban. Kincir angin giromill dengan sudut kemiringan 0ôdan -5ômenghasilkan torsi yang sama sebesar 0,86 N. akan tetapi kecepatan putaran poros kincir berbeda yaitu masing-masing pada kecepatan poros 38 rpm dan 32 rpm.

Kecepatan Putar Poros Kincir Angin,n (rpm)

Torsi, T (N.m)

4.5.2 Grafik Perbandingan Antara Koefisien Daya (Cp) Dengan Tip Speed Ratio (λ)

Gambar 4.8 Grafik Perbandingan Semua Variasi Antara Koefisien Daya Dengan Tip Speed Ratio

Gambar 4.8 merupakan grafik hubungan antara antara koefisien daya (Cp) Terhadap tip speed ratio (λ) dengan kecepatan angin yang sama yakni 7,5 m/s, sehingga dapat disimpulkan bahwa unjuk kerja kombinasi kincir angin giromill tiga sudu dengan kincir Savonius pada sudut kemiringan sudu sebesar 0° menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 6,427 % pada tip speed ratio optimal yaitu 0,684, dan koefisien daya maksimal yang di hasilkan pada variasi 5° sebesar 0,11 % pada tip speed ratio optimal sebesar 1,464, sedangkan untuk variasi kemiringan sudut sudu kincir angin -5° menghasilkan koefisien daya maksimal yang didapatkan adalah sebesar 3,775 % pada tip speed ratio optimal sebesar 0,523.

Perbandingan grafik hubungan antara kecepatan putar poros kincir angin, n (rpm) terhadap Torsi, T (N.m) dan grafik perbandingan antara tip speed ratio (λ) terhadap koefisien daya (Cp) juga dilakukan untuk memperkuat bahwa unjuk kerja

Dalam dokumen UNJUK KERJA KOMBINASI KINCIR ANGIN GIROMILL TIGA SUDU DENGAN KINCIR SAVONIUS SKRIPSI (Halaman 33-69)