i
UNJUK KERJA
KINCIR ANGIN SAVONIUS SATU TINGKAT DENGAN
JUMLAH SUDU 2 DAN 9
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin
Disusun oleh:
Anak Agung Made Yudhanegara 055214033
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
ii
FINAL PROJECT
Presented as partial Fulfillment on the Requirements To obtain the Sarjana Teknik degree
In Mechanical Engineering
By:
Anak Agung Made Yudhanegara 055214033
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA
v LEMBAR PERNYATAAN
vi Nama : Anak Agung Made Yudhanegara NIM : 055214033
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :
……… ………UNJUK KERJA KINCIR ANGIN SAVONIUS SATU TINGKAT……..
………..…..……DENGAN JUMLAH SUDU 2 DAN 9……….
……….
Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengolahnya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikan di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya ataupun memberikan royalti kepada saya selama masih tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
vii ABSTRAK
Energi merupakan salah satu faktor pendukung kehidupan manusia yang paling vital karena tanpa adanya energi semua aspek kehidupan di muka bumi ini tidak akan tercipta. 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 energi angin. Kebanyakan energi angin modern dikonversikan ke dalam bentuk energi listrik dengan cara mengubah gerak rotasi sudu turbin menjadi arus listrik dengan menggunakan generator listrik. Cara pemanfaatan energi angin untuk memperoleh energi listrik salah satunya dengan menggunakan kincir angin savonius yang mengkonversikan energi angin yang datang menjadi energi listrik. Tujuan penelitian yaitu membuat model kincir angin Savonius satu tingkat dengan jumlah sudu 2 dan 9 untuk mengetahui daya yang dihasilkan dari masing-masing variasi jumlah sudu serta endapatkan grafik hubungan Cp (koefisien daya) dan Tsr (Tip Speed Ratio) kincir angin savonius
Penelitian ini bertujuan menguji model kincir angin Savonius dengan variabel yang diukur dalam pengujian yaitu daya angin yang tersedia, besarnya Tsr (Tip Speed Ratio), torsi yang dihasilkan kincir angin, daya keluaran yang dihasilkan kincir angin, dan Koefisien daya kincir angin.
viii
berkat dan bimbingan-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dalam mencapai gelar sarjana.
Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, sekaligus sebagai wujud harapan dan cita-cita penulis untuk selalu belajar tanpa batas.
Penyusunan skripsi ini tidak mungkin dapat terlaksana dengan baik tanpa adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak yang terkait. Pada kesempatan ini, dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada : 1. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T, selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma.
2. Bapak Budi Sugiharto, S.T, M.T, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
3. Bapak Ir. Yohanes Baptista Lukiyanto, M.T. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, dorongan serta meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
ix
5. Anak Agung Kompiang Mustika dan Mercuria Triani Sri Hartati selaku orang tua yang selalu memberi dukunngan selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.
6. Teman-teman mahasiswa angkatan 2005 khususnya dan semua angkatan Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma serta semua pihak yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna karena keterbatasan pengetahuan yang dimiliki penulis. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca untuk menyempurnakan laporan ini. Akhir kata, semoga laporan ini dapat berguna bagi pembaca semua.
Yogyakarta, Juni 2010
x
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA. ... v
xi
2.2. Tipe Turbin... 7
2.3. Bagan Kincir Angin Savonius ... 9
2.4. Kelebihan Kincir Angin Savonius ... 10
2.5. Gerak Turbin ... 10
2.6. Daya Energi Angin ... 11
2.5. Turbin Angin ... 12
BAB III. METODE PENELITIAN... 15
3.1. Bahan Penelitian... 15
BAB IV. PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ... 27
4.1. Persamaan Dan Data Penelitian ... 27
4.1.1. Persamaan Yang Digunakan ... 27
4.1.2. Data penelitian ... 28
4.2. Pengolahan Dan Perhitungan Data ... 39
4.2.1. Luas Penampang Kincir ... 39
4.2.2. Daya Yang Dihasilkan Angin ... 39
4.2.3. Torsi Pada Poros ... 39
xii
4.2.5. Menghitung Tsr ... 40
4.2.6. Menghitung Cp ... 40
4.3. Data Hasil Perhitungan ... 41
4.4. Diagram Dan Pembahasan ... 52
BAB V. PENUTUP ... 61
5.1. Kesimpulan ... 61
5.1. Saran ... 62
xiii
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1.1. Data angin oleh Pusat Meteorologi dan Geofisika tentang
daerah yamg mempunyai kecepatan angin rata-rata 3.5
m/s atau lebih ... 3 Tabel 4.1. Data penelitian sudu 2 dengan kecepatan angin rata-rata
7
s
m ... 29
Tabel 4.2. Data penelitian sudu 2 dengan kecepatan angin rata-rata 6
s
m ... 30
Tabel 4.3. Data penelitian sudu 2 dengan kecepatan angin rata-rata 5
s
m ... 31
Tabel 4.4. Data penelitian sudu 2 dengan kecepatan angin rata-rata 4
s
m ... 32
Tabel 4.5. Data penelitian sudu 2 dengan kecepatan angin rata-rata 3
s
m ... 33
Tabel 4.6. Data penelitian sudu 9 dengan kecepatan angin rata-rata 7
s
m ... 34
Tabel 4.7. Data penelitian sudu 9 dengan celah 10 cm dan kecepatan angin rata-rata 7
s
xiv
Tabel 4.8. Data penelitian sudu 9 dengan celah 10 cm dan kecepatan angin rata-rata 6
s kecepatan angin rata-rata 4
xv kecepatan angin rata-rata 7
s
m ... 48
Tabel 4.19. Hasil perhitungan sudu 9 dengan celah 10 cm dan kecepatan angin rata-rata 6
s
m ... 49
Tabel 4.20. Hasil perhitungan sudu 9 dengan celah 10 cm dan kecepatan angin rata-rata 5
s
m ... 50
Tabel 4.21. Hasil perhitungan sudu 9 dengan celah 10 cm dan kecepatan angin rata-rata 4
s
m ... 51
Tabel 4.22. Hasil perhitungan sudu 9 dengan celah 10 cm dan kecepatan angin rata-rata 3
s
xvi
xvii
Gambar 3.13. Poros ... 22
Gambar 3.14. lengkap dengan besi siku dan baut ... 23
Gambar 3.15. Timbangan ... 23
Gambar 3.16. Kabel ... 24
Gambar 4.1. Grafik hubungan Pout-kec.angin sudu 2 ... 53
Gambar 4.2. Grafik hubungan Pout-kec.angin sudu 9 ... 54
Gambar 4.3. Grafik hubungan Pout-kec.angin sudu 9 dengan celah 10 cm ... 55
Gambar 4.4. Grafik perbandingan hubungan Pout-kec.angin sudu 2 dan 9 serta sudu 9 dengan celah 10cm ... 56
Gambar 4.5. Grafik hubungan Cp dan Tsr sudu 2 ... 57
Gambar 4.6. Grafik hubungan Cp dan Tsr sudu 9 ... 58
Gambar 4.7. Grafik hubungan Cp dan Tsr sudu 9 dengan celah 10 cm 59 Gambar 4.8. Grafik perbandingan hubungan Cp dan Tsr sudu 2 dan 9 serta sudu 9 dengan celah 10 cm ... 60
1 1.1. Latar Belakang
Energi merupakan salah satu faktor pendukung kehidupan manusia yang paling vital karena tanpa adanya energi semua aspek kehidupan di muka bumi ini tidak akan tercipta. Sumber energi yang paling banyak digunakan sekarang ini adalah energi yang tidak dapat diperbaharui dan sewaktu-waktu dapat habis, misalnya energi minyak bumi, gas, batu bara, dan lain-lain. Seiring perkembangan jaman dan pertumbuhan jumlah penduduk yang sangat pesat maka kebutuhan akan energi semakin banyak pula dan itu memaksa untuk menggali dan mengambil energi dari perut bumi secara besar-besaran. Di sisi lain jumlah energi yang ada di perut bumi ini kian hari semakin berkurang dan tidak menutup kemungkinan akan habis.
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.
2
penemuan. Ada berbagai macam cara untuk menindaklanjuti keadaan tersebut, yaitu dengan memanfaatkan sumber daya alam sebagai pengganti minyak bumi, yang sebenarnya ada di sekitar kita, contohnya : energi angin, energi gelombang, energi surya, energi air, biogas dan lain sebagainya.
Kebutuhan listrik dunia diproyeksikan 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 Indonesian masih menggunakan energi yang berbasis fosil, yaitu minyak bumi 54,4%, gas 26,5% dan batubara 14,1%. Untuk energi panas bumi 1,4%, PLTA 3,4%. (http://dbm.djmbp.esdm.go.id/old/portal-dpmb/modules/_news/news_detail.php?_id=2161&_cid=4)
Kebanyakan energi angin modern dikonversikan ke dalam bentuk energi listrik dengan cara mengubah gerak rotasi sudu turbin menjadi arus listrik dengan menggunakan generator listrik.
Tabel 1.1. Data angin 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)
Sumber : Pusat Meteorologi dan Geofisika, 2000
4
Sebab-Sebab Kincir Angin Savonius Dibuat:
1) Masih banyak masyarakat yang belum menikmati energi listrik. 2) Keingan meningkatkan produktifitas masyarakat.
3) Keinginan mengurangi polusi.
4) Penggunaannya praktis dan mudah dibuat.
1.2. Rumusan Masalah
Permasalahan yang dapat dirumuskan pada pembuatan alat ini adalah sebagai berikut:
1) Indonesia mempunyai potensi angin yang banyak tetapi kecepatannya rendah.
2) Indonesia hanya memiliki SDM yang rendah, termasuk dalam bidang pendidikan sehingga tidak bisa untuk diterapkan alat teknologi tinggi. 3) Untuk alternatifnya dibuat desain alat yang sederhana dan mudah
mendapatkannya, seperti kincir angin dengan sudu vertikal.
1.3. Tujuan
1) Membuat model kincir angin Savonius satu tingkat dengan jumlah sudu 2 dan 9.
2) Menguji model kincir angin Savonius untuk mengetahui daya yang dihasilkan dari masing-masing variasi jumlah sudu
1.4. Manfaat
1) Memberikan kontribusi alternatif pemanfaatan energi angin pada masyarakat.
2) Menambah kepustakaan pada bidang energi terbarukan.
3) mengurangi ketergantungan terhadap minyak bumi yang semakin menipis dan mahal.
1.5. Batasan Masalah
Agar permasalahan yang ada tidak berkembang menjadi luas, maka perlu adanya batasan terhadap permasalahan yang akan dibuat yaitu:
1) Jumlah sudu yang digunakan ialah 2 sudu dan 9 sudu lengkung dan 9 sudu lengkung dengan celah 10 cm.
2) Tinggi kincir angin savonius 0,5 m dan diameter 0,8 m. 3) Variasi kecepatan angin 7
s
4) Daya out put diukur pada poros kincir.
6 BAB II DASAR TEORI
2.1 Energi Angin
Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan manusia. Perahu-perahu layar menggunakan energi ini untuk melewati perairan sudah lama sekali. Dan sebagaimana diketahui, pada asasnya angin terjadi karena ada perubahan suhu antara udara panas dan udara dingin. Di tiap daerah keadaan suhu dan kecepatan angin berbeda. Untuk mengurangi keterbatasan penggunaan energi yang tak terbaharukan dalam pembangkitan energi listrik khususnya maka diperlukan energi-energi alternatif lain sebagai penggantinya. Dalam rangka mencari bentuk-bentuk sumber energi alternatif yang bersih dan terbarukan, energi angin mendapat perhatian yang besar.
2.2. Tipe Turbin Angin
Turbin angin poros Vertikal atau VAWT (Vertical Axis Wind Turbine) adalah turbin dengan poros vertikal sepanjang menara 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.
Gambar 2.1. Berbagai jenis turbin angin.
8
Gambar 2.2. Torsi rotor untuk berbagai jenis turbin angin.
( http://www.scribd.com/doc/16577921/4676812-Kincir-Angin-Untuk-Stasiun-Pengisian-Listrik)
a. tipe U b. Tipe L
Gambar 2.3. Penampang turbin savonius
(http://techref.massmind.org/techref/other/windmills.htm) (http://gramlich.net/projects/oceania/seastead1.html)
Berdasarkan persoalan tersebut, diperkirakan bahwa jumlah sudu dan kecepatan angin berpengaruh pada unjuk kerja kincir angin savonius. Oleh sebab itu untuk mengetahui faktor-faktor unjuk kerja maka dilakukan penelitian dengan memberi variasi pada jumlah sudu yaitu 2 sudu, 9 susu lengkung, dan 9 sudu lengkung dengan celah 10 cm serta variasi kecepatan angin 7
s
watt untuk memperoleh daya output yang dihitung pada poros
2.3. Bagan Kincir Angin savonius
1. Poros
2. Lingkaran batas sudu 3. Sudu
10
Gambar 2.5. Penampang potongan melintang dari masing-masing variasi sudu
2.4. Kelebihan Kincir Savonius
Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.
Bisa diletakkan lebih dekat ke tanah, membuat pemeliharaan bagian-bagiannya yang bergerak jadi lebih mudah.
Menerima angin dari berbagai arah tanpa merubah posisi kincir.
Memiliki penampang sudu yang lebih luas.
2.5. Gerak Turbin
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 Seret.
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 downwind 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 drag force
sudu upwind dengan drag force sudu downwind.
Gambar 2.6. Arah angin dan arah putaran kincir UPWIND
ARAH ANGIN
12
2.6. Daya Energi Angin
Daya teoritis yang disediakan angin dapat dihitung dari perkalian masa jenis udara dikalikan luas penampang kincir angin dikalikan pangkat tiga kecepatan angin
1. Menghitung daya angin yang tersedia dapat menggunakan persamaan (Lukiyanto, Y. B., KuliahRekayasa Tenaga Angin) :
Pin = 0,6×A×v3… …(Watt) dengan :
Pin = Daya Yang Tersedia (Watt) A = Luas Penampang kincir( m2) v = Kecepatan Angin (m/det)
Savonius
American multiblade
High Speed Propeller Ideal Propeller
Dutch Four Arm Darrieus
Gambar 2.7. Grafik Betz
2.7. Turbin Angin
14
2. Menghitung TSR (λ) dapat menggunakan persamaan (Lukiyanto, Y. B.,
KuliahRekayasa Tenaga Angin) :
U = π× D × n Sehingga didapat persamaan :
3. Torsi dari sebuah kincir angin dapat dihitung menggunakan persamaan (Yunus A. Cengel, 2006, Thermodynamics An Engineering Approach, hal. 66) :
T = F × r dengan :
T = Torsi (Nm) F = Gaya (Newton) r = Jari-jari (meter)
4. Daya keluaran dari sebuah kincir angin dapat dihitung menggunakan persamaan (Yunus A. Cengel, 2006, Thermodynamics An Engineering Approach, hal. 66) :
Pout = 2×π×n×T
60 … …(Watt)
dengan :
Pout = Daya keluaran (watt) n = Kecepatan poros (rpm)
T = Torsi (Nm)
5. Koefisien daya dari sebuah kincir angin dapat dihitung menggunakan persamaan (Lukiyanto, Y. B., KuliahRekayasa Tenaga Angin) :
Cp = Pout
16 BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Bahan Penelitian
Kincir angin yang digunakan sebagai bahan penelitian dibuat sendiri dengan sudu terbuat dari lembaran PVC dengan panjang yaitu 62.8 cm sehingga didapat diameter sudu yaitu 0,4 m untuk jumlah 2 sudu dan 9 sudu serta 9 sudu dengan celah 10 cm, agar terdapat rongga pada bagian tengah sudu.
3.2. Sarana Penelitian
Sarana yang di gunakan untuk penelitian adalah kincir angin vertical (savonius) dengan dengan jumlah sudu 2 dan 9. Selanjutnya kincir angin tersebut akan dicari unjuk kerjanya pada kecepatan angin yang bervariasi sehingga mendapatkan daya masukkan yang berbeda yang diukur dari poros kincir.
3.3. Peralatan Penelitian
Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah sebagai berikut :
1. Generator
Alat ini berfungsi sebagai alat yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Alternator menghasilkan Arus listrik dan Tegangan listrik yang dihubungkan ke multimeter dan beban, dengan variasi beban 8-220 watt, dengan penambahan kelipatan 8 watt.
Gambar 3.2. Generator 2. Tachometer
18
Gambar 3.3. Tachometer 3. Wind Tunnel dan Blower
Wind tunnel adalah alat untuk menguji kincir angin, berbentuk lorong dengan blower untuk menghisap udara masuk sehingga kincir angin dapat berbutar karena ada aliran udara yang masuk dengan kecepatan tertentu.
Wind tunnel menggunakan motor listrik sebagai penggerak yang dihubungkan dengan sabuk dan puli ke baling-baling, kecepatan anginnya dapat diatur dengan cara memajukan atau memundurkan lorong sehingga jarak lorong blower dengan lorong kincir angin berubah sesuai keinginan
4. Multimeter
Alat ukur untuk mengukur tegangan dan arus yang terjadi pada beban yang diberikan.
Gambar 3.6. Multimeter 5. Lampu / Beban
Berfungsi sebagai beban dimana lampu disusun secara paralel dengan variasi beban yang dipakai adalah dari 8 - 220 watt. Beban ini yang akan diukur arus serta teganganya dengan multimeter.
20
6. Anemometer
Anemometer adalah alat ukur kecepatan angin, diletakan di mulut lorong angin/ wind tunnel. Anemometer terdiri dari dua komponen utama yaitu kincir angin dan modul digital, kincir angin akan berputar jika ada aliran angin yang melaluinya kemudian kincir angin terhubung dengan modul digital yang merupakan perangkat elektonik berfungsi sebagai penerjemah yang kemudian ditampilkan pada layar digital.
Gambar 3.8. Anemometer 7. Puli
Alat ini dipasang pada poros kincir dan generator yang dihubungkan oleh V belt. puli berfungsi untuk menghasilkan perbandingan putaran.
8. V Belt
Alat ini berfungsi sebagai penerus putaran dari poros dan dipasng pada puli
Gambar 3.10. V Belt 9. Motor Listrik
Alat ini berfungsi untuk menubah energi listrik menjadi gerak putar, gerak putar yang dihasilkan morot listrik digunakan untuk memutar blower
22
10.Lingkar Batas Sudu
Alat ini berfungsi sebagai tempat meletakan sudu, dimana sudu akan diikat dengan baut dan besi L. Lingkar batas sudu terbuat dari triplek dengan tebal 0,8 cm dan berdiameter 0,8 m
Gambar 3.12. Lingkar batas sudu 11.Poros
poros kincir terbuat dari pipa besi dengan ukuran diamater 2,5 cm
12.PVC
Lebar PVC ini digunakan untuk membuat sudu. Pada bagian ujungnya diberi penguat almunium dan terdapat Besi siku /L yang digunakan utntuk mengikat sudu dengan lingkar batas sudu. Lebar PVC adalah 0,5 m dan panjang 0,628 m
Gambar 3.14. PVC lengkap dengan besi siku dan baut 13.Timbangan
Alat ini digunakan nutuk menegetahui gaya yang terjadi pada saat kincir bekerja. Alat ini dipasang pada lengan ayun.
24
14.Kabel
Alat ini berfungsi sebagai penghantar arus listrik yang dihasilkan generator ke multimeter dan lampu
Gambar 3.16. Kabel
3.4. Cara Kerja Alat
Kincir angin yang terhubung dengan generator melalui poros, puli, dan sabuk akan berputar karena aliran udara. Sehingga generator juga akan berputar dan menghasilkan energi listrik. Dalam penelitian ini angin dihasilkan oleh blower, yang terlebih dahulu dikumpulkan oleh wind tunnel.
Saat pembebanan, akan terjadi gaya pada lengan ayun, yang basarnya akan berubah-ubah sesuai dengan beban yang terjadi dan kecepatan angin yang terjadi. Pengubahan beban dilakukan pada panel lampu dengan memindah panel lampu pada posisi ON secara berurutan sesuai dengan kebutuhan, yaitu dari 8-220 watt dengan penambahn kelipatan 8 watt. Sedangkan untuk megubah kecepatan angin yaitu dengan mengubah jarak antara wind tunnel dengan blower, semakin jauh jaraknya maka semakin kecil kecepatan anginya.
Gaya yang terjadi pada lengan ayun dapat diketahui dengan membaca pada timbangan, karena saat terjadi gaya pada lengan ayun berarti lengan ayun akan berputar searah putran kincir dan menarik timbangan pegas yang dihubungkan dengan tali yang terpasang pada lengan ayun.
3.5. Analisa Data
Data yang diambil dari percobaan ini adalah sebagai berikut :
a. Putaran poros kincir yang dihasilkan ( n ) diukur dengan Tachometer. b. Tegangan (VL) dan Arus (IL) listrik pada Lampu.
c. Kecepatan angin (v) yang digunakan didapat dari pengukuran Anemometer yang diletakan didepan Wind Tunnel.
26
g. Tip speed ratio yang diperoleh dengan persamaan (λ =
i. Dimensi kincir adalah sebagai berikut
Diameter kincir = 0,8 m
Jari-jari lengan = 0,25 m
Tinggi kincir = 0,5 m
3.6. Langkah Penelitian
a. Menyiapkan peralatan
b. Merakit komponen-komponen kincir angin savonius dengan jumlah sudu sesuai dengan variasinya, dimulai dengan sudu 2.
c. Memasang kincir angin savonius ke dalam Wind Tunnel.
d. Didepan kincir angin savonius dipasang Anemometer untuk mengetahui besar angin yang ada dalam Wind Tunnel.
e. Merangkai kabel keluaran dari generator ke multimeter serta beban atau lampu, sehingga didapat tegangan dan arus yang dapat dibaca pada multimeter.
f. Memasang timbanga yang dihubungkan ke lengan ayun dengan tali, pastikan antara tali dan lengan ayun tegak lurus.
h. Ukur kecepatan angin yang diperlukan dengan mengatur jarak antara
wind tunnel dengan blower, semakin jauh jarak antara wind tunnel
dengan blower maka akan semakin kecil kecepatan angin yang masuk
wind tunnel.
i. Setelah kincir berputar dengan kecepatan yang setabil maka nyalakan lampu hingga variasi ke 27 secara bertahap. Catat tegangan dan arus, kecepatan angin, kecepatan poros kincir, serta gaya yang terjadi pada setiap pembebanan lampu.
j. Setelah semua data didapat, matikan semua beban. k. Matikan blower.
l. Mengganti jumlah sudu dengan variasi selanjutya
28 BAB IV
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1. Persamaan Dan Data Penelitian
Unjuk kerja kincir angin savonius ini dapat dilihat berdasarkan hasil pengukuran dan hasil perhitungan. Pengukuran yang dilakukan menggunakan variasi jumlah sudu yaitu 2 sudu dan 9 sudu serta sudu 9 dengan celah 10 cm; lima variasi kecepatan angin yaitu 7
s
variasi beban yaitu 8-220 watt dengan penambahan kelipatan 8 watt. 4.1.1. Persamaan Yang Digunakan
a. Daya angin yang tersedia Pin=0,6×A×v3… …(Watt)
b. Torsi
T=F × r ……(Nm) c. Daya output dari poros
Pout = 2×π×n×T
60 … …(Watt) d. Tip speed ratio
𝜆= π× D × n 60 × v∞
e. Koefisien daya (Cp)
Cp = Pout
4.1.2 Data Penelitian
Data yang diperoleh dari penelitian dengan variasi sudu dan kecepatan anginsebagai berikut :
Tabel 4.1. Data penelitian sudu 2 dengan kecepatan angin rata-rata 7
30
Tabel 4.2. Data penelitian sudu 2 dengan kecepatan angin rata-rata 6
32
Tabel 4.4. Data penelitian sudu 2 dengan kecepatan angin rata-rata 4
34
Tabel 4.6. Data penelitian sudu 9 dengan kecepatan angin rata-rata 7
s m
No
BEBAN TEGANAN ARUS GAYA KEC.
POROS
KEEC. ANGIN
Watt Volt Amper Newton RPM ms
1 8 0.1 0.02 1.08 7.80 7.16
2 16 0.1 0.02 1.13 6.76 6.86
3 24 0.1 0.05 1.08 5.72 6.71
4 32 0.1 0.03 1.17 5.70 6.7
5 40 0.1 0.03 0.99 5.38 6.67
36
40
4.2. Pengolahan Data Dan Perhitungan Data 4.2.1. Luas Penampang Kincir
A = D × t
Dengan : A = luas penampang kincir (m2) D = diameter kincir (m)
t = tinggi kincir (m) A = 0,8m x 0,5m = 0,4 m2
4.2.2. Daya Yang Dihasilkan Angin
Pin = 0,6 × A × v3 4.2.3. Torsi Pada Poros
4.2.4. Daya yang dihasilkan kincir (Pout)
Pout = 2×π×n×T
60
Dengan: Pout = daya output poros (watt) n = kecepatan poros ( rpm )
4.2.5. Menghitung TSR (tip speed ratio)
𝜆= π× D × n
4.2.6. Menghitung Cp (Koefisien Daya Kincir)
42
4.3. Data Hasil Perhitungan
Dengan menggunakan persamaan diatas maka didapat data hasil perhitungan sebagai berikut :
Tabel 4.12. Hasil perhitungan sudu 2 dan kecepatan angin rata-rata 7
44
Tabel 4.14. Hasil perhitungan sudu 2 dengan kecepatan angin rata-rata 5
46
Tabel 4.16. Hasil perhitungan sudu 2 dengan kecepatan angin rata-rata 3
Tabel 4.17. Hasil penelitian sudu 9 dengan kecepatan angin rata-rata 7
s m
No Pin TORSI Pout
TIP SPEED RATIO
KOEFISIEN DAYA
Watt Nm Watt tsr Cp %
1 88.09 0.27 0.22 0.045 0.25
2 77.47 0.28 0.19 0.041 0.25
3 72.50 0.27 0.16 0.035 0.22
4 72.18 0.29 0.17 0.035 0.24
5 71.21 0.24 0.13 0.033 0.19
4.4. Grafik Dan Pembahasan
a) Grafik hubungan Pout-kec.angin sudu 2
Gambar 4.1. Grafik hubungan Pout-kec.angin sudu 2
Pada grafik diatas kincir angin savonius sudu 2 menghasilkan daya output tertinggi sebesar 12,18 watt dan semakin besar kecepatan angin maka daya poros semakin besar.
0 2 4 6 8 10 12 14
2 3 4 5 6 7 8
P
out
(w
att
)
54
b) Grafik hubungan Pout-kec.angin sudu 9.
Gambar 4.2. Grafik hubungan Pout-kec.angin sudu 9
Pada grafik diatas kincir angin savonius sudu 2 menghasilkan daya output tertinggi sebesar 0,22 watt dan semakin besar kecepatan angin maka daya poros semakin besar.
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
6.6 6.8 7 7.2
P
out
(w
att
)
c) Grafik hubungan Pout-kec.angin sudu 9 dengan celah 10 cm.
Gambar 4.3. Grafik hubungan Pout-kec.angin sudu 9 dengan celah 10 cm Pada grafik diatas kincir angin savonius sudu 2 menghasilkan daya output tertinggi sebesar 6,14 watt dan semakin besar kecepatan angin maka daya poros Diagram Pout-Kec.Angin sudu 9 denagn celah 10 cm
56
d) Grafik hubungan Pout-kec.angin sudu 2 dan 9 serta sudu 9 dengan celah 10cm
Gambar 4.4. Grafik perbandingan hubungan Pout-kec.angin sudu 2 dan 9 serta sudu 9 dengan celah 10cm
e) Grafik hubungan Cp-tsr kincir savonius sudu 2
Gambar 4.5. Grafik hubungan Cp dan Tsr sudu 2
Pada grafik diatas unjuk kerja kincir angin savonius terbesar yaitu dengan Cp 23,54 % pada Tsr 0,87 dan semakin besar Tsr maka koefisien daya pada kincir cenderung semakin kecil hal ini disebabkan karena penurunan pada koefisien daya setelah mencapai maksimum.
5 10 15 20 25
0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
C
p
%
tsr
58
f) Grafik hubungan Cp-tsr kincir savonius sudu 9
Gambar 4.6. Grafik hubungan Cp dan Tsr sudu 9
Pada ganbar diatas di ketahui bahwa unjuk kerja kincir angin savonius terbesar yaitu dengan Cp 0,25 % pada Tsr 0,045. Bila dibandingkan dengan kincir angin savonius sudu dua hasil yang didapat sangat jauh berbeda, hal ini disebabkan selisih drag force sudu upwind dengan drag force sudu downwind
pada kincir angin dengan jumlah sudu 9 besarnya sama. Semakin besar Tsr maka koefisien daya pada kincir cenderung semakin kecil setelah pencapaian maksimum pada koefisien daya.
0.15 0.2 0.25 0.3
0.03 0.04 0.05
C
p
%
tsr
g) Grafik hubungan Cp-tsr kincir savonius sudu 9 dengan celah 10cm.
Gambar 4.7. Grafik hubungan Cp dan Tsr sudu 9 dengan celah 10 cm Pada ganbar diatas di ketahui bahwa unjuk kerja kincir angin savonius terbesar yaitu dengan Cp 10,32 % pada Tsr 0,53. Bila dibandingkan dengan Gambar 4.6. hasil yang didapat lebih besar dikarenakan adanya celah antar sudu dimana aliran udara yang melewati celah membantu dorongan awal pada sudu
upwind dan semakin besar tsr maka koefisien daya pada kincir cenderung semakin kecil setelah pencapaian maksimum pada koefisien daya.
6 8 10 12
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
C
p
%
tsr
60
h) Diagram hubungan Cp-tsr kincir savonius sudu 2 dan 9 serta sudu 9 dengan celah 10cm.
Gambar 4.8. Grafik perbandingan hubungan Cp dan Tsr sudu 2 dan 9 serta sudu 9 dengan celah 10 cm
Gambar 4.9. Grafik Betz
Dari Gambar 4.9. diatas dapat dilihat bahwa hasil dari uji pada kincir angin savonius hasilnya sudah mendekati dengan grafik Betz meskipun tidak tergambar keseluruhan. Karena dalam pengujian terdapat kesalahan pengambilan data seperti terlalu cepat mengambil data saat kincir belum stabil berputar. Kemudian transmisi yang kurang baik karena rancangan yang kurang senter sering terjadi slip antara puli dengan sabuk sehingga data yang diambil juga kurang baik. Saat beban berupa lampu ditambah putaran kincir berubah akan tetapi hasil yang di dapat tidak setabil atau berubah naik turun sebagai contoh saat beban ditambah seharusnya arus yang mengalir juga ikut bertambah dan tegangan turun, tapi hasil pencatatan didapat arus dan tegangan yang naik turun demikian juga kecepaan anginnya.
Savonius
American multiblade
High Speed Propeller Ideal Propeller
62 BAB V PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Dari penelitian dan perhitungan diatas dapat disimpulkan bahwa :
a) Kincir angin Savonius dengan jumlah sudu 2 menghasilkan daya output tertinggi sebesar 12,18 Watt pada kecepatan angin 6,39 m/s. Kincir angin Savonius dengan jumlah sudu 9 menghasilkan daya output tertinggi sebesar 0,22 Watt pada kecepatan angin 7,16 m/s. Kincir angin Savonius dengan jumlah sudu 9 bercelah menghasilkan daya output tertinggi sebesar 6,14 Watt pada kecepatan angin 6,13 m/s.
b) Kincir angin Savonius dengan jumlah sudu 2 menghasilkan efisiensi paling tinggi sebesar 23,54%, yang pada Tsr 0,87. Kincir angin Savonius dengan jumlah sudu 9 menghasilkan efisiensi paling tinggi sebesar 0,25%, pada Tsr 0,045, sedangkan kincir angin Savonius dengan jumlah sudu 9 ber celah menghasilkan efisiensi paling tinggi sebesar 10,32%, pada Tsr 0,53.
c) Semakin besar kecepatan angin, maka semakin tinggi daya output yang dihasilkan.
d) Semakin besar TSR (Tip Speed Ratio), maka CP (koefisien daya) cenderung semakin kecil. Hal ini disebabkan karena penurunan CP setelah mencapai maksimum.
5.2. Saran
Adapun saran untuk pihak yang akan mengembangkan penelitian pada bidang ini adalah :
a) Bahan pembuatan sudu sebaiknya menggunakan bahan yang ringan, atau sesuai dengan kecepatan angin supaya tidak mudah rusak dan bisa berputar pada kecepatan angin yang kecil.
b) Untuk mendapatkan daya maksimal pada kincir dibutuhkan kecepatan angin yang besar.
c) Sebaiknya dilakukan pengambilan data lebih banyak, agar hasilnya dapat maksimal.
64
DAFTAR PUSTAKA
Anonim, 2000, Pusat Meteorologi Dan Geofisika, Jakatra.
Anwar, M. S., 2008, Rancang Bangun Pembangkit Listrik Tenaga Angin Pada Stasiun Pengisian Accu Mobil Listrik, Tugas Akhir, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Institute Teknologi Sepuluh November Surabaya, Surabaya.
Culp, A. W. Jr., 1984, Prinsip-prinsip Konversi Energi, Penerbit Erlangga, Jakarta.
Gintings, D., 1993, Pengembangan Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Angin di dusun Selayar,Lombok Timur, Nusa Tenggara Barat, Warta Lapan no. 45, Jakarta.
Ginting, S., 1993, Pemasangan dan Uji Coba Pemanfaatan SKEA Listrik 500 Watt UntukPenerangan, Warta LAPAN no. 28,29, Jakarta.
Hidayat, S., 2005, Turbin Skala Kecil, ITB, Bandung.
http://dbm.djmbp.esdm.go.id/old/portal_dpmb/modules/_news/news_detail.php?_
Lukiyanto, Y. B., KuliahRekayasa Tenaga Angin.
