i
UNJUK KERJA KINCIR ANGIN SAVONIUS SATU TINGKAT
DENGAN VARIASI JUMLAH SUDU 4 DAN 6
Tugas Akhir
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin
Disusun oleh : Giofani NIM : 055214035
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
ii
THE PERFORMANCE OF ONE STAGE
SAVONIUS WINDMILL WITH 4 AND 6 NUMBER OF VARIATION BLADE
Final Project
Presented as partitial fulfilment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
By: Giofani
Student Number : 055214035
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY
v
PERSEMBAHAN
TUGAS AKHIR INI KUPERSEMBAHKAN
UNTUK:
TUHAN YESUS KRISTUS ATAS SEGALA
BERKAT YANG DIBERIKAN HINGGA
SAAT INI
KEDUA ORANG TUAKU DAN KAKAK-
KAKAKKU, ADIKKU TERCINTA ATAS
DOA DAN DUKUNGAN YANG SELALU
DIBERIKAN
UNTUK SEMUA TEMAN-TEMANKU
DI KOST 127 MAUPUN TEMAN-TEMAN
2005
vi LEMBAR PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Yogyakarta, 30 juli 2010 Penulis
vii
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Sanata Dharma : Nama : Giofani
NIM : 055214035
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :
…….……….……….. ...UNJUK KERJA KINCIR ANGIN SAVONIUS SATU TINGKAT...
………DENGAN VARIASI JUMLAH SUDU 4 DAN6………….…….
…………..………...……….. 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.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, 30 Juli 2010 Yang Menyatakan,
viii INTISARI
Pada dasarnya angin bertiup di semua daerah di permukaan bumi. Artinya, di mana angin bertiup, tempat tersebut mempunyai potensi untuk memanfaatkan energi angin. Namun, untuk mendapatkan angin dengan kecepatan tinggi perlu dilakukan analisis terlebih dahulu. Secara umum daerah datar lebih menguntungkan dibandingkan daerah bertopografi beragam. Beberapa contoh daerah yang memiliki kecepatan angin yang cukup tinggi antara lain seperti daerah pantai, lepas pantai, padang pasir, padang rumput dan lain-lain.
Listrik yang dihasilkan dari Sistem Konversi Energi Angin dengan menggunakan Kincir Angin akan bekerja optimal pada siang hari dimana angin berhembus cukup kencang dibandingkan dengan pada malam hari, sedangkan penggunaan listrik biasanya akan meningkat pada malam hari. namun terlebih dahulu disimpan dalam satu media seperti baterai atau aki (accu) sehingga listrik yang keluar besarnya stabil dan bisa digunakan kapan saja. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan hubungan efisiensi terhadap kecepatan angin untuk tipeSavonius satu tingkat.
ix
KATA PENGANTAR
Puji Syukur penulis panjatkan kepada Allah Bapa yang Maha Kasih dan Yesus Kristus atas segala berkat dan bimbingan-Nya dalam penyusunan skripsi
berjudul “UNJUK KERJA KINCIR ANGIN SAVONIUS SATU TINGKAT DENGAN VARIASI JUMLAH SUDU 4 DAN 6”.
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 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. YB.Lukiyanto, M.T. selaku dosen pembimbing yang telah banyak membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini.
4. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.
x
6. Segenap karyawan Sekertariat Teknik Universitas Sanata Dharma dan semua karyawan dan staff Universitas Sanata Dharma.
7. Untuk Bapak Partono dan Ibu yang selalu memberikan dukungan moral dan material.
8. Untuk teman-teman Kost 127, terima kasih atas limpahan segala hal, baik bantuan maupun dukungannya.
9. Teman-teman kelompok penelitian kincir angin yang telah banyak membantu selama pengambilan data dan penyusunan skripsi.
10. 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, 30 Juli 2010
xi
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
HALAMAN PERSEMBAHAN ... v
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA. ... vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH. ... vii
INTISARI ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xii
DAFTAR TABEL ... xv
DAFTAR GAMBAR ... xvii
BAB I. PENDAHULUAN ... 1
1.1.Latar Belakang Masalah ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 4
1.3. Tujuan ... 5
xii
1.5. Batasan masalah ... 6
BAB II. DASAR TEORI ... 7
2.1. Energi Angin ... 7
2.2. Tipe Kincir Angin ... 9
2.2.1. Kelebihan Kincir Angin Sumbu Vertikal ... 9
2.3. Gerak Turbin ... 11
2.4.5. Perhitungan koefisien Daya (Cp) ... 15
BAB III. METODE PENELITIAN... 16
3.1. Sarana Penelitian ... 16
3.2. Peralatan Dan Bahan Penelitian ... 15
xiii
4.3. Grafik dan Pembahasan Data ... 45
BAB V. PENUTUP ... 49
5.1. Kesimpulan ... 49
5.2. Saran ... 50
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1.Perbandingan Carbon Footprint Dari Beberapa Sumber Energi
Alternatif ... 6 Tabel 2.2. Data Kecepatan Angin Rata- Rata Indonesia ... 7 Tabel 4.1. Data Penelitian Pada Sudu 4 dengan Kecepatan Angin 7m/s 25 Tabel 4.2. Data Penelitian Pada Sudu 4 dengan Kecepatan Angin 6m/s 26 Tabel 4.3. Data Penelitian Pada Sudu 4 dengan Kecepatan Angin 5m/s 27 Tabel 4.4. Data Penelitian Pada Sudu 6 dengan Kecepatan Angin 7m/s 28 Tabel 4.5. Data Penelitian Pada Sudu 6 Bercelah dengan Kecepatan
Angin 5m/s ... 29 Tabel 4.6. Data Penelitian Pada Sudu 6 Bercelah dengan Kecepatan
Angin 4m/s ... 30 Tabel 4.7. Data Penelitian Pada Sudu 6 Bercelah dengan Kecepatan
Angin 3m/s ... 31 Tabel 4.8. Data Penelitian Pada Sudu 6 Bercelah dengan Kecepatan
Angin 2m/s ... 32 Tabel 4.9. Tabel Perhitungan Pada Sudu 4 dengan Kecepatan
Angin 5m/s ... 36 Tabel 4.10. Tabel Perhitungan Pada Sudu 4 dengan Kecepatan
xv
Tabel 4.11. Tabel Perhitungan Pada Sudu 4 dengan Kecepatan
Angin 7m/s ... 38 Tabel 4.12.Tabel Perhitungan Pada Sudu 6 dengan Kecepatan
Angin 7m/s ... 39 Tabel 4.13.Tabel Perhitungan Pada Sudu 6 dengan Kecepatan
Angin 2m/s ... 40 Tabel 4.14. Tabel Perhitungan Pada Sudu 6 Bercelah dengan Kecepatan
Angin 3m/s ... 41 Tabel 4.15. Tabel Perhitungan Pada Sudu 6 Bercelah dengan Kecepatan
Angin 4m/s ... 42 Tabel 4.16.Tabel Perhitungan Pada Sudu 6 Bercelah dengan Kecepatan
xvi
Gambar 3.2. jumlah sudu yang divariasikan ... 16
Gambar 3.3. Sudu ... 16
Gambar 3.12.anemometer ... 21
Gambar 3.13. timbangan ... 21
Gambar 3.14. puli dan sabuk... 22
Gambar 4.1. Grafik hubungan pout dan kecepatan angin sudu 4 ... 44
xvii
Gambar 4.3. Grafik hubungan pout dan kecepatan angin sudu 6 ... 45
Gambar 4.4. Grafik Perbandingan pout vs kecepatan angin ... 45
Gambar 4.5. Grafik Hubungan Cp dan TSR Sudu 4 ... 46
Gambar 4.6. Grafik Hubungan Cp dan TSR Sudu 6 ... 46
Gambar 4.7. Grafik Hubungan Cp dan TSR Sudu 6 Bercelah... 47
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG
Krisis energi saat ini telah menjadi suatu masalah yang paling hangat diperbincangkan oleh masyarakat dunia, termasuk Indonesia. Menurut sebuah penelitian, Indonesia sebagai bangsa yang termasuk dalam anggota OPEC, organisasi pengekspor minyak dunia, dalam 10 tahun lagi akan kehabisan stok bahan bakar minyak. Dalam 30 tahun, bahan bakar gas yang kini menjadi pilihan pemerintah untuk menanggulangi masalah krisis energi lewat program konversi minyak tanah ke gas, juga akan habis. Tentunya jika tidak ada persiapan untuk menghadapi krisis ini, bukan tidak mungkin masyarakat dunia, terutama Indonesia yang negaranya sampai saat ini belum melakukan tindak nyata dalam mempersiapkan krisis energi, akan menjadi masyarakat yang terisolasi.
2
PLT Angin ini pada prinsipnya memanfaatkan angin yang tersedia di alam. PLT Angin mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Energi angin yang memutar turbin angin, diteruskan untuk memutar rotor pada generator dibagian belakang turbin angin, sehingga akan menghasilkan energi listrik. Energi Listrik ini akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan. Ini dilakukan untuk menstabilkan keadaan listrik yang terpengaruh saat kecepatan angin berubah-ubah. Namun, tidak semua pantai dan daerah dapat dijadikan PLT Angin, karena perlu dipilih daerah yang memiliki topografi dan keadaan angin yang stabil. Keuntungan utama dari penggunaan pembangkit listrik tenaga angin secara prinsipnya adalah disebabkan karena sifatnya yang terbarukan. Hal ini berarti eksploitasi sumber energi ini tidak akan membuat sumber daya angin yang berkurang seperti halnya penggunaan bahan bakar fosil. Oleh karenanya tenaga angin dapat berkontribusi dalam ketahanan energi dunia di masa depan. Tenaga angin juga merupakan sumber energi yang ramah lingkungan, dimana penggunaannya tidak mengakibatkan emisi gas buang atau polusi yang berarti ke lingkungan.
3
total kelistrikan secara global. Amerika, Spanyol dan China merupakan negara terdepan dalam pemanfaatan energi angin. Di tengah potensi angin melimpah di kawasan pesisir Indonesia, total kapasitas terpasang dalam sistem konversi energi angin saat ini kurang dari 800 kilowatt. Di seluruh Indonesia, lima unit kincir angin pembangkit berkapasitas masing-masing 80 kilowatt (kW) sudah dibangun. Tahun 2007, tujuh unit dengan kapasitas sama menyusul dibangun di empat lokasi, masing-masing di Pulau Selayar tiga unit, Sulawesi Utara dua unit, dan Nusa Penida, Bali, serta Bangka Belitung, masing-masing satu unit. Mengacu pada kebijakan energi nasional, maka pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB) ditargetkan mencapai 250 megawatt (MW).
Potensi energi angin di Indonesia umumnya berkecepatan lebih dari 5 meter per detik (m/detik). Hasil pemetaan Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (Lapan) pada 120 lokasi menunjukkan, beberapa wilayah memiliki kecepatan angin di atas 5 m/detik, masing-masing Nusa Tenggara Timur, Nusa Tenggara Barat, Sulawesi Selatan, dan Pantai Selatan Jawa.
1.2. PERUMUSAN MASALAH
Permasalahan yang dapat dirumuskan pada pembuatan alat ini adalah sebagai berikut:
4
2. Indonesia hanya memiliki SDM yang rendah, termasuk dalam bidang pendidikan sehingga belum bisa untuk diterapkan alat teknologi tinggi.
3. Untuk alternatifnya dibuat desain alat yang sederhana dan mudah mendapatkannya, seperti kincir angin dengan poros vertikal.
4. Membuat dan menguji kemampuan kincir angin savonius untuk mengetahui unjuk kerja alat ini, agar dapat mengetahui kekurangan-kekurangan pada kincir angin savonius.
1.3. TUJUAN
1. Membuat dan menguji model kincir angin Savonius 1 dengan 4 sudu,6 sudu dan 6 sudu bercelah sebagai pembangkit listrik.
2. Mengetahui perbandingan daya yang dihasilkan oleh kincir dengan variasi jumlah sudu dan jarak sudu.
3. Mengetahui efisiensi kincir angin yang dihasilkan.
4. Pembuatan yang mudah dan praktis dalam pengunaannya.
1.4. MANFAAT
1. Dalam pembuatan kincir angin skala besar mampu menghasilkan energi listrik yang dapat digunakan oleh masyarakat luas.
5
energi terbarukan, untuk menekan pengunnaan minyak bumi yang semakin menipis keadaannya.
3. Menambah kepustakaan dan pengetahuan dalam bidang energi terbarukan.
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 4 dan 6 sudu lengkung 1 tingkat. 2. Tinggi kincir angin savonius 0,5 m dan diameter 0,8 m.
3. Variasi kecepatan angin 7
variasi beban yaitu 8-220watt
4. Daya out put diukur pada poros kincir.
6 BAB II DASAR TEORI
2.1. Energi Angin
Energi angin merupakan salah satu potensi energi terbarukan yang dapat memberikan kontribusi signifikan terhadap kebutuhan energi listrik domestik, khususnya wilayah terpencil. Dibandingkan dengan sumber energi alternatif lainnya ekstraksi energi dari angin memiliki carbon footprint yang relatif rendah. Carbon footprint yang dimaksud di sini adalah emisi CO2 yang dihasilkan dari keseluruhan proses produksi turbin sampai dengan operasi pemanfaatan sumber energi tersebut. Untuk Sistem Konversi Energi Angin (SKEA) carbon footprint meliputi proses pembuatan turbin, generator, konstruksi, dan operasi dari SKEA. Perbandingan carbon footprint dari SKEA dibandingkan dengan sistem konversi energi lainya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
7
Pembangkitan energi angin terjadi berdasarkan prinsip perubahan energi kinetik angin sebelum dan setelah melewati turbin angin. Ketika melewati turbin angin, angin mengalami pengurangan energi kinetik (yang ditandai dengan berkurangnya kecepatan angin). Energi kinetik yang hilang ini dikonversikan menjadi energi mekanik yang memutar turbin angin, turbin angin ini terhubung dengan rotor dari generator. Generator mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.
Indonesia memiliki karakteristik kecepatan angin rata-rata (Vmean) yang relatif lebih rendah dibandingkan dengan negara-negara pengguna SKEA seperti Finlandia, Amerika Serikat, dan negara-negara lainya. Daerah-daerah di Indonesia umumnya memiliki Vmean antara 3-6 m/s, berbeda dengan negara-negara Eropa yang berkisar di antara 9-12 m/s. Keunikan karakter angin Indonesia menimbulkan masalah ketika teknologi SKEA, yang umumnya dirancang mengikuti karakteristik angin negara-negara Eropa, diaplikasikan di Indonesia.
Adapun data kecepatan rata-rata angin di Indonesia dapat dilihat pada Gambar di bawah ini yang didapat dari NASA.
8
Dari Gambar 2.2 dapat dilihat bahwa daerah yang memiliki kecepatan angin rata-rata terbesar adalah daerah Nusa Tenggara, 5,5-6,5 m/s. Sedangkan pulau-pulau besar di Indonesia, seperti Sumatera, Kalimantan, Jawa, Sulawesi dan Papua hanya memiliki kecepatan angin rata-rata antara 2,7 – 4,5 m/s. Kecepatan angin pada daerah di Indonesia memang relatif lebih kecil dari daerah-daerah konsumen energi angin seperti Finlandia, Belanda, dan Amerika Serikat.
2.2. TIPE KINCIR 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.
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.
2.2.1. Kelebihan Kincir Angin Sumbu Vertikal
1. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.
9
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 berbilah 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 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.
7. VAWT bisa didirikan pada lokasi-lokasi dimana struktur yang lebih tinggi dilarang dibangun.
8. 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
2.3. GERAK KINCIR
Pada dasarnya rotor Kincir 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 2.3. Arah Putaran Angin
ARAH PUTARAN
UPWIND
ARAH ANGIN
11
2.4. PERHITUNGAN PADA KINCIR
2.4.1. Perhitungan Daya yang Tersedia dari Angin
Daya teoritis yang disediakan angin dapat dihitung dari perkalian masa jenis udara dikalikan luas penampang kincir angin dikalikan pangkat tiga kecepatan angin dengan persamaan sebagai berikut:
3 dimanfaatkan dengan menggunakan kincir 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.
Menurut kedudukan sumbu porosnya, kincir angin dapat dibedakan dalam dua macam, yaitu :
12
Gambar 2.4. Diagram Betz
2.4.2.Perhitungan Daya Output
Daya output
Perhitungan daya keluaran pada poros dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
n = Kecepatan putaran poros (rpm)
13
2.4.3. Torsi
Torsi dihitung dengan menggunakan rumus :
T =F x r...(4) Dengan :
T = Torsi yang dihasilkan akibat dari putaran poros(N.m) F = Gaya pada pors akibat puntiran (N)
r = Jarak lengan ke poros (m)
Gaya didapat dengan menambahkan beban (lampu) secara periodik.
2.4.4. Perhitungan Tip Speed Ratio (TSR)
dihitung berdasarkan perbandingan kecepatan pada ujung-ujung sudu (u) dengan kecepatan angin sebenarnya (v) dapat dituliskan
u = Kecepatan pada ujung-ujung sudu
n = Kecepatan poros (rpm)
r = Jari-jari kincir (m)
v = Kecepatan angin (m/s) 2.4.5 Perhitungan Koefisien daya (Cp)
14
teoritis (Pth) yang disediakan oleh angin dapat dituliskan menurut persamaan berikut.
Cp = Pout/Pin ( Watt ) ……….. ( 5) Dengan :
Cp = Koefisien Daya Kincir
15 BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 SARANA PENELITIAN
16
Gambar 3.2. Jumlah sudu yang divariasikan
Komponen-Komponen Kincir
Adapun komponen-komponen kincir yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah :
1. Sudu
Berfungsi sebagai penangkap angin yang berhembus. Terbuat dari lembaran pvc.
Gambar 3.3 Sudu
2. Pembatas sudu
17
Gambar 3.4 Pembatas sudu
3. Poros
Berfungsi sebagai dudukan kincir. Terbuat dari pipa besi berdiameter 1,25 cm.
Gambar 3.4. Poros
Gambar 3.5 Poros
3.3 PERALATAN PENGUJIAN
Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah : 1. Generator
18
Gambar 3.6 Generator
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 alumunium foil) yang dipasang pada poros.
19
3. Multimeter
Alat ukur untuk mengukur kelistrikan pada beban yang diberikan.
Gambar 3.8 Multimeter
4. Wind Tunnel
Alat ini berfungsi sebagai lorong yang menangkap dan mengumpulkan angin dan menghembuskannya pada kincir yang juga diletakkan didalam Wind Tunnel tersebut, pengaturan kecepatan angin dilakukan di alat ini.
20
5. Fan / Blower
Alat ini menghembuskan angin yang akan disalurkan ke Wind Tunnel.
Gambar 3.10 Fan / blower
6. Lampu / beban
Berfungsi sebagai beban dalam percobaan ini dan beban ini yang akan diukur.
21
7. Anemometer
Berfungsi sebagai alat pengukur kecepatan angin.
Gambar 3.12 Anemometer
8. Timbangan
Berfungsi untuk mengukur gaya yang terjadi pada lengan ayun transmisi saat kincir berputar diikuti penambahan beban.
22
9. Puli dan sabuk
Berfungsi untuk meneruskan putaran dari poros ke alternator,puli besar memiliki diameter 40 cm,puli kecil memiliki diameter 8 cm.
Gambar 3.13 Puli dan sabuk
3.4 VARIABEL YANG DIVARIASIKAN
1) Jumlah sudu yang digunakan adalah 4 sudu, 6 sudu dan 6 sudu bercelah. 2) Kecepatan angin yang digunakan adalah 7 m/s, 6 m/s, 5 m/s, 4m/s, 3
m/s, 2 m/s.
23
3.5. LANGKAH PENELITIAN a. Menyiapkan peralatan
b. Merakit komponen-komponen kincir angin savonius dengan jumlah sudu sesuai dengan variasinya, dimulai dengan 4 sudu.
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.
g. Setelah semua siap, hidupkan blower untuk menghembuskan angin masuk ke dalam Wind Tunnel.
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.
24
k. Matikan blower.
l. Mengganti jumlah sudu dengan variasi selanjutya
m. Mengulangi percobaan diatas hingga semua data dari masing-masing variasi jumlah sudu didapat.(variasi jumlah sudu yaitu 4 sudu, 6 sudu dan 6 sudu bercelah 10 cm)
3.6 ANALISA DATA
Data yang diambil dari percobaan ini adalah sebagai berikut : a. Putaran poros kincir dan Alternator yang dihasilkan ( n ). b. Tegangan (VL) dan Arus (IL) listrik pada Lampu.
c. Kecepatan angin (V) yang digunakan didapat dari pengukuran Anemometer yang diletakan didepan Wind Tunnel.
25 BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1DATA PENELITIAN
Data yang diperoleh dari penelitian adalah sebagai berikut: A.Pengujian Dengan Sudu 4
26
27
28
B. Pengujian Dengan Sudu 6
29
C. Pengujian Dengan Sudu 6 Bercelah
30
31
32
33
4.2 PERHITUNGAN DATA
Berdasarkan data hasil penelitian, maka pengolahan data yang dapat dilakukan sebagai berikut :
1. Perhitungan data Daya angin yang tersedia (Pin). 3
Perhitungan yang tersedia dari angin pada variasi kecepatan angin a. Kecepatan angin 2 m/s
Pin = 0,6 x A x V3 Pin = 0,6 x 0,4 x 23
= 1,92 watt
b. Kecepatan angin 3 m/s Pin = 0,6 x A x V3 Pin = 0,6 x 0,4 x 33
= 6,48 watt
c. Kecepatan angin 4 m/s Pin = 0,6 x A x V3
Pin = 0,6 x 0,4 x 43 = 15,36 watt d. Kecepatan angin 5 m/s
Pin = 0,6 x A x V3 Pin = 0,6 x 0,4 x 53
34
e. Kecepatan angin 6 m/s Pin = 0,6 x A x V3 Pin = 0,6 x 0,4 x 63
= 51,84 watt f. Kecepatan angin 7 m/s
Pin = 0,6 x A x V3 Pin = 0,6 x 0,4 x 73
= 82,32 watt
2. Perhitungan data Torsi (N/m). T = F x r
Sebagai contoh perhitungan torsi ,pada tabel 4.1 T = 1,37 (newton) x 0,25 (m)
= 0,34 (N/m)
Untuk perhitungan lain dapat dilihat pada tabel 4.8 sampai 4.14
3. Perhitungan data Daya output poros (Pout).
60
4. Sebagai contoh perhitungan daya output dari tabel 4.1
35
Untuk perhitungan lain dapat dilihat pada tabel 4.8 sampai 4.14 6. Perhitungan data Tip Speed Ratio (TSR).
V
Sebagai contoh perhitungan Tip Speed Ratio pada tabel 4.1
V
Untuk perhitungan lain dapat dilihat pada tabel 4. .8 sampai 4.14
7. Perhitungan Koefisien daya Kincir Angin (CP).
%
36
Tabel 4.9 Tabel Perhitungan Pada Sudu 4 dengan Kecepatan Angin 5 m/s.
37
Tabel 4.10 Tabel Perhitungan Pada Sudu 4 dengan Kecepatan Angin 6 m/s.
38
Tabel 4.11 Tabel Perhitungan Pada Sudu 4 dengan Kecepatan Angin 7 m/s.
39
Tabel 4.12 Tabel Perhitungan Pada Sudu 6 dengan Kecepatan Angin 7 m/s.
40
41
42
43
44
4.3 Grafik Hasil Perhitungan
Dari perhitungan di atas maka didapatkan grafik sebagai berikut : A. Grafik Hubungan Pout dan kecepatan angin
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Pout dan kecepatan angin sudu 4
Pada gambar 4.1 dapat disimpulkan bahwa semakin besar kecepatan angin, maka daya yang dihasilkan kincir semakin besar.
45
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Pout dan kecepatan angin sudu 6
Pada gambar 4.3 , data tidak dapat dibandingkan dengan kecepatan angin lainnya karena pada kincir sudu 6 hanya mampu berputar pada kecepatan angin 7 m/s.
46
B. Grafik Hubungan Cp – Tsr.
Gambar 4.5 Grafik hubungan Cp – Tsr sudu 4
Pada gambar 4.5 menghasilkan koefisien daya sebesar 0,098 % pada kecepatan angin 7. Dapat disimpulkan semakin besar TSR maka cp pada kincir semakin kecil setelah pencapaian maksimum pada Koefisien daya.
Gambar 4.6 Grafik Hubungan Cp – Tsr Pada Sudu 6
47
Gambar 4.7 Grafik Hubungan Cp – Tsr sudu 6 Bercelah.
Pada gambar 4.7 dapat disimpulkan semakin besar TSR maka efesiensi pada kincir semakin kecil.
Gambar 4.8 Grafik perbandingan antara Cp – Tsr ketiga sudu.
48
Savonius
American multiblade
High Speed Propeller Ideal Propeller
Dutch Four Arm Darrieu
s
49
BAB V
PENUTUP
5.1 KESIMPULAN
Kesimpulan yang Dapat Diambil dari Penelitian Ini adalah :
1. Kincir angin savonius dengan jumlah sudu 4 menghasilkan cp paling tinggi sebesar 9,48%yang tejadi pada kecepatan angin 7 m/s.
Kincir angin savonius dengan jumlah sudu 6 bercelah menghasilkan cp paling tinggi sebesar 27,88% yang tejadi pada kecepatan angin 3 m/s. 2. Pada kincir Angin Savonius sudu 6 tidak dapat berputar pada kecepatan
angin lain, hanya mampu berputar pada kecepatan angin 7 m/s. Hal ini diakibatkan karena celah antar sudu yang sempit, sehingga besarnya
upwind dan downwind pada kincir sudu 6 sama besarnya.
3. Semakin rendah kecepatan angin, maka semakin tinggi efisiensi yang dihasilkan.
50
5.2 SARAN
Beberapa saran yang penting untuk penelitian selanjutnya adalah :
1.Kincir sebaiknya dibuat lebih ringan namun kuat, agar mampu berputar pada kecepatan yang lebih rendah.
2.Sebaiknya dilakukan pengambilan data lebih banyak, agar mendapatkan hasil yang maksimal.
51
Daftar Pustaka
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.
Chikkoba, T. B. (2004), Wind Energy Developments in India, Centrefor Wind Energy Technology, Chennai, India.
http://en.wikipedia.org/wiki/Wind_turbine
http://en.wikipedia.org/wiki/Vertical_axis_wind_turbine
http://en.wikipedia.org/wiki/Tip_speed_ratio
http://www.energy.iastate.edu
http://www.gurumuda.com/torsi-alias-momen-gaya
http://id.wikipedia.org/wiki/Torsi
http://www.scribd.com/doc/16577921/4676812-Kincir-Angin-Untuk-Stasiun-Pengisian-Listrik
http://konversi.wordpress.com/2009/01/24/optimalisasi-ekstraksi-energi-angin-kecepatan-rendah-di-indonesia-dengan-aplikasi-konverter-boost/
