BAB II : LANDASAN TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.4 Tinjauan Pustaka
Pada penelitian bapak Budi Sugiharto (2010), dilakukan variasi kekasaran permukaan sudu. Variasi kekasaran sudu ini diakukan dengan memasangkan material kekasaran pada bagian luar, dalam serta luar-dalam sudu. Pada hasil penelitian ini diketahui bahwa nilai daya keluaran terbesar diperoleh dari kincir tanpa pemasangan material kekasaran. Sementara itu, semakin banyak luasan sudu kincir yang diberikan kekasaran permukaan maka akan semakin kecil nilai Cpdan λ yang dihasilkan oleh rotor. Hal ini juga menunjukan bahwa pemasangan sirip akan menghambat laju dari aliran udara dan mengurangi kecepatan putar pada rotor.
Pada penelitian oleh Yohanes Wahyu (2017), dilakukan analisis unjuk kerja pada kincir angin dengan pengambilan data mengunakan variasi pembebanan.
Variasi pembebanan ini dilakukan dengan metode pengereman kincir. Pada penelitian ini diketahui bahwa semakin kincir direm maka akan semakin besar juga nilai pembebanan yang diberikan. Semakin besar nilai pembebanan maka akan dihasilkan torsi yang dihasilkan. Namun, pembebanan juga akan memperkecil nilai dari Cp dan λ pada kincir yang di uji. Dari hasil perhitungan diperoleh bahwa variasi pembebanan akan membentuk grafik kurva polinomial yang naik hingga titik maksimal, lalu turun setelah mencapai titik tertingginya.
Grafik ini terjadi pada grafik hubungan Cpterhadap λ. Sementara itu, pada grafik kecepatan rotor terhadap torsi akan cendrung membentuk garis linear ke bawah.
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Alur Penelitian
Dalam penelitian kincir angin ini dibuat diagram alur penelitian untuk memperjelas kerangka berpikir yang akan peneliti lakukan dalam menentukan langkah penelitian ini seperti pada Gambar 3.1.
Mulai
Perancangan kincir angin Savonius 8 tingkat tipe-U dan pemilihan material
Pembuatan kincir angin sumbu vertikal Savonius delapan tingkat dan material variasi kekasaran permukaan
Studi literatur dan studi pustaka
X
Perlakuan variasi tanpa kekasaran permukaan, separuh kekasaran permukaan, dan kekasaran penuh pada
permukaan sudu bagian dalam
Gambar 3.1. Diagram alur penelitian (lanjutan) X
Pengambilan data dan pengujian masing-masing variasi dengan kecepatan angin 6 m/s dan variasi pembebanan
Pengolahan data dengan menghitung Pin, Pout, T Cp, dan λ
Apakah data sesuai ?
Tidak
Ya
Analisis dan pembahasan
Kesimpulan
Selesai
3.2 Alat dan Bahan Penelitian 3.2.1 Tachometer
Tachometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan putaran rotor saat pengujian turbin. Tachometer yang digunakan adalah jenis Tachometer digital dengan pembacaan kecepatan rotor dalam satuan rpm (revolution per minute) seperti pada Gambar 3.2. Tachometer bekerja dengan memantulkan sinar Inframerah pada poros kincir yang beputar. Kecepatan rotor akan terbaca bila poros yang telah diberi strip silver berputar dan memantulkan kembali cahaya inframerah kearah datangnya cahaya tachometer. Setelah beberapa saat kecepatan rotor akan terlihat di layar tachometer.
Gambar 3.2 Tachometer digital BENETECH-GM8905 3.2.2 Anemometer
Anemometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan angin yang dihasilkan oleh blower. Anemometer yang digunakan adalah jenis anemometer digital seperti pada Gambar 3.3. Anemometer ini bekerja dengan menerima angin pada jarak 2.7 m dari blower. Setelah beberapa saat kecepatan
Gambar 3.3 Anemometer digital SANFIX-GM816A 3.2.3 Neraca Pegas
Neraca Pegas merupakan alat yang digunakan untuk mengukur gaya pembebanan dari sistem pengereman kincir sperti pada Gambar 3.4. Neraca pegas dihubungkan dengan lengan torsi yang ada pada sistem pengereman dengan mengunakan benang yang diikat pada bagian atas neraca. Sementara itu bagian kait bawah neraca (pegas) akan dihubungkan pada rangka kincir dengan mengunakan benang. Benang pada bagian kail bawah neraca ini akan ditarik dan disesuaikan dengan variasi pembebanan dari sistem pengereman hingga lengan torsi tepat pada titik acuan tegak lurus. Sehingga akan diperoleh data gaya pembebanan sesuai dengan gaya yang yang diberikan pada sistem pengereman.
Gambar 3.4 Neraca pegas
3.2.4 Sistem Pengereman
Sistem pengereman merupakan alat yang digunakan untuk memberi beban pada kincir saat berputar dengan metode pengereman roda logam mengunakan dua kain yang dijepit seperti pada Gambar 3.5. Kain ini berfungsi seperti kampas rem dan roda logam berfungsi seperti piringan cakram. Pengoprasian alat ini dilakukan secara manual dengan cara menambah karet untuk menjepit dua tangkai pengereman. Sehingga kain didalam sistem akan menjepit piringan yang membuat putaran kincir menjadi lebih lambat.
Gambar 3.5 Sistem Pengereman 3.2.5 Blower
Blower merupakan alat yang digunakan untuk memberikan angin dengan kecepatan konstan bagi turbin. Alat ini memiliki baling-baling dengan diameter sebesar 1,5 m seperti pada Gambar 3.6. Kecepatan angin yang dihasilkan oleh blower diatur sehingga didapatkan kecepatan angin rata-rata sebesar 6 m/s.
Roda logam Bearing
Poros
Tangkai pengereman
Kain
3.2.6 Rangka Kincir
Rangka kincir merupakan alat yang digunakan untuk memasangkan kincir pada jarak 2,7 m dari blower. Rangka kincir memiliki material besi L yang disusun sehingga membentuk rangka yang nantinya dapat digunakan untuk memasangkan turbin. Rangka kincir memiliki tinggi total rangka sebesar 1,76 m, lebar total rangka sebesar 1 m, lebar dalam rangka sebesar 0,9 m, dan 1,12 m untuk tinggi dalam rangka seperti pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7 Rangka kincir 3.2.7 KincirAngin
Kincir angin dalam pengjian ini adalah kincir angin Savonius 8 tingkat tipe-U dengan beda sudut tiap tingkat sebesar 20˚. Dalam penelitian menggunakan tiga variasi kekasaran permukan untuk mengetahui unjuk kerja paling optimal pada masing-masing variasi kekasaran yang diberikan pada sudu turbin. Berikut adalah komponen dalam kincir angin:
A. Sudu kincir
Sudu kincir berfungsi untuk menangkap angin yang nantinya akan memutar turbin. Sudu didesain memiliki dua sudu pada setiap tingkatnya. Pada penelitian ini sudu dibuat dengan materian kertas karton padi dengan ketebalan 3 mm yang
dilem dengan menggunakan lem korea dan dikeraskan mengunakan cat besi &
kayu berwarna biru muda. Berikut adalah gambar dari sudu yang dibuat:
Gambar 3.8 Gambar dua dimensi sudu dengan satuan cm
Gambar 3.9 Sudu siap pakai B. Housing
Housing berfungsi untuk menghubungkan sudu dengan poros dan dudukan
dipasang dengan menggunakan baut, cincin, dan mur seperti pada Gambar 3.10 dan 3.11.
Gambar 3.10 Gambar dua dimensi housing dengan satuan cm
Gambar 3.11 Housing siap pakai beserta dengan baut dan mur
C. Poros turbin
Poros kincir berfungsi untuk meneruskan putaran kincir ke sistem pengereman. Poros terbuat dari material besi pipa dengan diameter dalam sebesar 3/4 inch, ketebalan 1,8 mm, dan panjang 1,25 m seperti pada Gambar 3.12.
Gambar 3.12 Poros kincir D. Bearing
Bearing berfungsi untuk mengurangi gesekan dari putaran poros. Bearing juga digunakan untuk memasangkan kincir pada rangka turbin. Berikut adalah gambar dari Bearing yang digunakan:
Gambar 3.13 Bearing FBJ-F205 E. Lapisan kekasaran
Lapisan kekasaran ini dibuat dengan mengklupas sisi rata dari kardus untuk mendapatkan sisi alur kekasaran dari bagian dalam kardus. Ukuran lapisan kekasaran adalah 10 x 32,2 cm2 dengan jarak antar puncak kurva kekasaran adalah 0,4 mm dan kedalaman dari puncak sebesar 0,8 mm. Satu lapisan
Gambar 3.14 Tampak atas lapisan kekasaran
Gambar 3.15 Tampak samping lapisan kekasaran 3.3 Skema Pengujian
Pengujian diawali dengan merangkai sudu kincir menjadi delapan tingkat dengan beda sudut tiap tingkat sebesar 20˚. Setelah itu, kincir dipasang ke rangka kincir dan dilanjutkan dengan pemasangan sistem pengereman. Selanjutnya neraca pegas dihubungkan pada lengan torsi dengan menggunakan benang.
Setelah semua terpasang, rangka kincir akan diposisikan seperti gambar berikut:
Gambar 3.16 Skema pengujian kincir angin
Pengujian dilaksanakan di Laboratorium Konversi Energi guna menghindari aliran angin diluar ruangan saat pengujian. Angin yang digunakan pada pengujian bersumber dari blower. rangka kincir diletakan dengan acuan poros kincir sejauh 2,7 m dari blower. Blower diatur hingga menghasilkan kecepatan angin rata-rata sebesar 6 m/s yang terukur oleh anemometer.
Selanjutnya mekanisme pembebanan dilakukan dengan menjepit tuas pengereman 0.8 mm
0.4 mm
dengan karet. Penambahan karet dilakukan secara bertahap hingga kincir berhenti berputar. Ketika dilakukan pembebanan, lengan torsi akan bergeser dan menarik benang pada neraca pegas, lalu akan terbaca beban yang dihasilkan dari pengereman. Data kecepatan rotor dan jumlah pembebanan dicatat dari keadaan tanpa pembebanan hingga putaran rotor terakhir sebelum berhenti. Sebelum kincir berputar, poros ditempelkan stiker silver yang bertujuan untuk memudahkan pembacaan kecepatan rotor dengan menggunakan tachometer.
3.4 Variabel Penelitian
Variabel yang digunakan pada penelitian ini adalah tiga variasi dari kekasaran permukaan. Variasi ini dilakukan dengan menempelkan lapisan kekasaran pada bagian dalam sudu. Penempelan lapisan kekasaran dilakukan dengan menggunakan double side tape. Pada variasi pertama, analisis unjuk kerja kincir dilakukan tanpa menempelkan lapisan kekasaran pada sudu. Pada variasi kedua, analisis unjuk kerja kincir dilakukan dengan menempelkan satu lapisan kekasaran pada setengah bagian dalam sudu terluar. Pada variasi ketiga, analisis unjuk kerja kincir dilakukan dengan menempelkan dua lapisan kekasaran pada bagian dalam sudu, hingga seluruh permukaan dalam sudu tertutup sempurna. Gambaran dari variasi yang dilakukan dapat dilihat pada Gambar 3.17 a dan b, 3.18 a dan b, serta 3.19 a dan b.
(b) (a)
Gambar 3.18 Foto (a) sudu dan (b) kincir angin lengkap dengan setengah kekasaran permukaan
Gambar 3.19 Foto (a) sudu dan (b) kincir angin lengkap dengan penuh kekasaran permukaan
3.5 Langkah Pengambilan Data
Data dalam penelitian ini diambil setelah seluruh alat terpasang pada posisinya sesuai dengan skema pengujian dengan langkah-langkah sebagai berikut:
1. Menghidupkan blower dan memasang anemometer pada jarak 2,7 m.
2. Mengatur kecepatan angin pada blower hingga kecepatan angin rata-rata yang terbaca pada anemometer sebesar 6 m/s.
(b)
(b) (a)
(a)
3. Mengukur kecepatan poros kincir dengan mengunakan tachometer pada variasi pertama tanpa kekasaran permukaan.
4. Melakukan pembebanan mengunakan karet gelang yang kaitkan pada tuas pembebanan.
5. Mencatat putaran rotor dan besar pembebanan pada setiap pembebanan hingga kincir berhenti.
6. Mengulangi langkah ketiga untuk variasi setengah kekasaran permukaan dan kekasaran permukaan penuh.
7. Mengolah data hingga didapatkan nilai torsi (T), daya input (Pin), daya output (Pout), koefisien daya (Cp), dan tip sped ratio (λ).
8. Membuat grafik hubungan dari kecepatan rotor (n) dengan torsi (T) dan hubungan dari koefisien daya (Cp) dengan tsr pada masing-masing variasi.
9. Mengabungkan grafik koefisien daya (Cp) dengan tsr menjadi satu dan grafik koefisien daya (Cp) dengan tip sped ratio (λ) menjadi satu dari seluruh variasi.
10. Menyimpulkan kinerja dari kincir angin berdasarkan grafik yang tersedia.
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Pada bagian ini akan dibahas hasil penelitian dari unjuk kerja kincir angin Savonius delapan tingkat dengan perlakuan variasi permukaan dalam sudu tanpa kekasaran permukaan, separuh kekasaran permukaan, dan kekasaran permukaan penuh. Pegambilan data dilakukan dengan perlakuan yang sama pada setiap variasi kekasaran permukaan terhadap kecepatan angin, jarak kincir dari blower, dan pembebanan. Kecepatan angin yang digunakan adalah 6 m/s, Jarak kincir dari blower adalah 2,7 m, dan pembebanan dilakukan secara bertahap dengan penambahan karet pada sistem pengereman hingga kincir berhenti berputar.
Jumlah data dari pembebanan bervariasi pada masing-masing variasi kekasaran permukaan. Hal ini terjadi karena perbedaan karakteristik kincir terhadap kemampuan tahanan pembebanan. Dari pengujian akan diambil tiga data kecepatan rotor pada tiap perlakuan pembebanan.
Data yang diperoleh dari pengujian kincir ini adalah kecepatan rotor n (rpm) dan gaya pembebanan atau pengimbang torsi, F (N) dari masing-masing variasi.
Data hasil pengujian kincir selanjutnya akan diolah untuk mengetahui nilai dari kecepatan sudut ω (rad/s), Torsi T (Nm), daya angin Pin (watt), daya kincir Pout
(watt), koefisien daya Cp (%), dan tip speed ratio λ. Selanjutnya, data akan diolah menjadi grafik hubungan kecepatan rotor terhadap torsi dan grafik hubungan koefisien daya terhadap tip speed ratio. Karakteristik dari masing-masing variasi dapat dianalisis dari grafik yang telah diperoleh. Berikut adalah analisis dari hasil penelitian dari masing-masing variasi:
4.1 Hasil Penelitian Kincir Angin Savonius Tanpa Kekasaran Permukaan Penelitian pada kincir angin Savonius tanpa kekasaran permukaan yang telah dibuat seperti pada Gambar 3.17 a dan b. pengujian dilakukan pada Selasa, 30 November 2021 pukul 11.00-15.00 WIB. Data hasil pengujian pada varasi ini dicatat seperti pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Data hasil pengujian kincir angin tanpa kekasaran permukaan
4.1.1 Kalkulasi Data Variasi Tanpa Kekasaran Permukaan
Kalkulasi data dilakukan hanya satu kali sebagai perwakilan dari seluruh data pada Tabel 4.1 sebagai acuan pengolahan data. Kalkulasi diawali dengan perhitungan kecepatan sudut mengunakan Pers. 2.3. Perhitungan mengunakan data nomer 5 dengan kecepatan rotor sebesar 93,3 rpm dari Tabel 4.1 maka dapat ditulis menjadi:
Selanjutya dilakukan perhitungan terhadap torsi mengunakan Pers. 2.2 untuk data nomer 5 pada Tabel 4.1. Perhitungan mengunakan nilai gaya pembebanan sebesar 0,84 N dan panjang lengan torsi sebesar 0,2 m maka dapat ditulis menjadi:
Perhitungan daya angin mengunakan Pers. 2.1 untuk data nomer 5 pada Tabel 4.1. Perhitungan mengunakan nilai densitas angin sebesar 1,18 kg/m3, kecepatan angin sebesar 6 m/s, tinggi sudu sebesar 0,83 m, dan lebar sudu sebesar 0,72 m maka ditulis menjadi:
watt
Dari nilai kecepatan sudut sebesar 9,77 rad/s dan torsi sebesar 0,168 Nm yang telah diketahui, maka dapat dihitung daya kincir. Perhitungan mengunakan Pers. 2.4 sebagai berikut:
watt
Setelah diketahui nilai daya angin sebesar 76,16 watt dan daya kincir sebesar 1,64 watt, maka dapat dicari nilai dari koefisien daya. Perhitungan koefisien daya menggunakan Pers. 2.5 seperti berikut:
%
Tip speed ratio dihitung dengan menggunakan Pers. 2.6. Perhitungan mengunakan nilai kecepatan sudut sebesar 9,77 rad/s, kecepatan angin sebesar 6 m/s, dan jari-jari kincir sebesar 0,72 m, maka dapat ditulis seperti berikut:
586
Seluruh kalkulasi data akan digunakan untuk mengetahui karakteristik dari kincir angin variasi tanpa kekasaran permukaan. Selanjutnya, seluruh data pada Tabel 4.1 diolah dengan persamaan yang sama seperti pada perhitungan diatas.
4.1.2 Hubungan Kecepatan Rotor Terhadap Torsi Pada Variasi Tanpa Kekasaran Permukaan
Setelah dilakukan kalkulasi data terhadap torsi pada seluruh data pada Tabel 4.1. Maka, data tersebut dapat dibentuk grafik hubungan kecepatan rotor terhadap Torsi. Grafik ini mengunakan seluruh data asli hasil perhitungan dan tersaji pada Gambar 4.1
Dari grafik dapat kita ketahui bahwa nilai kecepatan rotor akan mengalami penurunan secara linier seiring dengan bertambahnya nilai torsi yang dihasilkan oleh turbin.
4.1.3 Hubungan Koefisien Daya Terhadap Tip Speed Ratio Pada Variasi Tanpa Kekasaran Permukaan
Kalkulasi dilakukan hingga mendapatkan nilai koefisien daya dan tip speed ratio pada seluruh data seperti pada Tabel 4.2. Maka, seluruh data tersebut dapat dibentuk grafik hubungan koefisien daya terhadap tip speed ratio. Grafik ini mengunakan seluruh data asli hasil perhitungan dan tersaji seperti pada Gambar 4.2. Pada grafik terlihat bahwa hubungan antara koefisien daya dan tip speed ratio akan membentuk garis kurva polinomial pangkat 2 terbuka kebawah. Koefisien daya cendurung akan naik seiring dengan bertambahnya nilai tip speed ratio hingga mencapai puncak. Selajutnya nilai koefisien daya akan mengalami penurunan seiring dengan bertambahnya nilai tip speed ratio setelah melewati titik puncak.
Gambar 4.2 Grafik koefisien daya terhadap tip speed ratio pada variasi tanpa kekasaran permukaan
Tabel 4.2 Hasil kalkulasi data pengujian pada variasi tanpa kekasaran permukaan
4 0,84 95,8 10,03 0,168 76,16 1,69 0,602 2,21
5 0,84 93,3 9,77 0,168 76,16 1,64 0,586 2,16
6 0,84 92,2 9,66 0,168 76,16 1,62 0,579 2,13
7 1,24 79,6 8,34 0,248 76,16 2,07 0,500 2,71
8 1,24 76,2 7,98 0,248 76,16 1,98 0,479 2,60
9 1,24 72,2 7,56 0,248 76,16 1,88 0,454 2,46
10 1,69 68,6 7,18 0,338 76,16 2,43 0,431 3,19
11 1,69 70,6 7,39 0,338 76,16 2,50 0,444 3,28
12 1,69 66,2 6,93 0,338 76,16 2,34 0,416 3,08
13 2,04 51,5 5,39 0,408 76,16 2,20 0,324 2,89
14 2,04 50,0 5,24 0,408 76,16 2,14 0,314 2,81
15 2,04 56,6 5,93 0,408 76,16 2,42 0,356 3,18
16 2,34 41,3 4,32 0,468 76,16 2,02 0,259 2,66
17 2,34 45,0 4,71 0,468 76,16 2,21 0,283 2,90
18 2,34 48,0 5,03 0,468 76,16 2,35 0,302 3,09
19 2,59 39,0 4,08 0,518 76,16 2,12 0,245 2,78
20 2,59 39,0 4,08 0,518 76,16 2,12 0,245 2,78
21 2,59 38,5 4,03 0,518 76,16 2,09 0,242 2,74
22 2,89 31,5 3,30 0,578 76,16 1,91 0,198 2,50
23 2,89 34,0 3,56 0,578 76,16 2,06 0,214 2,70
24 2,89 34,5 3,61 0,578 76,16 2,09 0,217 2,74
25 2,99 30,0 3,14 0,598 76,16 1,88 0,188 2,47
26 2,99 30,5 3,19 0,598 76,16 1,91 0,192 2,51
27 2,99 30,0 3,14 0,598 76,16 1,88 0,188 2,47
28 3,09 30,0 3,14 0,618 76,16 1,94 0,188 2,55
29 3,09 26,0 2,72 0,618 76,16 1,68 0,163 2,21
30 3,09 25,0 2,62 0,618 76,16 1,62 0,157 2,12
Dari Gambar 4.2 kita dapat mengetahui bahwa hubungan Cpdengan λ dapat dirumuskan nilai Cp maxpada grafik adalah
0,1761
Untuk mencari titik maksimum maka
360
Meninjau dari Pers. 4.1 Cp maxpada λ = 0,360 adalah
Dari perhitungan yang menggunakan Pers. 4.1 kita dapat mengetahui bahwa nilai Cp maxsebesar 3,11% terjadi saat λ bernilai 0,360.
4.2 Hasil Penelitian Kincir Angin Savonius dengan Setengah Kekasaran Permukaan Bagian Dalam Sudu
Penelitian pada kincir angin Savonius dengan setengah kekasaran permukaan bagian dalam sudu yang telah dibuat seperti pada Gambar 3.18 a dan b. pengujian dilakukan pada Rabu, 1 Desember 2021 pukul 10.00-15.00 WIB. Data hasil pengujian pada varasi ini dicatat seperti pada Tabel 4.3.
4.2.1 Kalkulasi Data Variasi Setengah Kekasaran Permukaan Bagian Dalam Sudu
Kalkulasi data dilakukan hanya satu kali pada setiap nilai dari karakteristik kincir sebagai perwakilan dari seluruh data pada Tabel 4.3 sebagai acuan pengolahan data. Data perwakilan yang digunakan dalam perhitungan ini adalah
0
data dari Tabel 4.3 nomer 6 dengan nilai gaya pengimbang torsi sebesar 0,8 N dan kecepatan rotor yang tercatat sebesar 84,8 rpm.
Tabel 4.3 Data hasil pengujian kincir angin dengan setengah kekasaran permukaan bagian dalam sudu
No
Kalkulasi diawali dengan perhitungan kecepatan sudut mengunakan Pers.
2.3. didapatkan nilai kecepatan sudut sebesar 8,88 rad/s. Selanjutya dilakukan perhitungan terhadap torsi mengunakan Pers. 2.2 untuk data nomer 6 pada Tabel 4.3. Perhitungan mengunakan nilai gaya pembebanan sebesar 0,84 N dan panjang lengan torsi sebesar 0,2 m maka dihasikan nilai torsi sebesar 0,168 Nm.
Perhitungan daya angin mengunakan Pers. 2.1 untuk data nomer 6 pada Tabel 4.3.
Perhitungan mengunakan nilai densitas angin sebesar 1,18 kg/m3, kecepatan angin sebesar 6 m/s, tinggi sudu sebesar 0,83 m, dan lebar sudu sebesar 0,72 m maka didapatkan nilai daya angin sebesar 76,16 watt. Dari nilai kecepatan sudut sebesar 8,88 rad/s dan torsi yang telah diketahui, maka dapat dihitung daya kincir dan didapatkan nilai sebesar 1,49 watt.
Setelah diketahui nilai daya angin sebesar 76,13 watt dan daya kincir sebesar 1,49 watt, maka dapat dicari nilai dari koefisien daya. Perhitungan koefisien daya menggunakan Pers. 2.5 dan didapat nilai koefisien daya sebesar 1,96%. Tip speed ratio dihitung dengan menggunakan Pers. 2.6. Perhitungan mengunakan nilai kecepatan sudut sebesar 8,88 rad/s, kecepatan angin sebesar 6 m/s, dan jari-jari kincir sebesar 0,72 m, sehingga didapatkan nilai sebesar 0,533.
Selanjutnya seluruh data diolah dengan persamaan yang ditentukan, sehingga didapatkan nilai karakteristik kincir angin dari variasi ini, nilai-nilai tersebut akan disajikan dalam Tabel 4.4.
4.2.2 Hubungan Kecepatan Rotor Terhadap Torsi Pada Variasi Setengah Kekasaran Permukaan Bagian Dalam Sudu
Setelah dilakukan kalkulasi data terhadap torsi pada seluruh data pada Tabel 4.3. Maka, data tersebut dapat dibentuk grafik hubungan kecepatan rotor terhadap Torsi, sehingga dapat diketahui karakteristik dari kincir angin variasi setengah kekasaran permukaan bagian dalam sudu. Grafik ini mengunakan seluruh data asli hasil perhitungan dan pengamatan yang tersaji pada Gambar 4.3.
Tabel 4.4 Hasil kalkulasi data pengujian pada variasi setengah kekasaran permukaan bagian dalam sudu
No
4 0,84 85,5 8,95 0,168 76,16 1,50 0,537 1,98
5 0,84 85,7 8,97 0,168 76,16 1,51 0,538 1,98
6 0,84 84,8 8,88 0,168 76,16 1,49 0,533 1,96
7 1,39 63,7 6,67 0,278 76,16 1,85 0,400 2,43
8 1,39 65,9 6,90 0,278 76,16 1,92 0,414 2,52
9 1,39 65,5 6,86 0,278 76,16 1,91 0,412 2,50
10 1,74 54,0 5,65 0,348 76,16 1,97 0,339 2,58
11 1,74 53,0 5,55 0,348 76,16 1,93 0,333 2,54
12 1,74 55,0 5,76 0,348 76,16 2,00 0,346 2,63
13 1,99 44,0 4,61 0,398 76,16 1,83 0,276 2,41
14 1,99 48,0 5,03 0,398 76,16 2,00 0,302 2,63
15 1,99 50,0 5,24 0,398 76,16 2,08 0,314 2,74
16 2,34 39,5 4,14 0,468 76,16 1,94 0,248 2,54
17 2,34 37,0 3,87 0,468 76,16 1,81 0,232 2,38
18 2,34 39,0 4,08 0,468 76,16 1,91 0,245 2,51
19 2,49 34,5 3,61 0,498 76,16 1,80 0,217 2,36
20 2,49 34,5 3,61 0,498 76,16 1,80 0,217 2,36
21 2,49 33,5 3,51 0,498 76,16 1,75 0,210 2,29
22 2,74 31,0 3,25 0,548 76,16 1,78 0,195 2,34
23 2,74 28,5 2,98 0,548 76,16 1,64 0,179 2,15
24 2,74 30,3 3,17 0,548 76,16 1,74 0,190 2,28
25 3,09 25,0 2,62 0,618 76,16 1,62 0,157 2,12
26 3,09 26,5 2,78 0,618 76,16 1,71 0,167 2,25
27 3,09 24,7 2,59 0,618 76,16 1,60 0,155 2,10
28 3,29 20,5 2,15 0,658 76,16 1,41 0,129 1,85
Gambar 4.3 Grafik hubungan kecepatan rotor terhadap torsi pada variasi setengah kekasaran permukaan bagian dalam sudu
Dari grafik dapat kita ketahui bahwa nilai kecepatan rotor awal cenderung lebih kecil dari variasi sebelumnya dan mengalami penurunan secara linier seiring dengan bertambahnya nilai torsi yang dihasilkan turbin.
4.2.3 Hubungan Koefisien Daya Terhadap Tip Speed Ratio Pada Variasi Setengah Kekasaran Permukaan Bagian Dalam Sudu
Kalkulasi dilakukan hingga mendapatkan nilai koefisien daya dan tip speed ratio pada seluruh data seperti pada Tabel 4.4. Selanjutnya, seluruh data tersebut dapat dibentuk grafik hubungan koefisien daya terhadap tip speed ratio. Pada grafik terlihat bahwa hubungan antara koefisien daya dan tip speed ratio akan membentuk garis kurva polinomial pangkat 2 terbuka kebawah. Koefisien daya cendurung akan naik seiring dengan bertambahnya nilai tip speed ratio hingga mencapai puncak. Selajutnya nilai koefisien daya akan mengalami penurunan seiring dengan bertambahnya nilai tip speed ratio setelah melewati titik puncak.
Namun, nilai dari koefisien daya dan tip speed ratio yang dihasilkan dari kincir dengan variasi ini cenderung lebih rendah dari variasi tanpa kekasaran seperti yang dapat terlihat pada Gambar 4.4.
0 4.4 Grafik koefisien daya terhadap tip speed ratio pada variasi setengah
kekasaran permukaan sudu bagian dalam
Dari Gambar 4.4 kita dapat mengetahui bahwa hubungan Cpdengan λ dapat dirumuskan nilai Cp maxpada grafik adalah
0,3514
Untuk mencari titik maksimum maka
327
Meninjau dari Pers. 4.1 Cp maxpada λ = 0,327 adalah
Dari perhitungan yang menggunakan Pers. 4.1 kita dapat mengetahui bahwa nilai Cp max sebesar 2,66% terjadi saat λ bernilai 0,327. Cp max pada variasi ini
4.3 Hasil Penelitian Kincir Angin Savonius dengan Kekasaran Penuh Pada Permukaan Bagian Dalam Sudu.
Penelitian pada kincir angin Savonius dengan penuh kekasaran permukaan bagian dalam sudu yang telah dibuat seperti pada Gambar 3.19 a dan b. pengujian dilakukan pada Kamis, 2 Desember 2021 pukul 11.00-15.00 WIB. Data hasil pengujian pada varasi ini dicatat seperti pada Tabel 4.5.
4.3.1 Kalkulasi Data Variasi Kekasaran Permukaan Penuh
Kalkulasi data dilakukan hanya satu kali sebagai perwakilan dari seluruh data pada Tabel 4.5 sebagai acuan pengolahan data. Data perwakilan yang digunakan dalam perhitungan ini adalah data dari Tabel 4.5 nomer 9 dengan nilai gaya pengimbang torsi sebesar 1,24 N dan kecepatan rotor yang terbaca pada tachometer sebesar 63,8 rpm.
Tabel 4.5 Data hasil pengujian kincir angin dengan penuh kekasaran permukaan bagian dalam sudu
Kalkulasi diawali dengan perhitungan kecepatan sudut mengunakan Pers.
2.3. didpatkan nilai kecepatan sudut sebesar 6,68 rad/s. Selanjutya dilakukan perhitungan terhadap torsi mengunakan Pers. 2.2 untuk data nomer 9 pada Tabel 4.5. Perhitungan mengunakan nilai gaya pembebanan sebesar 1,24 N dan panjang lengan torsi sebesar 0,2 m. dari hasil perhitungan didapatkan nilai torsi sebesar 0,248 Nm. Perhitungan daya angin mengunakan Pers. 2.1 untuk data nomer 6 pada Tabel 4.1. Perhitungan mengunakan nilai densitas angin, kecepatan angin, tinggi sudu, dan lebar sudu yang sama sepeti perhitungan pada variasi sebelumnya.
Didapatkan nilai daya angin sebesar 76,16 watt. Dari nilai kecepatan sudut sebesar 9,66 rad/s dan torsi sebesar 0,248 Nm yang telah diketahui, maka dapat dihitung daya kincir. Perhitungan mengunakan Pers. 2.4 dan diketahui daya kincir sebesar 1,66 watt.
Setelah diketahui nilai daya angin sebesar 79,13 watt dan daya kincir sebesar 1,66 watt, maka dapat dicari nilai dari koefisien daya. Perhitungan koefisien daya menggunakan Pers. 2.5 dan di dapatkan nilai koefisien daya sebesar 2,18 %. Tip speed ratio dihitung dengan menggunakan Pers. 2.6.
Perhitungan mengunakan nilai kecepatan sudut sebesar 6,68 rad/s, kecepatan angin sebesar 6 m/s, dan jari-jari kincir sebesar 0,72 m, maka didapatkan nilai tip speed ratio sebesar 0,401.
Seluruh kalkulasi data akan digunakan untuk mengetahui karakteristik dari
Seluruh kalkulasi data akan digunakan untuk mengetahui karakteristik dari