UNJUK KERJA KINCIR ANGIN TIPE SAVONIUS DENGAN EMPAT SUDU LENGKUNG YANG DAPAT MEMBUKA DAN MENUTUP
SECARA OTOMATIS
No : 749 /TA/FST-USD/ TM/ Mei/2009
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin
Disusun oleh :
Imanuel Kriswanto NIM : 045214072
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
2009
THE PERFORMANCE OF SAVONIUS WIND MILL WITH AUTOMATIC FOUR-BEND BLADE
No : 749 /TA/FST-USD/ TM/ Mei/2009
FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain then Sarjana Teknik Degree
in Mechanical Engineering
By :
Imanuel Kriswanto Student Number : 045214072
MECHANICAL ENGINEERING PROGRAM STUDY MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA 2009
vii
KATA PENGANTAR
Puji Syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-Nya,
sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk mencapai derajat
Sarjana S-1 pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,
Universitas Sanata Dharma. Isi Tugas Akhir ini adalah mengenai unjuk kerja
kincir angin tipe savonius dengan empat sudu lengkung yang dapat membuka dan
menutup secara otomatis.
Dalam kesempatan ini penulis menyadari bahwa dalam proses belajar di
Program Studi Teknik Mesin, sejak awal studi sampai berakhirnya studi
melibatkan banyak hal. Atas segala saran, bimbingan, dukungan dan bantuan,
pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Dr.Ir. Paulus Wiryono Priyotamtama, S.J. Rektor Universitas Sanata
Dharma.
2. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Budi Sugiharto, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
4. Ir.Rines., M.T. Dosen Pembimbing Tugas Akhir 1.
5. Ir. Y.B. Lukiyanto, M.T. Dosen Pembimbing Tugas Akhir 2
viii
7. Seluruh dosen dan staff Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah
memberikan berbagai pengetahuan kepada penulis dan membantu
selama proses belajar di Jurusan Teknik Mesin.
8. Ayah, Ibu, dan Kakak saya yang selalu memberikan dukungan moril
maupun materiil.
9. Teman teman yang telah membantu dalam menyelesaikan skripsi ini,
yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa penulisan Tugas Akhir ini masih
jauh dari sempurna. Meskipun demikian penulis berharap bahwa penulisan Tugas
Akhir ini dapat memberikan kontribusi dalam pengembangan ilmu khususnya
mengenai perancangan turbin aliran silang. Atas kritik dan saran yang bersifat
membangun guna sempurnanya karya tulis ini penulis mengucapkan terima kasih.
Yogyakarta, 16 Mei 2009
ix
INTISARI
Pembangunan kerlistrikan Indonesia cukup pesat perkembangannya, namun pada kenyataannya belum dapat menjangkau desa-desa terpencil. Hal ini disebabkan biaya untuk pembangunan jaringan transmisi listrik ke desa-desa terpencil jauh lebih mahal daripada pendapatan yang diperoleh dari pelanggan di desa-desa terpencil tersebut. Indonesia sebagai negara kepulauan, angin merupakan sumber energi yang tersedia sepanjang tahun baik di darat maupun di lautan. Oleh sebab itu suatu pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB) berskala kecil dengan konstruksi sederhana dan mudah pemeliharaannya namun memiliki koefisien daya yang tinggi merupakan solusi dan memungkinkan dioperasikan sendiri oleh masyarakat pedesaan. Kajian mengenai kincir angin yang memiliki koefisien daya yang tinggi masih terus dilakukan.
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan unjuk kerja yang dihasilkan oleh kincir angin tipe Savonius dengan 4 sudu lengkung yang dimodifikasi pada mekanisme gerakan sudu-sudunya yang bisa membuka dan menutup secara otomatis. Koefisien daya dan torsi dari kincir angin tipe Savonius dengan 4 sudu lengkung didapat dengan cara menentukan besarnya daya yang diberikan oleh angin pada kincir angin tersebut di dalam sebuah terowongan angin. Ukuran kincir tinggi 60 cm dan berdiameter 50 cm. Untuk ini akan ditetapkan variasi kecepatan angin, yaitu 3 m/s, 3,5 m/s, 4 m/s, 4,5 m/s, 5 m/s, 5,5 m/s, 6 m/s, 6,5 m/s, dan 7 m/s. Koefisien daya kincir ditentukan berdasarkan daya output yang dihasilkan oleh kincir dan daya teoritis yang dihasilkan oleh angin. Daya output kincir dihitung dengan cara mengukur kuat arus dan tegangan yang dihasilkan oleh sebuah generator DC yang dihubungkan ke poros kincir. Sedangkan torsi didapat berdasarkan daya output yang dihasilkan oleh kincir dan putaran poros pada kincir. Selanjutnya akan dilakukan analisis karakteristik kincir yang dituangkan dalam bentuk grafik-grafik hubungan antara kecepatan angin dengan koefisien daya yang dihasilkan oleh kincir dan kecepatan angin dengan torsi yang dihasilkan oleh kincir angin tersebut.
Setelah dilakukan penelitian maka didapat kesimpulan nilai maksimum dari rata-rata koefisien daya yang dihasilkan oleh kincir sebesar 16,14 % terjadi pada kecepatan angin 3 m/s. Selain itu, nilai maksimum dari rata-rata torsi yang dihasilkan oleh kincir sebesar 1,25 Nm pada kecepatan angin 3 m/s. Dari hasil perbandingan dengan kincir angin yang memiliki empat sudu datar dengan ukuran kincir yang sama dapat disimpulkan bahwa kincir angin dengan 4 sudu lengkung memiliki koefisien daya lebih tinggi dari pada kincir angin dengan 4 sudu datar. Demikian juga pada perbandingan torsi yang dihasilkan, kincir angin dengan 4 sudu lengkung menghasilkan torsi yang lebih besar dari kincir angin 4 sudu datar.
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL... i
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... iii
HALAMAN PENGESAHAN... iv
HALAMAN PERNYATAAN ... v
HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi
KATA PENGANTAR... vii
INTISARI ... ix
DAFTAR ISI... x
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 LATAR BELAKANG ... 1
1.2 RUMUSAN MASALAH ... 4
1.3 TUJUAN ... 5
1.4 MANFAAT………...……… 5
1.5 BATASAN MASALAH………… ..……….. 6
BAB II DASAR TEORI ... 7
2.1.TIPE TURBIN ANGIN ... 7
2.1.1 Kelebihan Turbin AnginSumbu Vertikal (VAWT)... 8
2.1.2 Kekurangan Turbin Angin Sumbu Vertikal ... 9
2.2.GERAK KINCIR ... 10
2.3.PERHITUNGAN PADA KINCIR ... 11
2.3.1. Perolehan Daya Menurut Teori ... 11
2.3.2. Perhitungan Daya Keluaran ... 12
2.3.3. Perahituangan Besar Koefisien Daya ... 13
2.3.4. Perhitungan Torsi Yang Dihasilakn Oleh Kincir ... 13
2.3.5. Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr)... 14
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 15
3.1.SARANA... 15
3.2.PERALATAN PENELITIAN ... 15
3.3.ANALISA DATA ... 16
3.4.LANGKAH PENELITIAN ... 17
3.5.CARA KERJA ALAT ... 25
BAB IV PEMBAHASAN ... 27
4.1.DATA PENELITIAN ... 27
4.2.PEHITUNGAN DAN PENGOLAHAN DATA ... 27
4.3.ANALISA DATA ... 39
4.3.1 Grafik Hubungan Kecepatan Angin Dengan Koefisien Daya ... 40
4.3.3 Grafik Hubungan Koefisien Daya Dengan TSR ... 42
4.3.4 Grafik hubungan Kecepatan Angin Dengan Koefisien Daya Terhadap Kincir Angin Sejenis... 42
4.3.5 Grafik hubungan Kecepatan Angin Dengan Torsi Terhadap Kincir Sejenis ... 44
BAB V KESIMPULAN ... 46
5.1.KESIMPULAN ... 46
5.2.SARAN ... 47
DAFTAR PUSTAKA
BAB I PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Kebutuhan energi merupakan salah satu hal yang tak dapat dipisahkan
dari kehidupan manusia. Energi mempunyai peranan penting dalam memenuhi
tuntutan kehidupan baik sosial, ekonomi maupun lingkungan.
Pemakaian energi di dunia dalam jangka waktu mendatang seperti yang
diperkirakan oleh lembaga Energy Information Administration (EIA) hingga
tahun 2025 masih didominasi oleh bahan bakar fosil seperti minyak bumi, gas
alam dan batubara, sedangkan penggunaan energi terbarukan masih relatif
sedikit. Di samping itu, dari segi pemakaian, sumber energi minyak secara
global didominasi untuk kepentingan transportasi, dan hingga awal tahun 2025
diperkirakan masih akan terus meningkat, sedangkan untuk daerah komersial
dan tempat tinggal dapat dikatakan tidak akan terjadi perubahan yang
signifikan.
Kebutuhan listrik dunia diperkirakan akan meningkat dari 14,275 milyar
watt pada tahun 2002 melonjak menjadi 26,018 milyar watt pada tahun 2025,
dan untuk mendapatkan energi listrik tersebut sebagian besar diperoleh dari
batubara yaitu hampir 40%, diikuti oleh gas.
Penggunaan energi di Indonesia secara umum meningkat pesat sejalan
dengan pertumbuhan penduduk, pertumbuhan perekonomian maupun
perkembangan teknologi. Dari data pemakaian energi di Indonesia hingga saat
ini lebih dari 90% penduduk Indonesia masih menggunakan energi yang
berbasis fosil, yaitu minyak bumi 54,4%, gas 26,5% dan batubara 14,1%. Untuk
energi dengan panas bumi 1,4%, PLTA 3,4%, sedangkan energi baru dan
terbarukan (EBT) lainnya 0,2%.
Negara Indonesia tercatat sebagai negara dengan garis pantai terpanjang di
dunia. Ini berarti bahwa Indonesia memiliki potensi terbesar akan salah satu
sumber energi terbarukan yaitu angin. Dari data yang diperoleh, potensi energi
angin di Indonesia tercatat 9268,61 MW, namun hingga tahun 1999, kapasitas
yang terpasang hanya 0,888 MW atau prosentase pemanfaatannya baru 0,00956
%. Energi angin yang tersedia berlimpah, tidak habis-habis, dan tersebar luas.
Penggunaan energi angin memiliki beberapa keunggulan yakni bersih,tidak
menimbulkan polusi suara serta tidak menimbulkan efek rumah kaca.
Pernyataan diatas berdasarkan sumber dari website resmi lemhanas RI, yang
diakses pada bulan november 2008.
Kebanyakan energi angin modern dikonversikan ke dalam bentuk energi
listrik dengan cara mengubah gerak rotasi sudu turbin menjadi arus listrik
dengan menggunakan generator listrik. Pada kincir angin, energi angin pada
umumnya digunakan untuk memutar peralatan mekanik guna melakukan kerja
Tabel 1.1 Data angin yang telah dihimpun oleh Pusat Meteorologi dan Geofisika tentang daerah yamg mempunyai kecepatan angin
rata-rata 3,5 m/s atau lebih.
No Nama Daerah
Kecepatan Rata-rata
(m/s)
Masa Bertiup Angin
Di atas 4,0 m/s (%)
1 Blang Bintang 3,50 42,6
2 Tanjung Pinang 3,75 62,5
3 Tanjung Pandang 4,35 75,0
4 Pondok Betung 3,70 25,0
5 Margahayu 4,30 90,0
6 Rendole/Pati 5,30 84,8
7 Semarang 3,90 51,3
8 Iswahyudi 5,15 95,5
9 Kalianget 4,15 65,6
10 Denpasar 4,03 59,5
11 Pasir Panjang 4,95 66,7
12 Kupang/Penfui 5,75 78,6
13 Waingapu 3,65 32,7
Sumber : Pusat Meteorologi dan Geofisika, 2000
Dari data yang dipaparkan di atas, dengan menganggap kecepatan
angin yang sesuai dengan keadaan angin di indonesia adalah kincir angin
Savonius, hal ini dikarenakan kincir angin Savonius dapat berputar dengan
kecepatan angin rendah yaitu kisaran 3 m/s. Kincir angin Savonius yang
dikembangkan dapat digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga angin dan
untuk kepentingan memompa atau menaikkan air.
Kincir angin yang telah dibuat selama ini dinilai masih kurang berfungsi
secara optimal. Oleh karena itu, melalui modifikasi pada mekanisme gerakan
sudu-sudu pada kincir angin Savonius ini diharapkan kincir angin tersebut dapat
menghasilkan koefisien daya yang semakin meningkat.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Permasalahan yang dapat dirumuskan pada pembuatan alat ini adalah
sebagai berikut:
1) Indonesia sebagai negara kepulauan, angin merupakan sumber energi yang
tersedia sepanjang tahun baik di darat maupun di lautan tetapi pada
umumnya berkecepatan rendah.
2) Penggunaan bahan bakar fosil selain mengurangi cadangan dalam bumi,
juga berdampak pada terjadinya pemanasan global. Karena itu, diperlukan
suatu tindakan untuk mencari pengganti sumber bahan bakar fosil yaitu
energi terbarukan. Energi angin merupakan salah satu jenis sumber energi
3) Kebutuhan akan kincir angin yang sederhana dengan biaya pembuatan dan
pemeliharaan yang murah tetapi menghasilkan efisiensi tinggi.
4) Kincir angin yang dibuat adalah kincir angin tipe Savonius dengan empat
sudu lengkung yang dapat membuka dan menutup secara otomatis.
1.3 TUJUAN
Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian kincir angin ini adalah :
1) Mendapatkan hubungan koefisien daya dengan kecepatan angin pada kincir
angin tipe Savonius dengan empat sudu lengkung yang dapat membuka dan
menutup secara otomatis.
2) Mendapatkan hubungan torsi yang di dapat dari hasil penelitian kincir angin
tipe Savonius dengan empat sudu lengkung yang dapat membuka dan
menutup secara otomatis dengan kecepatan angin.
3) Mendapatkan hubungan hasil penelitian koefisien daya yang didapat
terhadap tip speed ratio kincir angin tipe Savonius dengan empat sudu
lengkung yang dapat membuka dan menutup secara otomatis.
4) Membandingkan unjuk kerja terhadap kincir lain yang sejenis.
1.4 MANFAAT
Manfaat yang didapat dari penelitian kincir angin ini adalah :
2) Dapat dipergunakan sebagai sumber informasi bagi masyarakat yang tinggal
di daerah-daerah berpotensi angin tinggi, agar dapat dikembangkan sebagai
alternatif pembangkit tenaga listrik.
1.5 BATASAN MASALAH
Agar permasalahan yang ada tidak berkembang menjadi luas, maka perlu
adanya batasan terhadap permasalahan yang akan muncul yaitu:
1) Kecepatan angin di variasikan dengan mengatur jarak terowongan angin
dari blower.
2) Model kincir angin yang digunakan adalah kincir angin tipe Savonius
dengan empat sudu lengkung yang dapat membuka dan menutup secara
otomatis satu tingkat berukuran 60 x 50 cm.
3) Sudu yang dipilih berbentuk lengkung sejumlah empat sudu.
4) Variasi kecepatan angin 3 m/s, 3,5 m/s, 4m/s, 4,5 m/s, 5 m/s, 5,5 m/s, 6 m/s,
6,5 m/s, 7 m/s.
5) Paramater-parameter yang diperoleh berupa hubungan antara koefisien daya
dengan kecepatan angin serta tip speed ratio dan hubungan torsi pada kincir
dengan kecepatan angin.
6) Membandingkan hasil yang diperoleh dengan kincir angin sejenis yang telah
BAB II DASAR TEORI
2.1 TIPE TURBIN ANGIN
Turbin angin yang juga dikenal dengan sebutan kincir-angin merupakan
sarana pengubah energi kinetik angin menjadi energi mekanik untuk memutar
generator listrik. Sejarah penggunaan energi angin dimulai sejak abad ke-17 SM
dan tersebar di berbagai negara: Persia, Babilonia, Mesir, China dan di benua
Eropa dengan berbagai bentuk rancang bangun. Namun berdasarkan kedudukan
poros, jenis-jenis turbin angin itu dapat dibagi ke dalam dua kategori, yakni:
turbin angin dengan sumbu vertikaldan turbin angin dengan sumbu horisontal.
Turbin angin poros Vertikal atau VAWT (Vertical Axis Wind Turbine)
adalah turbin dengan poros vertikal dan mempunyai generator pembangkit
listrik dibawah poros. Sedangkan turbin angin poros horizontal atau HAWT
(Horizontal Axis Wind Turbine) adalah turbin dengan poros utama horizontal
dan generator pembangkit listrik pada puncak menara.
Salah satu turbin angin poros vertikal adalah turbin angin savonius. Turbin
angin savonius dicipta pertama kali di negara Finlandia dan berbentuk-S apabila
dilihat dari atas. Turbin jenis VAWT secara umum bergerak lebih perlahan
dibanding jenis HAWT, tetapi menghasilkan torsi yang lebih tinggi.
2.1.1 Kelebihan Turbine Angin Sumbu Vertikal (VAWT)
Turbin angin savonius merupakan salah satu turbin dengan poros
vertikal. Beberapa keuntungan dari turbin angin savonius dibandingkan
turbin angin poros horisontal yaitu :
1) Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.
2) Karena sudu rotornya vertikal maka kincir jenis ini dapat berputar
dengan arah angin dari manapun juga, sehingga tidak membutuhkan
ekor pengarah (tail vane).
3) Sebuah VAWT bisa diletakkan lebih dekat ke tanah, membuat
pemeliharaan bagian-bagiannya yang bergerak jadi lebih mudah.
4) VAWT memiliki sudut airfoil (bentuk bilah sebuah baling-baling
yang terlihat secara melintang) yang lebih tinggi, memberikan
keaerodinamisan yang tinggi sembari mengurangi drag pada tekanan
yang rendah dan tinggi.
5) Desain VAWT bersudu lurus dengan potongan melintang berbentuk
kotak atau empat persegi panjang memiliki wilayah tiupan yang
lebih besar untuk diameter tertentu daripada wilayah tiupan
berbentuk lingkarannya HAWT.
6) VAWT memiliki kecepatan awal angin yang lebih rendah daripada
HAWT. Biasanya VAWT mulai menghasilkan listrik saat kecepatan
7) VAWT biasanya memiliki tip speed ratio (perbandingan antara
kecepatan putaran dari ujung sebuah bilah dengan laju sebenarnya
angin) yang lebih rendah sehingga lebih kecil kemungkinannya
rusak di saat angin berhembus sangat kencang.
8) VAWT bisa didirikan pada lokasi-lokasi dimana struktur yang lebih
tinggi dilarang dibangun.
9) VAWT yang ditempatkan di dekat tanah bisa mengambil
keuntungan dari berbagai lokasi yang menyalurkan angin serta
meningkatkan laju angin (seperti gunung atau bukit yang puncaknya
datar dan puncak bukit).
10)VAWT tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah.
11)Kincir pada VAWT mudah dilihat dan dihindari burung.
2.1.2 Kekurangan Turbin Angin Sumbu Vertikal (VAWT)
Adapun kekurangan dari turbin angin sumbu vertikal adalah sebagai
berikut :
1) Kebanyakan VAWT memproduksi energi hanya 50% dari efisiensi
HAWT karena drag tambahan yang dimilikinya saat kincir berputar.
2) VAWT tidak mengambil keuntungan dari angin yang melaju lebih
kencang di elevasi yang lebih tinggi.
4) Sebuah VAWT yang menggunakan kabel untuk menyanggahnya
memberi tekanan pada bantalan dasar karena semua berat rotor
dibebankan pada bantalan. Kabel yang dikaitkan ke puncak bantalan
meningkatkan daya dorong ke bawah saat angin bertiup.
2.2 GERAK KINCIR
Pada dasarnya rotor Turbin Angin mengambil tenaga dari angin dan
membuatnya menjadi lebih pelan, dan menghasilkan tenaga.
Ini dapat dilihat dengan adanya gaya yang diterapkan yaitu gaya yang
diberikan oleh angin kepada kincir. Obyek yang bergerak searah aliran angin,
menghasilkan gaya yang disebut “drag” atau gaya dorong
Prinsip kerja kincir angin savonius adalah mengkonversikan energi angin
menjadi energi mekanis dalam bentuk gaya dorong (drag force). Sebagian sudu
mengambil energi angin dan sebagian sudu lagi melawan angin. Sudu yang
mengambil energi angin disebut down wind sedangkan sudu yang melawan
angin disebut upwind. Sudu upwind ini dapat mengurangi kecepatan rotor.
Besarnya torsi pada rotor dan kecepatan rotor (rpm) tergantung pada selisih
Gambar 2.1 Prinsip kerja kincir angin tipe Savonius DOWNWIND
UPWIND
ARAH PUTARAN
ARAH ANGIN
2.3 PERHITUNGAN PADA KINCIR
2.3.1 Perolehan Daya Menurut Teori
Daya teoritis yang disediakan angin dapat dihitung dari perkalian masa jenis udara dikalikan luas penampang kincir angin dikalikan pangkat tiga kecepatan angin :
3 2 1
∞
= Av
Pin ρ (watt) (2.1)
(Sumber : Pengerak Mula Turbin, Wiranto Arismunandar, 2004) dengan :
Pin = Daya teoritis (watt)
ρ = Densitas Udara / massa jenis udara, kg/m3
= 1,225 kg/m3
A = Luas Penampang ( m2)
Pada Gambar 1 ditunjukkan bahwa, daya angin yang dapat
dimanfaatkan dengan menggunakan turbin angin dengan propeller yang
ideal maksimum 59 % dari daya yang disediakan angin. Sementara ini,
daya efektif yang dapat dicapai oleh sebuah kincir (atau turbin) angin
tipe Savonius hanya mencapai 30% dari daya yang disediakan angin.
Savonius
American multiblade
High Speed Propeller Ideal Propeller
Dutch Four Arm Darrieus
Gambar 2.2 Grafik hubungan daya, Cp dan rasio kecepatan keliling tepi luar sudu terhadap kecepatan angin, tsr.(Sumber: Wiranto Arismunandar,2004)
2.3.2 Perhitungan Daya Keluaran (Pout)
Perhitungan Daya yang dihasilkan oleh kincir (Pout) dihitung
berdasarkan tegangan (V) dan kuat arus (I) output generator yang
digunakan dapat dituliskan menurut persamaan berikut :
dengan :
Pout = Daya yang dihasilkan Oleh Kincir ( watt )
V = Tegangan ( volt )
I = Arus ( ampere )
2.3.3 Perhitungan Besar Coefisien Daya (Cp)
Perhitungan Koefisien daya (Cp) kincir dapat dihitung
berdasarkan perbandingan daya yang dihasilkan oleh kincir (Pout)
dengan daya teoritis (Pin) yang disediakan oleh angin dapat dituliskan
menurut persamaan berikut :
100
× =
in out P
P P
C ( 2.3 )
dengan :
Cp= Koefisien Daya Kincir (%)
Pout = Daya Yang dihasilkan oleh Kincir ( watt )
Pin = Daya Teoritis ( watt ) 2.3.4 Perhitungan Torsi Yang Dihasilkan Oleh Kincir
Perhitungan torsi didapat dari perbandingan daya yang
dihasilkan kincir dengan kecepatan putar poros. Perhitungan Torsi dapat
dituliskan Menurut Persamaan Berikut :
ωout
t P
n P
Mt out
π 30
= (Nm) (2.4)
dengan :
t
M = torsi (Nm) Pout = daya output (watt) n = putaran poros (rpm)
ω = kecepatan sudut kincir (rad/s) 2.3.5 Perhitungan Tip Speed Ratio (TSR)
Tip speed ratio (tsr) adalah hasil pembagian kecepatan ujung
kincir angin dengan kecepatan angin, yaitu :
tsr = ∞ V Vtip tsr = ∞ ×V Dn 60 π (2.5)
(Sumber : hasil pembelajaran rekayasa tenaga angin)
dengan :
tsr = tip speed ratio
Vtip= kecepatan ujung kincir (rad/s)
n = putaran yang di hasilkan kincir (rpm)
D = diameter kincir (m)
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. SARANA PENELITIAN
Sarana yang digunakan untuk penelitian adalah kincir angin sumbu vertical
tipe Savonius 4 sudu lengkung dengan sudu yang dapat membuka dan menutup
secara otomatis. Selanjutnya kincir angin tersebut akan dicari unjuk kerjanya
pada kecepatan angin yang bervariasi sehingga mendapatkan daya keluaran
yang berbeda.
3.2. PERALATAN PENELITIAN
Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah :
1. Generator
Alat ini berfungsi sebagai alat yang mengubah gaya gerak menjadi listrik.
Generator menghasilkan arus listrik dan tegangan listrik yang digunakan
untuk mencari besar daya yang dikeluarkan.
2. Tachometer
Alat ini digunakan untuk mengukur putaran poros motor DC. Tachometer
yang digunakan tachometer jenis digital light tachometer, yang prinsip
kerjanya dengan memancarkan sinar untuk membaca sensor yang berupa
pemantul cahaya (contoh aluminium foil) yang dipasang pada poros.
3. Wind Tunnel ( Terowongan Angin )
Alat ini berfungsi sebagai lorong yang menangkap dan mengumpulkan
angin dan mengalirkannya pada kincir yang diletakkan didalam terowongan
angin tersebut, pengaturan kecepatan angin dilakukan dialat ini.
4. Blower
Alat ini menghisap angin yang akan disalurkan melalui terowongan angin
5. Multimeter
Alat ukur untuk mengukur kelistrikan pada beban yang diberikan.
6. Lampu
Lampu ini berfungsi sebagai beban dalam pengukuran tegangan dan arus
dari alternator.
7. Anemometer
Anemometer ini berfungsi sebagai alat pengukur kecepatan angin, sehingga
dapat diketahui kecepatan angin yang dibutuhkan.
3.3. ANALISA DATA
Data yang analisa dari percobaan ini adalah sebagai berikut :
a. Putaran poros kincir yang dihasilkan ( rpm ).
b. Tegangan dan arus listrik pada lampu. (VL) dan (IL)
c. Kecepatan angin ( ) yang digunakan didapat dari pengukuran
Anemometer yang diletakan di depan terowongan angin ∞
d. diperoleh dari pengkalian tegangan ( ) dan arus ( ) listrik yang
dihasilkan dari lampu.
out
P VL IL
e. didapat dari hasil perkalian antar massa jenis udara dengan luas
penampang kincir dan kecepatan angin dipangkatkan tiga ,dan hasilnya
dibagi dua, seperti yang tercantum pada Persamaan 2.1. in
P
f. Untuk mencari torsi didapat dari hasil pembagian daya keluaran dengan
kecepatan sudut pada kincir angin, seperti yang tercantum pada Persamaan
2.4.
g. Untuk menentukan efisiensi kincir didapat dari hasil pembagian daya
keluaran dengan daya teoritis, dengan menggunakan Persamaan 2.3.
h. Selanjutnya mencari tsr yang didapat dari hasil perkalian phi dengan
diameter kincir dan dengan kecepatan putar poros dibagi kecepatan angin
yang di kalikan 60.
3.4. LANGKAH PENELITIAN
Langkah-langkah yang dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
a. Kincir angin dipasang didalam terowongan angin dan dibaut supaya poros
tidak bergeser .
b. Pada poros atas kincir diberi bantalan agar putarannya menjadi ringan,
kemudian bagian bawah poros dihubungkan dengan alternator.
d. Di depan kincir angin dipasang anemometer untuk mengetahui kecepatan
angin yang melewati terowongan angin.
e. Setelah semua siap, blower dihidupkan untuk menghisap angin masuk
kedalamterowongan angin.
f. Ketika generator berputar maka akan timbul tenganan dan arus pada lampu
sehingga dapat diukur tegangan dan arusnya.
g. Bersamaan dengan pengukuran tegangan dan arus, diukur juga putaran
porosnya.
Gambar 3.1 Pengukuran arus dan volt pada generator
h. Jalannya percobaan a-g dilakukan berulang dengan variasi kecepatan angin
yaitu dari kecepatan angin terkecil kincir bisa berputar sampai kecepatan
Gambar 3.2Kincir angin savonius empat sudu lengkung
Keterangan Gambar 3.2 :
1. Poros dan Lubang Pena Penahan Poros
Poros yang digunakan merupakan poros pejal dengan diameter 0,016 m dan
panjang 1,29 m . Poros tersebut berfungsi sebagai tumpuan kincir saat
didirikan dan berputar. Lubang pena penahan poros adalah lubang yang
dibuat untuk menghubungkan kincir dengan generator. Pada kincir ini
Gambar 3.2Poros kincir
2. Penutup Atas
Penutup atas terbuat dari bahan mika, penutup atas berfungsi untuk
menahan angin agar tetap mendorong sudu dan tidak terhambur keluar tepi
atas kincir. Penutup atas mempunyai diameter yang sama dengan diameter
Gambar 3.3 Penutup atas kincir
3. Penahan bilah sudu
Penahan sudu mengunakan baut dengan diameter 12 mm. Fungsinya untuk
menahan sudu saat terbuka agar sudu tidak membuka 180o, jika sudu
membuka 180o maka sudu tidak dapat berbalik lagi karena terdorong angin,
itu berarti di tengan sudu terdapat lubang yang membuat angin lolos dan
Gambar 3.4 Penahan sudu kincir
4. Dudukan poros sudu
Dudukan ini terbuat dari kayu yang berbentuk palang atau dengan kata lain
saling tegak lurus. Fungsi dari dudukan ini adalah sebagai dudukan atau
tempat menempelnya poros pada sudu, dan sebagai penghubung antara
Gambar 3.5Dudukan poros sudu pada kincir
5. Poros penahan sudu
Poros penahan terbuat dari besi cor dengan diameter 8 mm. Fungsinya
untuk menahan agar penahan poros sudu atas dan bawah tetap sejajar atau
dengan kata lain untuk menahan beban puntir pada kincir akibat dorongan
angin.
6. Sudu
Pada kesempatan ini kincir yang dibuat adalah kincir Savonius dengan sudu
melengkung. Sudu terbuat dari mika yang mempunyai beben yang ringan,
berfungsi untuk mempermudah saat sudu membuka dan menutup. Panjang
sudu adalah 0,6 m dengan jari-jari lengkungan 0,07 m.
Gambar 3.7Sudu lengkung pada kincir
7. Poros sudu
Poros sudu berfungsi untuk tumpuan sudu saat berputar dan berfungsi
sebagai penghubung antara sudu dengan poros utama.
8. Penutup bawah
Penutup bawah bahan dan ukurannya sama, fungsinya pun sama dengan
penutup atas yaitu untuk menahan angin agar tidak terhempas keluar
melewati tepi bawah kincir.
Gambar 3.9Penutup bawah kincir
3.5. Cara Kerja Alat
Cara kerja kincir angin adalah sebagai berikut :
1. Kincir dipasang pada terowongan angin.
2. Pemasangan Anemometer diletakan pada terowongan angin bagian depan.
3. Kincir dihubungkan dengan alternator untuk menghasilkan listrik
4. Pada alternator diberi beban berupa lampu, yang akan diukur keluaran
listriknya.
5. Pada saat angin berhembus pada terowongan angin, maka akan mendorong
6. Setelah lampu dapat menyala dengan stabil dapat dilakukan pengukuran
terhadap tegangan listrik, arus listrik, putaran Generator. Setelah selesai
pengukuran, angin berhenti dihembuskan, supaya tidak ada magnet pada
generator.
7. Setelah selesai melakukan pengukuran pada salah satu kecepatan angin,
maka dilakukan perubahan kecepatan angin dengan menggeser terowongan
BAB IV
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1 DATA PENELITIAN
Pengambilan data yang dilakukan dengan memvariasikan kecepatan angin
yaitu 3 m/s, 3,5 m/s, 4 m/s, 4,5 m/s, 5 m/s, 5,5 m/s, 6 m/s, 6,5 m/s, 7 m/s. Variasi
minimum diambil 3 m/s karena kecepatan ini adalah kecepatan angin minimum
kincir dapat berputar, sedangkan kecepatan maksimum diambil 7 m/s, karena
pada terowongan angin yang digunakan dapat menghisap udara dengan
kecepatan maksimal 7,5 m/s, untuk alasan keamanan maka diambil 7 m/s untuk
variasi kecepatan angin maksimal. Pengambilan data dilakukan pada tiap 1 menit
sebanyak 20 kali untuk tiap variasi.
4.2 PERHITUNGAN DAN PENGOLAHAN DATA
Luas penampang kincir bila dilihat dari pandangan samping berbentuk
persegi, luas persegi tersebutlah yang mengalami dorongan dari angin yang
mengandung energi kinetik.
Gambar 4.1 Penampang kincir dalam 2 dimensi
A = panjang x lebar
= 0,6 m x 0,5 m
= 0,3 m2
Menurut Tabel 4.1 pada nomer 1 diperoleh data sebagai berikut :
V = 0,9 volt
I = 0,6 ampere
n= 5 rpm
Rumus yang digunakan dalam perhitungan ini adalah rumus yang telah
dijabarkan pada bab II, sehingga penerapannya pada hasil pengamatan
a. Perhitungan perolehan daya yang disediakan oleh angin secara teori
menurut Persamaan 2.1
3 2 1
∞
= Av
Pin ρ
s m m
m kg
Pin 1,255 3 0,3 2 33
2
1× × ×
=
Pin = 4,96 watt
b. Perhitungan daya keluaran pada kincir menurut Persamaan 2.2
Pout = V x I
Pout = 0,9 V x 0,6 A
Pout = 0,54 watt
c. Perhitungan koefisien daya pada kincir menurut Persamaan 2.3
100 × = in out P P P C % 100 96 , 4 54 , 0 × = watt watt
CP %
Cp = 10,88 %
d. Perhitungan perolehan torsi pada kincir munurut Persamaan 2.4
n P
Mt = ⋅ out
π 30 rpm watt Mt 5 54 , 0 14 , 3 30 ⋅ =
e. Perhitungan perolehan tsr pada kincir menurut Persamaan 2.5 tsr ∞ × = V Dn 60 π
sehingga perhitungan yang didapat sebagai berikut :
tsr ∞ × = V Dn 60 π tsr 3 60 5 5 , 0 14 , 3 × × × =
tsr=0,043
Tabel 4.1 Data hasil pengamatan dan hasil perhitungan pada kisaran kecepatan angin 3 m/s
NO V
volt
I ampere
RPM Pout
W Pin W Koefisien daya % Torsi
Nm tsr
1 0,90 0,60 5,00 0,54 4,96 10,90 1,03 0,04 2 1,26 0,93 6,50 1,17 4,96 23,60 1,72 0,06 3 1,01 0,45 4,00 0,45 4,96 9,16 0,73 0,05 4 1,12 0,63 5,00 0,71 4,96 14,20 1,35 0,04 5 0,99 0,83 4,50 0,82 4,96 16,60 1,23 0,05 6 1,32 0,57 6,00 0,75 4,96 15,20 1,19 0,05 7 1,04 0,52 4,00 0,54 4,96 10,90 0,79 0,06 8 1,13 0,51 3,00 0,58 4,96 11,60 0,91 0,05 9 1,27 1,01 5,00 1,28 4,96 25,90 1,86 0,06 10 1,16 0,43 4,00 0,50 4,96 10,10 0,82 0,05 11 1,27 0,74 5,00 0,94 4,96 18,90 1,40 0,05 12 1,36 0,85 4,50 1,16 4,96 23,30 1,67 0,06 13 1,14 0,49 3,50 0,56 4,96 11,30 0,92 0,05 14 1,16 0,52 4,50 0,60 4,96 12,20 0,98 0,05 15 1,28 0,54 4,50 0,69 4,96 13,90 1,16 0,05 16 0,83 0,74 3,50 0,61 4,96 12,40 1,11 0,04 17 1,30 0,80 4,00 1,04 4,96 21,00 1,51 0,06 18 1,40 0,96 5,00 1,34 4,96 27,10 1,97 0,06 19 1,60 0,69 5,00 1,10 4,96 22,30 1,65 0,06 20 1,04 0,60 4,50 0,62 4,96 12,60 0,98 0,05
Tabel 4.2 Data hasil pengamatan dan hasil perhitungan pada kisaran kecepatan angin 3,5 m/s
NO V
volt
I ampere
RPM Pout
W Pin W Koefisien daya % Torsi
Nm tsr
1 1,76 0,66 9,10 1,16 7,88 14,70 1,39 0,07 2 1,34 0,71 8,60 0,95 7,88 12,10 1,31 0,07 3 1,51 0,75 8,10 1,13 7,88 14,40 1,25 0,07 4 1,68 0,72 8,20 1,21 7,88 15,40 1,14 0,08 5 1,69 0,77 8,50 1,30 7,88 16,50 1,35 0,07 6 1,41 0,73 8,60 1,03 7,88 13,10 1,24 0,08 7 1,56 0,76 7,50 1,19 7,88 15,00 1,37 0,07 8 1,46 0,75 8,20 1,10 7,88 13,90 1,21 0,07 9 1,46 0,69 7,80 1,01 7,88 12,80 1,12 0,08 10 1,49 0,67 7,70 1,00 7,88 12,70 1,09 0,08 11 1,47 0,69 8,60 1,01 7,88 12,90 1,08 0,08 12 1,52 0,67 8,30 1,02 7,88 12,90 1,17 0,07 13 1,68 0,65 8,80 1,09 7,88 13,90 1,05 0,08 14 1,67 0,68 8,70 1,14 7,88 14,40 1,13 0,08 15 1,52 0,69 8,60 1,05 7,88 13,30 1,07 0,08 16 1,74 0,70 8,20 1,22 7,88 15,50 1,15 0,07 17 1,48 0,71 8,50 1,05 7,88 13,30 1,08 0,08 18 1,48 0,68 8,70 1,01 7,88 12,80 1,15 0,07 19 1,58 0,72 8,50 1,14 7,88 14,40 1,19 0,07 20 1,59 0,69 8,40 1,10 7,88 13,90 1,05 0,08
Tabel 4.3 Data hasil pengamatan dan hasil perhitungan pada kisaran kecepatan angin 4 m/s
NO V
volt
I ampere
RPM Pout
W Pin W Koefisien daya % Torsi
Nm tsr
1 2,60 0,69 15,40 1,79 11,80 15,30 1,11 0,10 2 2,40 0,69 20,20 1,66 11,80 14,10 1,04 0,09 3 3,00 0,78 31,60 2,34 11,80 19,90 1,06 0,11 4 3,10 0,67 17,30 2,08 11,80 17,70 1,00 0,10 5 3,70 0,71 30,70 2,63 11,80 22,30 1,10 0,11 6 3,70 0,72 32,80 2,66 11,80 22,70 1,03 0,12 7 3,40 0,70 18,10 2,38 11,80 20,20 0,92 0,12 8 3,30 0,71 22,50 2,34 11,80 19,90 0,95 0,13 9 3,80 0,74 26,00 2,81 11,80 23,90 1,28 0,10 10 3,80 0,69 21,50 2,62 11,80 22,30 1,07 0,12 11 3,40 0,70 21,10 2,38 11,80 20,20 0,89 0,13 12 3,70 0,72 25,10 2,66 11,80 22,70 0,96 0,13 13 3,40 0,68 18,70 2,31 11,80 19,70 0,90 0,12 14 3,20 0,72 22,40 2,30 11,80 19,60 0,95 0,11 15 3,60 0,72 22,80 2,59 11,80 22,00 1,10 0,12 16 3,80 0,74 25,60 2,81 11,80 23,90 1,02 0,11 17 3,40 0,72 24,70 2,45 11,80 20,80 0,91 0,12 18 3,20 0,73 26,50 2,34 11,80 19,90 1,01 0,11 19 3,60 0,72 25,60 2,59 11,80 22,00 0,99 0,12 20 3,80 0,73 27,20 2,77 11,80 23,60 1,04 0,10
Tabel 4.4 Data hasil pengamatan dan hasil perhitungan pada kisaran kecepatan angin 4,5 m/s
NO V
volt
I ampere
RPM Pout
W Pin W Koefisien daya % Torsi
Nm tsr
1 3,60 0,79 23,90 2,84 16,70 17,00 0,99 0,14 2 4,20 0,73 35,30 3,07 16,70 18,30 0,59 0,21 3 3,80 0,72 25,20 2,74 16,70 16,30 0,94 0,15 4 3,80 0,74 26,20 2,81 16,70 16,80 0,96 0,15 5 3,70 0,73 24,60 2,70 16,70 16,10 1,05 0,14 6 4,10 0,73 31,50 2,99 16,70 17,90 0,75 0,18 7 3,50 0,74 28,10 2,59 16,70 15,50 0,88 0,16 8 4,10 0,72 28,20 2,95 16,70 17,60 0,78 0,16 9 3,60 0,69 16,60 2,48 16,70 14,80 1,43 0,09 10 3,90 0,74 28,60 2,89 16,70 17,20 1,09 0,15 11 4,10 0,75 35,10 3,08 16,70 18,40 1,04 0,14 12 4,30 0,74 36,50 3,18 16,70 19,00 0,86 0,15 13 4,40 0,77 37,00 3,39 16,70 20,20 0,95 0,14 14 3,80 0,73 24,70 2,77 16,70 16,60 1,07 0,14 15 3,70 0,76 31,10 2,81 16,70 16,80 0,91 0,17 16 3,40 0,74 28,50 2,52 16,70 15,00 0,84 0,16 17 3,50 0,73 33,10 2,56 16,70 15,30 0,81 0,17 18 3,60 0,71 25,00 2,56 16,70 15,30 0,98 0,14 19 3,50 0,70 27,30 2,45 16,70 14,60 0,86 0,16 20 3,80 0,72 30,50 2,74 16,70 16,30 0,86 0,18
Tabel 4.5 Data hasil pengamatan dan hasil perhitungan pada kisaran
kecepatan angin 5 m/s
NO V
volt
I ampere
RPM Pout
W Pin W Koefisien daya % Torsi
Nm tsr
1 4,40 0,75 38,10 3,30 23,00 14,40 0,82 0,20 2 3,90 0,72 30,50 2,81 23,00 12,20 0,88 0,16 3 4,30 0,74 34,50 3,18 23,00 13,90 0,88 0,18 4 4,10 0,78 35,90 3,20 23,00 13,90 0,85 0,19 5 4,10 0,78 37,60 3,20 23,00 13,90 0,81 0,20 6 4,20 0,75 36,50 3,15 23,00 13,70 0,82 0,19 7 4,10 0,81 32,90 3,32 23,00 14,50 0,96 0,17 8 3,90 0,81 38,20 3,16 23,00 13,80 0,79 0,20 9 4,20 0,82 33,60 3,44 23,00 15,00 0,98 0,18 10 4,30 0,71 35,10 3,05 23,00 13,30 0,83 0,18 11 4,20 0,72 31,70 3,02 23,00 13,20 0,91 0,17 12 4,40 0,79 38,40 3,48 23,00 15,10 0,86 0,20 13 4,10 0,74 35,90 3,03 23,00 13,20 0,81 0,19 14 4,20 0,71 32,60 2,98 23,00 13,00 0,87 0,17 15 4,30 0,77 37,60 3,31 23,00 14,40 0,84 0,19 16 4,10 0,80 35,40 3,28 23,00 14,30 0,89 0,18 17 4,30 0,82 42,30 3,53 23,00 15,40 0,79 0,22 18 4,30 0,74 42,50 3,18 23,00 13,90 0,72 0,22 19 4,10 0,74 34,10 3,03 23,00 13,20 0,85 0,18 20 4,50 0,71 36,60 3,20 23,00 13,90 0,83 0,19
Tabel 4.6 Data hasil pengamatan dan hasil perhitungan pada kisaran
kecepatan angin 5,5 m/s
NO V
volt
I ampere
RPM Pout
W Pin W koefisien daya % Torsi Nm tsr
1 5,80 0,79 49,50 4,58 30,60 15,00 0,88 0,24 2 5,10 0,74 48,90 3,77 30,60 12,30 0,74 0,23 3 5,10 0,75 48,70 3,83 30,60 12,50 0,75 0,23 4 5,30 0,73 44,40 3,87 30,60 12,70 0,83 0,21 5 5,60 0,78 48,00 4,37 30,60 14,30 0,86 0,23 6 5,30 0,75 47,10 3,98 30,60 13,00 0,81 0,22 7 5,20 0,76 50,80 3,95 30,60 12,90 0,74 0,24 8 4,90 0,76 48,70 3,72 30,60 12,20 0,73 0,23 9 5,80 0,76 48,60 4,41 30,60 14,40 0,87 0,23 10 5,90 0,77 51,50 4,54 30,60 14,90 0,84 0,25 11 5,40 0,74 47,60 4,00 30,60 13,10 0,80 0,23 12 5,80 0,75 48,80 4,35 30,60 14,20 0,85 0,23 13 5,70 0,78 50,10 4,45 30,60 14,50 0,85 0,24 14 5,30 0,79 51,20 4,19 30,60 13,70 0,78 0,24 15 5,30 0,79 50,70 4,19 30,60 13,70 0,78 0,24 16 5,20 0,78 46,50 4,06 30,60 13,30 0,83 0,22 17 5,60 0,81 50,10 4,54 30,60 14,80 0,86 0,24 18 5,00 0,79 46,70 3,95 30,60 12,90 0,81 0,22 19 5,20 0,80 50,00 4,16 30,60 13,60 0,79 0,24 20 5,20 0,80 48,40 4,16 30,60 13,60 0,82 0,23
Tabel 4.7 Data hasil pengamatan dan hasil perhitungan pada kisaran
kecepatan angin 6 m/s
NO V
volt
I ampere
RPM Pout
W Pin W koefisien daya % Torsi
Nm tsr
1 5,90 0,85 54,30 5,02 39,70 12,60 0,88 0,24 2 5,80 0,83 56,20 4,81 39,70 12,10 0,82 0,25 3 5,70 0,85 59,40 4,85 39,70 12,20 0,78 0,26 4 5,50 0,84 56,30 4,62 39,70 11,60 0,78 0,25 5 5,40 0,85 56,00 4,59 39,70 11,60 0,78 0,24 6 5,20 0,84 54,20 4,37 39,70 11,00 0,77 0,24 7 5,70 0,92 59,20 5,24 39,70 13,20 0,85 0,26 8 5,30 0,87 57,30 4,61 39,70 11,60 0,76 0,25 9 5,30 0,86 55,40 4,56 39,70 11,50 0,78 0,24 10 5,20 0,88 58,50 4,58 39,70 11,50 0,75 0,26 11 5,40 0,84 53,70 4,54 39,70 11,40 0,81 0,23 12 5,80 0,86 58,70 4,99 39,70 12,60 0,81 0,26 13 5,50 0,81 51,10 4,46 39,70 11,20 0,83 0,22 14 5,60 0,83 56,10 4,65 39,70 11,70 0,79 0,24 15 5,40 0,82 54,30 4,43 39,70 11,20 0,78 0,25 16 5,10 0,84 55,60 4,28 39,70 10,80 0,74 0,24 17 6,10 0,85 57,50 5,19 39,70 13,10 0,86 0,25 18 5,60 0,84 56,60 4,70 39,70 11,90 0,79 0,24 19 5,40 0,85 55,90 4,59 39,70 11,60 0,78 0,24 20 5,30 0,87 58,10 4,61 39,70 11,60 0,76 0,25
Tabel 4.8 Data hasil pengamatan dan hasil perhitungan pada kisaran
kecepatan angin 6,5 m/s
NO V
volt
I ampere
RPM Pout
W Pin W Koefisien daya % Torsi
Nm tsr
1 6,10 0,90 63,10 5,49 50,50 10,90 0,83 0,25 2 6,20 0,92 68,40 5,70 50,50 11,30 0,79 0,27 3 6,00 0,94 67,40 5,64 50,50 11,20 0,79 0,27 4 6,50 0,92 63,80 5,98 50,50 11,90 0,89 0,27 5 6,10 0,93 64,00 5,67 50,50 11,20 0,85 0,26 6 6,20 0,90 61,60 5,58 50,50 11,10 0,87 0,25 7 5,90 0,87 65,20 5,13 50,50 10,20 0,75 0,26 8 6,80 0,89 64,50 6,05 50,50 12,00 0,89 0,26 9 6,60 0,88 65,10 5,81 50,50 11,50 0,85 0,26 10 6,40 0,89 64,30 5,70 50,50 11,30 0,85 0,26 11 6,20 0,89 66,10 5,52 50,50 10,90 0,79 0,27 12 5,80 0,88 58,90 5,10 50,50 10,10 0,83 0,24 13 6,80 0,93 61,50 6,32 50,50 12,50 0,98 0,25 14 6,50 0,94 60,80 6,11 50,50 12,10 0,96 0,24 15 6,20 0,92 59,10 5,70 50,50 11,30 0,92 0,24 16 6,90 0,93 56,40 6,42 50,50 12,70 1,09 0,23 17 5,90 0,94 61,50 5,55 50,50 11,00 0,86 0,25 18 6,30 0,93 61,40 5,86 50,50 11,60 0,91 0,25 19 6,00 0,94 60,40 5,64 50,50 11,20 0,89 0,24 20 5,70 0,93 57,80 5,30 50,50 10,50 0,88 0,23
Tabel 4.9 Data hasil pengamatan dan hasil perhitungan pada kisaran
kecepatan angin 7 m/s
NO V
volt
I ampere
RPM Pout
W Pin W koefi daya % Torsi
Nm tsr
1 7,50 0,97 87,10 7,28 63,00 11,50 0,79 0,33 2 7,60 1,10 86,30 8,36 63,00 13,30 0,92 0,32 3 7,10 1,30 85,40 9,23 63,00 14,60 1,03 0,32 4 7,50 1,40 91,20 10,50 63,00 16,70 1,09 0,34 5 7,00 0,98 87,50 6,86 63,00 10,90 0,75 0,33 6 6,80 0,96 88,60 6,53 63,00 10,40 0,70 0,33 7 6,90 0,97 89,20 6,69 63,00 10,60 0,72 0,33 8 6,70 1,20 84,90 8,04 63,00 12,80 0,90 0,32 9 6,20 1,10 87,80 6,82 63,00 10,80 0,74 0,33 10 6,40 1,30 86,90 8,32 63,00 13,20 0,91 0,32 11 6,70 1,30 88,10 8,71 63,00 13,80 0,94 0,33 12 6,10 1,40 87,50 8,54 63,00 13,50 0,93 0,33 13 6,20 1,10 89,30 6,82 63,00 10,80 0,73 0,33 14 6,20 1,30 86,90 8,06 63,00 12,80 0,89 0,32 15 6,60 1,10 87,20 7,26 63,00 11,50 0,79 0,33 16 6,00 1,20 88,30 7,20 63,00 11,40 0,78 0,33 17 6,20 1,40 87,60 8,68 63,00 13,80 0,95 0,32 18 6,10 1,40 84,90 8,54 63,00 13,50 0,96 0,31 19 6,50 1,30 82,10 8,45 63,00 13,40 0,98 0,31 20 6,70 1,20 88,90 8,04 63,00 12,80 0,86 0,33
Rata-rata 12,60 0,87 0,33
4.3 ANALISA DATA
Dari hasil penelitian dan perhitungan telah didapatkan beberapa
perbedaan. Perbedaan tersebut disebabkan beberapa faktor yang terjadi selama
penelitian. Untuk mengetahui hal tersebut maka perlu diadakan suatu analisa dan
4.3.1 Grafik Hubungan Kecepatan Angin Dengan Koefisien Daya
Berkut ini adalah grafik hubungan kecepatan angin (v ) dengan koefisien daya pada kincir (Cp) :
∞
10 11 12 13 14 15 16 17
3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5
Kecepatan Angin (m/s)
K
oef
is
ien D
ay
a
(%
)
Gamabr 4.1 Grafik hubungan kecepatan angin dengan koefisien daya pada kincir.
Dari grafik pada Gambar 4.1 dapat diketahui koefisien daya
tertinggi sebesar 16,14 % pada kisaran kecepatan angin 3 m/s dengan
persamaan pada grafiknya adalah y = 0,6518x2 – 0,4229x + 0,1929 dan R2
= 0,8874, hal ini di karenakan pada kecepatan ini kincir berputar dengan
setabil maka daya keluaran yang dihasilkan lebih besar sehingga
4.3.2 Grafik Hubungan Kecepatan Angin Dengan Torsi
Berkut ini adalah grafik hubungan kecepatan angin (v ) dengan torsi pada kincir (Mt) :
∞
0.78 0.88 0.98 1.08 1.18 1.28
3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5
Kecepatan Angin (m/s)
T
o
rs
i (Nm
)
Gambar 4.2 Grafik hubungan kecepatan angin dengan torsi yang dihasilkan kincir.
Dari grafik pada Gambar 4.2 dapat diketahui torsi tertinggi yang
dapat dihasilkan oleh kincir sebesar 1,25 Nm pada kecepatan angin 3 m/s
dengan persamaan pada grafik adalah y = 0,0551x2 – 0,6506x + 2,7382
dan R2 = 0,971. Hal tersebut disebabkan karena kecepatan angin kecil
sehingga putaran yang dihasilkan kecil maka torsi yang dihasilkan besar,
4.3.3 Grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio.
Berikut adalah grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed
ratio :
Gambar 4.3 Grafik hubungan koefisien daya dengan tsr
Dari grafik pada Gambar 4.3 dapat disimpulakn bahwa hubungan
koefisien daya dengan tsr berbanding terbalik. Semakin bersar tsr maka
semakin kecil koefisien daya dengan persamaan pada grafik adalah y =
0,6518x2 – 0,4229x + 0,1929 dan R2 = 0,8874.
4.3.4 Grafik Hubungan Kecepatan Angin Dengan Koefisien Daya terhadap
Kincir Angin Sejenis
Pada analisa ini kincir yang diteliti di bandingkan dengan kincir
dapat sebagai tolok ukur bagi penelitian penulis. Berikut adalah grafik
hubungan koefisien daya dengan kecepatan angin pada kedua kincir :
0 5 10 15 20 25 30
2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7
keceptan angin (m/s)
k
o
e
fis
ien day
a
(%
)
.5
kincir 4 sudu datar kincir 4 sudu lengkung Li (ki i 3 d l k )
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Kecepatan Angin Dengan Koefisien Daya terhadap Kincir Angin Sejenis
Dari grafik pada Gambar 4.4 diatas dapat diketahui bahwa kincir
dengan variasi 4 sudu lengkung mempunyai koefisien daya lebih tinggi
dari jenis kincir empat sudu datar. Dengan persamaan pada grafik adalah y
= 0,0346x2 – 1,5883x + 21,037 dan R2 = 0,8704 untuk kincir dengan 4
sudu lengkung sedangkan kincir dengan empat sudu datar adalah y =
1,845x2 – 22,615x + 70,008 dan R2 = 0,9586 . Hal ini disebabkan karena
menerima angin lebih banyak dibandingkan dengan kincir 4 sudu datar
sehingga pada gaya dorong angin yang sama kincir dengan 4 sudu
lengkung lebih setabil berputar, sehingga daya keluaran yang dihasilkan
besar maka koefisien dayanya menjadi besar, karena koefisien daya
berbanding lurus dengan daya keluaran kincir.
4.3.5 Grafik Hubungan Kecepatan Angin Dengan Torsi terhadap Kincir Angin
Sejenis.
Berikut adalah grafik ke-2 kincir sejenis pada hubungan torsi
dengan kecepatan angin:
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5
Kecepatan Angin (m/s)
T
o
rs
i (N
m
)
kincir 4 sudu datar kincir 4 sudu lengkung
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Torsi Dengan Kecepatan Angin
Dari grafik pada Gambar 4.5 di atas dapat diketahui kincir dengan torsi
terbesar adalah kincir 4 sudu lengkung dengan persamaan grafiknya y = 0,0551x2
– 0,6506x + 2,7382 dan R2 = 0,971, hal ini disebabkan karena kincir ini di beri
plat untuk menahan sudu tetap melengkung dan akan menambah berat pada kincir
tersebut sehingga daya dorong yang tertangkap oleh kincir tidak menjadi putaran
secara maksimal pada kincir, maka torsi yang didapat akan sangat besar
dibandingkan dengan kincir angin 4 sudu datar yang tidak mempunyai pemberat
sehingga rpmnya besar dengan persamaan grafiknya y = 0,0412x2 – 0,4922x +
1,4983 dan R2 = 0,8703. Secara teori putaran berbanding terbalik terhadap torsi
BAB V PENUTUP
5.1KESIMPULAN
Dari hasil-hasil pengamatan dan analisis data maka dapat disimpulkan sebagai berikut :
1) Semakin besar kecepatan angin, maka semakin kecil koefisien daya pada
kincir. Koefisien daya terbesar adalah 16,14 % pada kecepatan angin 3 m/s .
2) Semakin besar kecepatan angin maka semakin kecil torsi yang dihasilkan oleh
kincir. Torsi terbesar adalah 1,25 Nm pada kecepatan angin 3 m/s.
3) Semakin besar tsr maka semakin kecil koefisien daya pada kincir. Tsr terbesar
pada saat kecepatan angin 7 m/s yaitu 0,33.
4) Dari hasil perbandingan dengan kincir angin dengan empat sudu datar yang
telah diteliti sebelumnya dapat disimpulkan, kincir angin dengan 4 sudu
lengkung memiliki koefisien daya lebih tinggi dari pada kincir dengan 4 sudu
datar. Namun pada perbandingan torsi yang dihasilkan, kincir angin dengan 4
sudu lengkung menghasilkan torsi yang jauh lebih besar dari kincir jenis 4
sudu datar, hal ini dikarenakan kincir dengan 4 sudu lengkung mempunyai
berat yang lebih dibandingkan dengan kincir jenis 4 sudu datar.
5.2 SARAN
Adapun saran bagi pihak-pihak yang ingin mengembangkan penelitian pada
bidang kincir angin terutama tipe Savonius adalah sebagai berikut :
1) Pada bidang kincir angin khususnya tipe Savonius buku-buku referensi sangat
terbatas, oleh sebab itu perlu dilakukan pengkajian lebih banyak pada bidang
tersebut untuk menambah kepustakaan.
2) Membuat modifikasi lain pada bentuk dan mekanisme sudu-sudunya serta
mevariasikan jumlah sudu agar mendapatkan koefisien daya yang terbaik.
3) Untuk mendapatkan kincir angin dengan koefisin daya yang besar, sebaiknya
digunakan bahan yang ringan, agar dengan kecepatan angin yang kecil kincir
angin sudah dapat berputar, sedangkan untuk menghasilakn torsi yang besar
sebaiknya digunakan bahan yang lebih berat.
4) Pada pengambilan data sebaiknya pada ruang tertutup, karena perubahan
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, W. 2004. Penggerak Mula Turbin. Ed.-3. Penerbit ITB. Bandung.
Djojodihardjo, H. dan Molly, J.P. 1983. Wind Energy System. Penerbit Alumni.
Bandung.
Fox, J.A. 1982. An Introduction to Engineering Fluid Mechanics. Ed-2, The
Macmillan Press Ltd. London
Kadir, A. 1995. Energi: Sumber Daya, Inovasi, Tenaga Listrik dan Potensial
Ekonomi. Penerbit Universitas Indonesia. Jakarta.
Sachs, P. 1978. Wind Forces in Engineering, Ed-2, Pergamon Press. Great Britain.
Setyadhi, N. 2009. Modifikasi Sudu Pada Kincir Angin Tipe Savonius Dengan Empat
Sudu Datar. Tugas Akhir jurusan Teknik Mesin, FST, USD, Yogyakarta.
http://id.wikipedia.org/wiki/turbin_angin
http://www.lemhannas.go.id
