UNJUK KERJA KOMBINASI KINCIR ANGIN GIROMILL DAN SAVONIUS DENGAN SUDU GIROMILL EMPAT SUDU SKRIPSI

(1)

YOGYAKARTA 2021

UNJUK KERJA KOMBINASI KINCIR ANGIN GIROMILL DAN SAVONIUS DENGAN SUDU GIROMILL EMPAT SUDU

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

Oleh

MARTINUS RAYMOND TIBONIO NIM : 155214106

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(2)

YOGYAKARTA 2021

THE PERFORMANCE OF COMBINATION GIROMILL AND SAVONIUS WINDMILLS WITH FOUR BLADES GIROMILL BLADES

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement to obtain Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

by :

MARTINUS RAYMOND TIBONIO

Student Number : 155214106

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE ANG TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY

(3)

(4)

iv

(5)

Pernyataan keaslian skripsi

Dengan ini saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa dalam skripsi yang saya tulis ini tidak terdapat karya tulis orang lain yang pernah diajukan untuk penulisan skripsi yang seolah-olah tulisan saya sendiri, kecuali yang secara tertulis diacu dalam tulisan ini dan disebutkan sumber kutipannya.

Yogyakarta,12 April 2021 Yang menyatakan

Martinus Raymond Tibonio

(6)

vi

Lembar pernyataan

Persetujuan publikasi karya ilmiah untuk kepentingan akademis

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Yogyakarta:

Nama : Martinus Raymond Tibonio NIM : 155214106

menyetujui publikasi skripsi saya kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Yoyakarta untuk pengembangan ilmu pengetahuan yang berjudul:

Unjuk kerja kombinasi kincir angin Giromill dan Savonius dengan sudu Giromil empat sudu

Saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya sebagai penulis dan memberikan royalty selama mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian penyataan yang saya buat dengan sebenarnya.

Yogyakarta, 12 April 2021 Yang menyatakan,

Martinus Raymond tibonio

(7)

ABSTRAK

Penggunaan Energi listrik Semakin hari semakin meningkat,batu bara dan minyak gas yang saat ini digunakan sebagai bahan bakar pembangkit tenaga listrik bersifat tidak permanen atau akan habis,oleh karena itu dibutuhkan energi terbarukan yang bersifat kekal dan tidak akan habis, salah satu energi terbarukan tersebut adalah energi angin. Kincir angin atau turbin angin digunakan untuk menerima daya dari angin, namun untuk memaksimalkan besar daya yang diterima oleh kincir angin dibutuhkan rancangan kincir angin yang baik. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pada sudut kemiringan sudu kincir angin dengan jumlah berapa yang akan menghasilkan unjuk kerja terbaik,

Kinicir angin yang digunakan didalam penelitian ini adalah Kombinasi kincir angin Giromill dan Savonius dengan empat sudu Giromill, Model kincir angin kombinasi savonius dan giromill ini adalah perpaduan antara dua kincir angin poros vertikal menjadi satu dengan variasi sudut kemiringan sudu giromill 0°, 5°, dan -5°, Data yang di peroleh diolah menggunakan bantuan software Microsoft Office Excel. Hasil penelitian ini pada sudut sudu 0° menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 10,90 % pada tip speed ratio optimal yaitu 0,661, dan koefisien daya maksimal yang di hasilkan pada sudut sudu 5° sebesar 0,85 % pada tip speed ratio optimal sebesar 0,291, sedangkan untuk sudut sudu kincir angin -5° menghasilkan koefisien daya maksimal yang didapatkan adalah sebesar 5,78 % pada tip speed ratio optimal sebesar 0,513, dan dapat diketahui bahwa semakin besar nilai torsi yang dihasilkan, maka semakin rendah kecepatan putaran poros kincir.

Kata kunci : savonius, giromill, koefisien daya, sudut kemiringan, dan tip speed ratio

(8)

viii ABSTRACT

The daily use of electricity is increasing. Coal and Gas oil currently used as fuel for electric power plants are either impermanent or depleted,they require eternal, inexhaustible renewable energy,One of renewable energies is wind. Windmill or wind turbine is used to receive the power from the wind.

However, to maximize the amount of power received by the windmill, the plan of an appropriate windmill is needed. This research aims to find out on what amount slope angle of windmill blade is required to produce the best performance.

The windmill used in this research is the combination of Giromill and Savonius windmills with four Giromill blades. This kind of combination is the blend of two vertical shaft windmills which become one with the slope angle variation of giromill blade divided into 0°, 5°, and -5°. The data obtained is processed by using Microsoft Office Excel software. The result shows that the 0° blade angle produces a maximum power coefficient of 10,90% on the optimal tip speed ratio, which is 0,661, and the maximum power coefficient resulted on the 5° blade angle is as big as 0,85% on the optimal tip speed ratio, 0,291, while for the -5° blade angle it shows 5,78%

maximum power coefficient on the optimal tip ratio, as big as 0,513.

Moreover, it can be concluded that the bigger the torque resulted, the lower the wheel shaft rotation speed obtained.

Keywords: Savonius, Giromill, Power Coefficient, Slope Angle, and Tip Speed Ratio

(9)

KATA PENGANTAR

Syukur dan terima kasih penulis kepada Allah Bapa di surga yang telah memberikan berkat, rahmat serta kasih-Nya yang berlimpah kepada penulis, sehingga dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan judul “Unjuk Kerja Kombinasi Kincir Angin Giromil dan Savonius Dengan Sudu Giromill Empat Sudu”

Penyusunan Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapat gelar Sarjana Teknik Mesin di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Atas tersusunnya Skripsi ini, tidak lupa penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math,Sc.,Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Budi Setyahandana, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

3. Dr.Yohanes Baptista Lukiyanto selaku Dosen Pembimbing Akademik.

4. Ir.Rines, M.T., selaku Dosen Pembimbing Skripsi.

5. Dosen-dosen Teknik Mesin yang telah membimbing selama perkuliahan.

6. Seluruh Tenaga Kependidikan di Teknik Mesin dan di Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

7. Robertus Roni Dan Rismaria Munthe sebagai orang tua penulis yang selalu memberi semangat berupa materi dan spiritual.

8. Semua keluarga yang selalu memberi semangat.

9. Amonis welly, Yufinus Hendri, Adityo Emanuel, Oksa Frido, Rafael Harefa, Arie Destyanto dan teman seperjuangan selama perkuliahan, dan juga teman-teman Muka Rakat FC.

10. Seluruh teman-teman Teknik Mesin angkatan 2015, atas kerjasamanya selama kuliah.

Penulis masih menyadari bahwa Skripsi ini masih banyak kekurangan dan

(10)

x

dengan senang hati segala kritik dan saran yang membangun demi kesempurnaan Skripsi ini.

Akhir kata, penulis mengucapkan banyak terima kasih atas pehatiannya

Yogyakarta, 12 April 2021 Penulis

Martinus Raymond Tibonio

(11)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN. ... iii

HALAMAN PENGESAHAN. ... iv

HALAMAN PERNYATAAN. ... v

LEBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi

ABSTRAK. ... vii

ABSTRACT ... viii

KATA PENGANTAR… ... ix

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR TABEL. ... xv

BAB 1 PENDAHULUAN ... 1

2.1 Latar Belakang ... 1

2.2 Rumusan Masalah ... 2

2.3 Tujuan Penelitian ... 3

2.4 Manfaat Penelitian ... 3

2.5 Batasan Masalah ... 4

BAB II DASAR TEORI ... 5

2.1 Energi Angin ... 5

2.2 Kincir Angin ... 5

2.2.1 Kincir Angin Poros Horizontal... 6

2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal... 8

2.3 Airfoil ... 11

2.4 Rumus Perhitungan ... 13

BAB III METODE PENELITIAN ... 16

3.1 Objek Penelitian ... 16

3.2 Diagram Penelitian ... 18

3.3 Bahan dan Peralatan Penelitian ... 19

3.4 Perancanan Kincir Angin ... 24

3.5 Variabel yang Diukur ... 26

3.6 Parameter yang Dihitung ... 26

3.7 Langka Penelitian ... 27

3.8 Pengolahan Data ... 28

BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN ... 30

4.1 Data Hasil Penelitian ... 30

4.2 Pengelolahan Data ... 35

(12)

xii

4.2.2 Perhitungan Daya Angin ... 35

4.2.3 Perhitungan Kecepatan Sudu... 36

4.2.4 Perhitungan Daya Kincir Angin ... 36

4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio ... 37

4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya ... 37

4.3 Hasil Pengolahan Data ... 38

4.4 Grafik Hasil Pengolahan Data ... 43

4.4.1 Grafik Hasil Perhitungan Pada Kombinasi Kincir Angin Giromilll Dan Savonius Dengan Sudu Giromilll Empat sudu Pada Variasi sudut kemiringanll 0° ... 43

4.4.2 Grafik Hasil Perhitungan Pada kombinasi kincir angin Giromilll dan savonius dengan sudu Giromilll empat sudu pada variasi sudut kemiringanll 5° ... 45

4.4.3 Grafik Hasil Perhitungan Pada kombinasi kincir angin Giromilll dan savonius dengan sudu Giromilll empat sudu pada variasi sudut kemiringanll -5° ... 48

4.5 Grafik Pebandingan Kombinasi Kincir Angin Giromilll Dan . Savonius Dengan Sudu Giromill Empat Sudu……… 50

4.5.1 Grafik Perbandingan Antara Kecepatan Putar Poros Kincir Angin (n) Dengan Beaban Torsi (T) ... 50

4.5.2 Grafik Perbandingan Antara Koefisien Daya (Cp) Dengan Tip Speed Ratio (λ) ... 51

BAB V PENUTUP ... 53

5.1 Kesimpulan ... 53

5.2 Saran ... 53

DAFTAR PUSTAKA... 55

(13)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 American Windmill ... 6

Gambar 2.2 Dutch Four Arm ... 7

Gambar 2.3 Kincir Angin Darrieus ... 9

Gambar 2.4 Kincir angin Giromill ... 10

Gambar 2.5 Kincir angin Savonius ... 11

Gambar 2.6 Bagian-bagian dari airfoil ... 12

Gambar 3.1 Kombinasi Kincir Angin Giromilll Dan Savonius Dengan Sudu Giromill Empat Sudu ... 16

Gambar 3.2 Skematik Airfoil Dengan Panjang Chord 20 cm ... 16

Gambar 3.3 Variasi sudu Giromill 0ᵒ, 5ᵒ dan -5ᵒ ... 17

Gambar 3.4 Diagram Alur Penelitian ... 18

Gambar 3.5 fan blower ... 21

Gambar 3.6 Anemometer ... 21

Gambar 3.7 Tachometer ... 22

Gambar 3.8 Sistem Pengereman ... 22

Gambar 3.9 Neraca pegas ... 23

Gambar 3.10 Stand kincir angin poros vertikal ... 23

Gambar 3.11 Desain Kombinasi Kincir Angin Giromill dan Savonius ... 24

Gambar 3.12 Pembuatan Sudu Kincir Angin Giromill ... 25

Gambar 3.13 Pembuatan dan perakitan kincir Savonius... 25

Gambar 3.14 Perakitan kincir ... 26

Gambar 3.15 Skema pengujian Kincir Angin kombinasi Savonius dan Giromill.27 Gambar 4.1 Grafik hubungan kecepatan putar poros Kincir Angin (rpm) dengan . torsi (N.m) pada variasi sudut kemiringan 0°………44

Gambar 4.2 Grafik hubungan Koefisien Daya, (Cp) dengan Tip Speed Ratio (λ) pada variasi sudut kemiringanl 0° ... 44

Gambar 4.3 Grafik hubungan kecepatan putar poros Kincir Angin (rpm) dengan torsi (N.m) pada variasi sudut kemiringan 5° ... 46

(14)

xiv

Gambar 4.4 Grafik hubungan Koefisien Daya, (Cp) dengan Tip Speed Ratio (λ) pada variasi sudut kemiringan 5° ... 47 Gambar 4.5 Grafik hubungan kecepatan putar poros Kincir Angin (rpm) dengan

torsi (N.m) pada variasi sudut kemiringanl -5°... 48 Gambar 4.6 Grafik hubungan Koefisien Daya, (Cp) dengan Tip Speed Ratio (λ)

pada variasi sudut kemiringanl -5° ... 49 Gambar 4.7 Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar kincir angin untuk

semua variasi kemiringan sudut Giromill ... 50 Gambar 4.8 Grafik hubungan Koefisien Daya (Cp) Dengan Tip Speed Ratio (λ)51

(15)

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data Hasil Penelitian Kombinasi Kincir Angin Giromill Dan Savonius dengan Variasi Sudut Kemiringan Sudu Giromill 0° Pada Kecepatan angin 7,5 m/s ... 29 Tabel 4.2 Data Hasil Penelitian Kombinasi Kincir Angin Giromill Dan Savonius

Dengan Variasi Sudut Kemiringan Sudu Giromill 5° Pada kecepatan Angin 7,5 m/s ... 31 Tabel 4.3 Data Hasil Penelitian Kombinasi Kincir Angin Giromill Dan Savonius

dengan Variasi Sudut Kemiringan Sudu Giromill -5° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s… ... 31 Tabel 4.4 Data Hasil Perhitungan Kincir Angin Giromill Dan Savonius Dengan

sudu Giromil empat sudu pada variasi sudut kemiringan sudu Giromill 0° pada kecepatan angin ... 37 Tabel 4.5 Data Hsil Perhitungan Kincir Angin Giromill Dan Savonius Dengan

sudu giromil empat sudu pada variasi sudut kemiringan sudu Giromill 5° pada kecepatan angin 7,5 m/s… ... 39 Tabel 4.6 Data Hasil Perhitungan Kincir Angin Giromil Dan Savonius Dengan

sudu giromil empat sudu pada Variasi Sudut Kemiringan Sudu giromill -5° Pada kecepatan angin 7,5 m/s… ... 39

(16)

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dunia banyak mengalami pertumbuhan yang sangat pesat, tentunya perkembangan teknologi berperan penting didalamnya, teknologi terus berkembang dibanyak bidang, Perubahan terjadi terus-menerus agar memudahkan manusia dalam menyelesaikan kegiatan maupun pekerjaannya, sebagai contoh handphone yang dulu hanya bisa digunakan untuk menelepon dan mengirimkan pesan kini sudah memiliki banyak sekali fungsi bahkan semua bisa dilakukan melalui handphone namun hampir semua teknologi pasti mengandalkan energi listrik

Energi listrik merupakan salah satu sumber kebutuhan manusia yag harus terpenuhi untuk menghidupkan peralatan, barang-barang didalam rumah tangga hampir semua membutuhkan energy listrik agar dapat berfungsi maka dari itulah permintaan energi listrik semakin hari semakin terus meningkat

Sumber listrik yang saat ini digunakan oleh masyarakat adalah pembangkir listrik tenaga uap yang bahan bakarnya berasal dari Fosil/batu bara yang berasal dari alam yang bersifat tidak permanen atau akan habis jika diambil secara terus- menerus mesin pembangkit listrik yang digunakan oleh PLN rata-rata menggunakan generator, generator inilah yang memproduksi listrik dan didistribusikan melalui jalur tranmisi khusus sampai ke rumah-rumah Untuk dapat menghasilkan listrik, maka generator pada pembangkit listrik harus diputar. Putaran generator diperoleh dari sebuah putaran rotor baling-baling akibat dorongan energi aliran fluida yang bergerak. Mesin berputar tersebut biasa disebut mesin turbin

Saat ini sudah sangat banyak negara yang memanfaatkan energi terbarukan dari pada energi fosil. Energi terbarukan yang banyak digunakan saat ini adalah energi angin. Dapat dibaca pada tabel sepuluh besar negara dengan kapasitas kumulatif Mega. Watt dihasilkan dari kincir angin yang bisa dilihat pada website

(17)

Global Wind Energy Council (GWEC). Negara Amerika Serikat dan Jerman berurutan menduduki urutan kedua dengan kapasitas kumulatif sebesar 74.471 Mega Watt dan ketiga sebesar 44.947 Mega Watt pada Desember 2015 lalu. Pada posisi pertama Negara China menghasilkan energi sebesar 145.362 Mega Watt yang juga negara yang menduduki posisi pertama sebagai penghasil daya terbesar dengan energi angin di Benua Asia (Sumber: gwec.net)

Namun dunia pengetahuan masih berusaha untuk terus megembangkan efisiensi kincir angin agar dapat memaksimalkan energi angin yang diperoleh

Banyak faktor yang dapat mempengaruhi unjuk kerja sebuah kincir angin, misalnya seperti kecepatan angin, sudut kemiringan sudu, panjang sudu, dan lain sebagainya.

Penelitian ini mengambil judul “Unjuk kerja kincir angin Giromilll dan kincir angin savonius dengan sudu Giromill empat sudu” dengan kombinasi rancangan ini dimaksudkan untuk mengetahui seberapa besar energi listrik yang dapat dihasilkan dibanding kedua rancangannya terpisah

1.2 Rumusan Masalah

Rancangan kincir angin merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi tingkat efisiensi atau koefisien daya, maka dalam penelitian ini rancangan bentuk kombinasi kincir angin Giromill dan Savonius merupakan penentu hasil energi masukan, Sejauh ini sering dikatakan bahwa bentuk penampang kincir yang terbaik adalah airfoil, Untuk jenis kincir angin poros vertikal seperti model Giromill baik menggunakan airfoil yang simetris, Pemanfaatan energi angin dengan menggunakan kombinasi kincir angin Giromill dan Savonius diharapkan bisa menghasilkan energi dalam jumlah besar dengan bagaimanakah merancang dan merakit kincir angin kombinasi antara Giromill dan Savonius dengan variasi sudut sudu Giromill 0°, 5°, dan -5° tersebut? Bagaimana hubungan torsi dengan kecepatan putar pada kincir angin kombinasi Giromill dan Savonius dengan variasi sudut sudu Giromill 0°, 5°, dan -5°? Bagaimana unjuk kerja hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio pada kincir angin kombinasi tipe Giromill dan Savonius dengan variasi sudut sudu giromil 0°, 5°, dan -5°?

(18)

3 1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

a. Merancang, membuat, dan merakit kincir angin kombinasi Savonius dan Giromill dengan tiga variasi kemiringan sudu

b. Mengetahui hubungan antara torsi dengan kecepatan putar poros pada kincir angin kombinasi kincir angin Savonius dan giromill dari setiap variasi sudut 0°, 5°, dan - 5°

c. Mengetahui nilai koefisien daya dan tip speed ratio yang dihasilkan pada kincir angin kombinasi Savonius dan giromill

d. Mengetahui model variasi kincir angin yang terbaik diantara tiga variasi yang diteliti

1.4 Manfaat Penelitian

Penelitian unjuk kerja kombinasi kincir angin Giromill dan Savonius dengan jumlah Sudu Giromill empat sudu diharapkan dapat memberikan manfaat,antara lain:

a. Manfaat Teoritis

1. Hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai referensi pada percobaan selanjutnya atau pengembangan penelitian,

2. Memberikan data untuk perkembangan ilmu pengetahuan dalam bidang konversi energi terbarukan melalui kincir angin.

b. Manfaat Praktis

1. Dengan bahan baku kincir yang mudah dicari dan pengetahuan tentang rancangan kincir angin yang efisien dari penelitian ini, maka diharapkan akan diperoleh teknologi yang tepat guna bagi perkembangan teknologi konversi energi.

2. Menjadi bahan bacaan ataupun referensi sehingga dapat menambah wawasan dan memajukan pengetahuan bidang pembelajaran tentang konversi energi dengan kincir angin

(19)

1.5 Batasan Masalah

Dalam penelitian untuk mencari unjuk kerja kombinasi kincir angin Giromilll dan savonius dengan sudu Giromill empat sudu. Spesifikasi bahan atau batasan masalah yang akan digunakan dalam penelitian sebagai berikut:

a. Spesifikasi kincir angin Giromill

Jumlah Sudu 4

Tinggi : 0°, 5°, dan -5°.

Diameter : 50 cm

b. Spesifikasi kincir angin Savonius Jumlah kincir : 2 (atas dan bawah)

Jumlah sudu 2

Diameter : 40 cm

Diameter bilah : 20 cm

Tinggi : 35 cm

c. Pengujian kincir angin di lakukan di laboratorium Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

d. Pengujian model kincir angin kombinasi tipe Savonius dan Giromilll mengunakan sumber angin yang berasal dari fan blower dengan kecepatan angin diatur pada jangkauan 7,5 m/s

e. Pengukuran dilakukan untuk megetahui koefisien daya dan tip speed ratio.

(20)

BAB II DASAR TEORI

2.1 Energi Angin

Energi merupakan kemampuan suatu benda yang dapat melakukan usaha atau gerak. Angin adalah udara yang bergerak dari suatu tempat dengan tekanan udara yang lebih tinggi ke daerah tempat dengan tekanan udara yang lebih rendah. Pada daerah yang panas tekanan udaranya lebih rendah, karena udara pada daerah tersebut menjadi mengembang dan menjadi ringan. Udara yang ringan itu bergerak naik ke atas menuju daerah yang lebih dingin sehingga udara menjadi dingin dan kembali menjadi berat, maka udara yang telah dingin akan bergerak ke bawah, dengan demikian terjadi siklus perputaran udara dan pergerakan udara atau angin.

Kemampuan udara yang bergerak tersebut disebut dengan energi angin.

Energi angin sudah cukup lama digunakan oleh umat manusia. Sebelum adanya motor pengerak, perahu menggunakan layar untuk memanfaatkan dorongan dari energi angin yang meruskan energi kinetik sebagai penggerak perahu. Energi angin dapat dikonversikan menjadi energi lain, yaitu energi mekanik yang selanjutnya dapat diubah ke dalam energi lainnya. Proses pengubahan energi disebut konversi energi angin dan alat yang melakukan konversi energi angin disebut sistem konversi energi angin

2.2 Kincir Angin

Kincir angin adalah sebuah alat yang digerakan oleh tenaga angin sehingga menghasilkan energi mekanik atau gerak. Kincir angin dulunya banyak ditemukan di negara-negara Eropa. Khususnya Belanda dan Denmark yang waktu itu banyak digunakan untuk irigasi, menumbuk hasil pertanian, penggilingan gandum dan pembangkit tenaga listrik.

Secara umum kincir angin digolongkan menjadi dua jenis menurut porosnya: kincir angin poros horizontal dan kincir angin poros vertikal.

(21)

2.2.1 Kincir Angin Poros Horizontal

Kincir angin poros horizontal atau propeler adalah kincir angin yang memiliki poros sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai dengan arah angin. Kincir angin poros horizontal ini memiliki jumlah sudu lebih dari dua, kincir angin ini dapat berputar dikarenakan adanya gaya aerodinamis yang bekerja pada suatu kincir.

Beberapa jenis kincir dengan poros horizontal:

1. American Windmill

American windmill atau wind engine dirancang oleh Daniel Halladay pada tahun 1854. Sebagian besar digunakan untuk mengangkat air dari sumur, sedangkan untuk versi yang lebih besar digunakan untuk penembakan dan penggilingan gabah serta memotong jerami.Gambar 2.1 menunjukan turbin angin American windmill

Gambar 2. 1 American Windmill

(Sumber : https://www.123rf.com/photo_86176776_american-windmill-on-a- blue-background.html)

(22)

7 2. Dutch Four Arm

Desain rancangan kincir angin ini bisa dibilang sederhana, dan mungkin awal dari rancangan kincir angin yang asli, karena bentuk dan bahan materialnya pun dari kayu dan tanah liat serta jumlah sudunya model ini sangat terkenal di Belanda sehingga disebut sebagain negara kincir angin. Gambar 2.2 menunjukan bentuk turbin angin Dutch Four Arm

Gambar 2. 2 Dutch Four Arm

(Sumber :

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Halnaker_Windmill,_East_Sussex,_UK_

-_A26566.jpg)

Kekurangan dan kelebihan kincir angin poros horizontal Kelebihan kincir angin poros horizontal :

a. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu berada di atas menara.

b. Tidak memerlukan sudut orientasi.

c. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi.

d. Setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan angin meningkat 20% ke atas.

(23)

e. Tidak memerlukan karakteristik angin karena arah angin langsung menuju rotor.

f. Banyak digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik.

Kekurangan kincir angin poros horizontal :

a. Kontruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menahan generator dan gearbox yang berat.

b. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikan dengan arah angin.

c. Biaya pembuatan yang mahal

2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal

Kincir angin poros vertikal adalah salah satu jenis kincir yang posisi porosnya lurus dengan arah angin atau dengan kata lain kincir jenis ini dapat mengkonversi tenaga angin dari segala arah kecuali arah angin dari atas atau bawah.

Kincir jenis ini menghasilkan torsi yang lebih besar dari pada kincir angin poros horizontal.

Beberapa jenis kincir angin poros vertikal:

1. Kincir angin Darrieus

Kincir angin Darrieus sama seperti model Savonius namun desain sudu menggunakan sistem aerofoil. Desain ini dipatenkan oleh Georges Jean Marie Darrieus, seorang insinyur aeronautika dari Perancis pada tahun 1931. Ada jenis lain yang menyerupai kincir angin Darrieus hanya sudunya yang tegak lurus dan aerofoil di sudunya, dinamakan Giromilll atau H-Rotor.Gambar 2.3 menunjukan turbin angina Darrieus

(24)

9

Gambar 2. 3 Kincir Angin Darrieus

(Sumber : http://www.esru.strath.ac.uk/EandE/Web_sites/17-18/hapi/project- overview.html)

2. Kincir angin Giromill

Kincir angin Girromill mempunyai konstruksi dan karakteristik yang mirip dengan tipe Darrieus, bedanya hanya pada posisi rotor, dimana untuk turbin angin Giromill, sudu sama–sama menggunakan profil propeler dan dipasang tegak sejajar dengan poros. Pada tipe Darrieus, sudu propeler dipasangkan melengkung. Dalam aplikasi turbin angin Darrieus umumnya memerlukan kecepatan angin awal yang lebih tinggi untuk start up dan kadang-kadang memerlukan penggerak mula (prime mover) untuk start up dan penggerak mula akan berhenti setelah dicapai batas minimum untuk menggerakan turbin secara mandiri. Gambar 2.4 menunjukan bentuk turbin angin Giromill

(25)

Gambar 2. 4 Kincir angin Giromill

(Sumber : http://www.twinkletoesengineering.info/wind_turbine.html)

3. Kincir angin Savonius

Kincir angin Savonius adalah salah satu jenis kincir angin dengan axis vertikal yang mampu mengubah energi angin horizontal menjadi energi kinetik rotasi.

Kincir ini dikembangkan oleh insinyur asal Finlandia Sigurd Johannes Savonius pada tahun 1922. Turbin Savonius adalah salah satu turbin yang paling sederhana.

Secara aerodinamis , ini adalah perangkat tipe tarik , yang terdiri dari dua atau tiga sendok. Menatap rotor dari atas, mesin dua sendok akan terlihat seperti bentuk "S"

pada penampang . Karena kelengkungannya , scoop mengalami lebih sedikit hambatan ketika bergerak melawan angin daripada ketika bergerak dengan angin.

Tarik diferensial menyebabkan turbin Savonius berputar. Karena mereka adalah perangkat tipe seret, turbin Savonius mengekstraksi tenaga angin jauh lebih sedikit daripada turbin tipe lift berukuran serupa lainnya. Sebagian besar area sapuan rotor Savonius mungkin berada di dekat tanah.Gambar 2.5 menunjukan bentuk turbin angina Savonius

(26)

11

Gambar 2. 5 Kincir angin Savonius

(Sumber : https://www.wikiwand.com/en/Savonius_wind_turbine)

Kelebihan dan kekurangan kincir angin poros vertikal:

Kelebihan kincir angin poros vertikal :

a. Dapat menerima arah angin dari segala arah.

b. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.

c. Memiliki torsi yang besar pada putaran rendah.

d. Tidak perlu mengatur sudut-sudut untuk menggerakan sebuah generator.

Kekurangan kincir angin poros vertikal :

a. Bekerja pada putaran rendah sehingga energi yang dihasilkan kecil.

b. Hanya dapat mengkonversi energi angin 50% dikarenakan adanya gaya drag tambahan.

c. Dipasang ditempa trendah sehingga faktor keselamatan perlu diperhatikan.

2.3 Airfoil

Airfoil atau aerofoil biasa digunakan untuk bentuk penampang sayap, sudu, dan layar. Bentuk dari airfoil menghasilkan gaya aerodinamis fluida. Pada penampang airfoil terdapat gaya lift yaitu gaya yang tegak lurus dengan arah gerak fluida. Gaya drag adalah gaya yang sejajar dengan arah gerak fluidanya.

(27)

Karakteristik bentuk dari airfoil adalah bagian muka yang melengkung diikuti dengan ujung belakang yang meruncing, seringkali dengan bentuk melengkung yang simetris pada permukaan bagian atas dan bawah.

Gambar 2. 6 Bagian-bagian dari airfoil

(Sumber: http.gws_rd=cr,ssl&ei=CY3zV9jKE8XpvAS54L4Bw#q)

Dari Gambar 2.1 , dapat dijelaskan terminologi airfoil sebagai berikut : a. Leading edge, merupakan bagian permukaan paling depan dari airfoil.

b. Trailing edge, merupakan bagian permukan paling belakang dari airfoil.

c. Mean chamber line, merupakan garis pertengahan yang membagi antara permukaan bagian atas dan permukaan bagian bawah dari airfoil.

d. Chord line, merupakan garis lurus yang menghubungkan leading edge dan trailing edge.

e. Chord, merupakan perpanjangan dari chord line mulai dari leading edge hingga trailing edge. Dengan kata lain, chord adalah karakteristik dimensi longitudinal dari suatu airfoil.

f. Maximum chamber, merupakan jarak antara mean chamber line dengan chord line. Maximum chamber membantu mendefinisikan bentuk dari mean chamber line.

(28)

13

g. Maximum thickness, merupakan ketebalan maksimum dari suatu airfoil, dan menunjukkan persentase dari chord. Maximum thickness membantu mendefinisikan bentuk dari airfoil dan juga performa dari airfoil tersebut.

2.4 Rumus Perhitungan

Rumus perhitungan yang digunakan untuk menghitung parameter-parameter yang digunakan untuk menunjukan unjuk kerja dari variasi kincir angin yang diteliti sebagai berikut:

a. Daya pada Angin

Daya yang tersedia pada angin (Pin) berbanding lurus dengan pangkat tiga kecepatannya.

P in=¹₂𝜌 𝐴 𝑣³ (1)

dengan keterangan sebagai berikut:

Pin : Daya yang terdapat dalam angin (watt) ρ : Densitas udara atau massa jenis (kg/m3)

A : Swept area atau luasan frontal kincir (m2) 𝑣 : Kecepatan angin (m/s)

Swept area atau luasan frontal kincir angin dapat dicari dengan mengukur luas muka dari kincir angin yang dibuat oleh rotor kincir angin saat berputar. Di bawah ini adalah rumus perhitungan swept area.

𝐴 = ℎ . 𝑑 (2)

h : Tinggi sudu kincir angin (m) d : Diameter kincir (m)

b. Daya Kincir Angin

Daya kincir angin adalah daya yang dihasilkan oleh poros kincir akibat energi angin yang melewati sudu-sudu. Rumus daya kincir angin dapat ditulis sebagai berikut:

(29)

Pout = 𝑇 . 𝜔 (3) dengan keterangan sebagai berikut:

Pout : Daya yang dihasilkan kincir angin (watt) T : Torsi yang dihasilkan kincir angin (Nm) ω ω : Kecepatan sudut (rad/s)

Untuk menghitung Pout perlu diketahui dahulu besar nilai dari kecepatan sudut yang dapat dihitung menggunakan rumus, yaitu :

𝑛 . 𝜋

𝜔 = 30 (4)

n : Kecepatan putaran (rpm)

c. Torsi Kincir Angin

Torsi adalah sebuah gaya yang dihasilkan oleh gaya dorong kincir angin, dimana gaya dorong ini memiliki jarak terhadap sumbu poros yang berputar dirumuskan menjadi:

(5) dengan keterangan sebagai berikut:

T : Besar torsi (Nm)

F : Gaya yang dihasilkan kincir angin (N) l : Panjang lengan torsi (m)

d. Tip Speed Ratio (TSR)

Kecepatan bagian terluar/ujung sudu tidak terlalu sama dengan kecepatan angin. Perbandingan kecepatan linier ujung sudu dengan kecepatan angin biasa disebut dengan tip speed ratio (TSR) yang dapat dihitung dengan rumus perhitungan di bawah ini:

v

t

= ω.r

⁽⁶⁾

(30)

15 dengan keterangan sebagai berikut:

vt : Kecepatan ujung sudu ω : Kecepatan sudut (rad/s) r : Jari-jari kincir angin (m)

dengan demikian tip speed ratio dapat dirumuskan sebagai berikut:

λ =

^{2.𝜋𝑟𝑛}

60.𝑣

(7)

dapat di sederhanakan sebagai berikut:

λ = 𝜋𝑟𝑛 30.𝑣

(8) dengan keterangan sebagai berikut:

λ : tip speed ratio r : jari-jari kincir (m)

n : kecepatan putar poros kincir angin (rpm) v : kecepatan angin (m/s)

e. Koefisien Daya

Koefisien daya (power coefficient / Cp), digunakan untuk menggantikan istilah efisiensi atau untuk kerja. Koefisien daya adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukan perbandingan antara daya yang tersedia dengan daya yang dihasilkan oleh sistem kincir angin. Perhitungan koefisien daya dirumuskan sebagai berikut:

𝑃𝑜𝑢𝑡

Cp = 𝑃𝑖𝑛 100 % (9)

Cp : Koefisien daya kincir angin

Pout : Daya yang dihasilkan kincir angin (watt) Pin P_in : Daya yang terdapat pada angin (watt)

(31)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Objek Penelitian

Objek yang akan diteliti adalah Kombinasi Kincir Angin Giromilll Dan Savonius Dengan jumblah Sudu Giromill Empat Sudu. Seperti pada Gambar 3.1 dengan variasi sudut sudu Giromill 0 ᵒ , 5 ᵒ dan -5 ᵒ

Gambar 3.1 Kombinasi Kincir Angin Giromilll Dan Savonius Dengan Sudu Giromill Empat Sudu

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

A (thickness) B (Chord)

7 cm 20 cm

Gambar 3.2 Skematik Airfoil Dengan Panjang Chord 20 cm

(32)

17

Pada gambar 3.3 menunjukan gambar masing-masing variasu sudu Giromill yang digunakan didalam penelitian ini,yaitu variasi sudu Giromil 0°, 5°, dan -5°

Gambar 3.3 Variasi sudu Giromill 0°, 5°, dan -5°

(33)

3.2 Diagram Penelitian

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

Gambar 3.4 Diagram Alur Penelitian

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

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

(34)

19 2. Pembuatan Alat

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

3. Pengamatan Secara Langsung (Observasi)

Metode observasi ini dilakukan dengan mengamati secara langsung terhadap objek yang diteliti yaitu kincir angin jenis propeler pada wind tunnel.

3.3 Bahan dan Peralatan Penelitian

Dalam proses pembuatan Kombinasi Kincir Angin Giromilll Dan Savonius Dengan Sudu Giromill Empat sudu memerlukan alat dan bahan sebagai berikut:

a. Bahan Kincir Angin

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

1. Papan Triplek (Plywood)

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

2. Pipa Besi ø 3 cm

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

3. Kayu

Digunakan sebagai kerangka pada sudu dengan bentuk batangan.

4. Seng Lembaran

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

5. Paku

Paku digunakan untuk mengikat seng lembaran pada rangka sudu kincir angin dan juga savonius

(35)

6. Isolasi

Penggunaan isolasi untuk merekatkan seng lembaran yang membentuk rongga pada bagian belakang sudu.

7. Mur, Baut, dan Ring.

Digunakan sebagi pengikat dari kerangka kincir angin savonius dan Giromill

8. Plat

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

9. Socket Sock Paralon PVC

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

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Mesin Bor 2. Mesin gerinda 3. Mesin las 4. Gergaji 5. Palu

6. Kunci Pass dan kunci ring 7. Jangka sorong

8. Meteran 9. Fan Blower

Fan blower berfungsi untuk menghisap udara yang akan disalurkan ke wind tunnel, fan blower dengan daya penggerak motor 5,5 kW. Gambar 3.5 akan menunjukan bentuk dari fan blower.

(36)

21

Gambar 3.5 fan blower 10. Anemometer

Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan angin , dan juga digunakan untuk mengukur suhu angin di sekitar lingkungan. Gambar 3.6 menunjukan bentuk dari anemometer.

Gambar 3.6 Anemometer 11. Tachometer

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

(37)

tachometer yang digunakan adalah digital tachometer, cara kerjanya cukup sederhana meliputi 3 bagian, yaitu: sensor,pengolah data dan penampil. Gambar 3.7 menunjukan bentuk tachometer.

Gambar 3.7 Tachometer 12. Sistem Pengereman

Sistem pengereman seperti pada Gambar 3.8 berfungsi sebagai beban pada putaran kincir. Sistem pengereman ini digunakan untuk mengetahui besarnya torsi dan kecepatan putaran kincir angin.

Gambar 3.8 Sistem Pengereman 13. Neraca Pegas

Neraca pegas digunakan untuk mengetahui beban pengereman pada kincir pada

(38)

23

yang digunakan dalam penelitian. Neraca pegas ini diletakan pada bagian sistem pengereman dan dihubungkan dengan kopling dengan jarak yang telah disesuaikan.

Gambar 3.9 Neraca pegas 14. Stand Kincir Angin Poros Vertikal

Alat ini digunakan sebagai tempat berdirinya atau dipasangnya kincir angin untuk melakukan pengujian. Poros dari kincir angin diletakan dan dikunci pada bantalan (bearing) agar mudah berputar.

Gambar 3.10 Stand kincir angin poros vertikal

(39)

3.4 Perancanan Kincir Angin

Tahap-tahap pengerjaan yang dilakukan dalam pembuatan kincir angin Giromilll untuk penelitian ini sebagai berikut:

1. Perancangan dan Desain Kincir Angin

Gambar 3. 11 Desain Kombinasi Kincir Angin Giromill dan Savonius

(40)

25

2. . Pembuatan sudu perakitan kincir angin Giromill

Gambar 3.12 Pembuatan Sudu Kincir Angin Giromill

3. Pembuatan dan perakitan kincir Savonius

Gambar 3. 13 Pembuatan dan perakitan kincir Savonius

(41)

4. Perakitan kincir

Gambar 3.14 Perakitan kincir

3.5 Variabel yang Diukur

Data yang diambil dari percobaan ini adalah sebagai berikut : a. Kecepatan angin (m/s)

b. Putaran poros (rpm) c. Gaya pengimbang (N)

3.6 Parameter yang Dihitung

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

a. Daya angin (Pin) b. Daya kincir (Pout)

c. Gaya pengimbang / torsi (N) d. Koefisien daya (Cp)

(42)

27 3.7 Langka Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium konversi energi program studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma, dengan skematik pengujian seperti pada Gambar

Gambar 3. 15 Skema pengujian Kincir Angin kombinasi Savonius dan Giromill a. Mempersiapkan kincir angin yang telah dibuat dan diuji coba serta peralatan-

peralatan yang dibutuhkan untuk pengambilan data penelitian

b. Memasang kincir angin pada stand kincir angin yang telah disiapkan dan dikencangkan menggunakan baut pada bantalan (bearing) stand kincir angin,menambah dudukan stand agar mengurangi getaran saat kincir angin berputar,Anemometer dipasang tepat di depan muka kincir angin yang berhadapan dengan blower.

c. Memasang neraca pegas yang terhubung dengan system pengereman

d. Memulai penelitian dengan menyalakan blower. Kemudian mengatur kecepatan angin yang dihasilkan blower dengan inverter pada kecepatan 7,5 m/s.

Kemudian tunggu sesaat sampai hembusan angin dari blower dan putaran kincir steady pada kecepatan 7,5 m/s

(43)

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

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

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

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

i. Matikan blower jika kincir berhenti berputar karena pembebanan j. Merubah variasi sudut kemiringan berikutnya

k. Kemudian ulangi kembali langkah f,g,h disetiap variasi sudut sudu Giromill

3.8 Pengolahan Data

Cara yang digunakan untuk mengolah data dan menampilkan hasil adalah sebagai berikut:

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

b. Jika gaya pengimbang sudah diketahui dan jarak lengan torsi sudah di ketahui maka torsi (N.m) dapat dicari dengan Persaman (8).

c. Setelah kecepatan angin (v) sudah didapatkan dari pengukuran menggunakan anemometer dan luas penampang turbin angin (A) sudah didapat maka daya angin (Pin) maka dapat dihitung dengan persaman (5).

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

(44)

29

e. Dengan membandingkan kecepatan yang terjadi pada ujung sudu (vt) dengan kecepatan angin (v) dapat digunakan untuk menghitung tip speed ratio (λ) sesuai dengan Persaman (11).

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

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

(45)

BAB IV

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Penelitian

Dalam pengambilan data Kincir Angin Kombinasi tipe Savonius dan Giromill ada beberapa variasi,Tabel 4.1 merupakan data kincir angin Savonius dan Giromill pada variasi sudut kemiringanl 0ô,Tabel 4.2 merupakan data kincir sngin Savonius dan Giromill pada variasi sudut kemiringanl 5ô,Tabel 4.3 merupakan data kincir angin Savonius dan Giromill pada variasi sudut kemiringanl -5ô.Pada pegambilan data inimenggunakan kecepatan angin 7,5m/s.

Tabel 4.1 Hasil pengambilan data kincir angin Kombinasi tipe Savonis dan Giromil pada variasi sudut kemiringan 0^o dengan kecepatan angin 7,5 m/s

No Putaran Poros (N) Gaya Pengimbang (F)

(rpm) (N)

1

215 0,0

210 0,0

221 0,0

2

186 1,1

184 1,1

183 1,1

3

178 2,1

172 2,1

4

162 2,6

156 2,6

162 2,6

5

152 3,4

153 3,4

150 3,4

6

140 3,5

148 3,5

141 3,5

(46)

31

Tabel 4.1 Hasil pengambilan data kincir angin Kombinasi tipe Savonis dan Giromill pada variasi sudut kemiringanl 0^o dengan kecepatan angin 7,5 m/s (lanjutan)

(rpm) (N)

7

138 4,0

139 4,0

138 4,0

8

128 4,1

126 4,1

125 4,1

9

117 4,2

123 4,2

129 4,2

10

112 4,5

115 4,5

11

86 4,6

70 4,6

93 4,6

12

56 4,7

58 4,7

60 4,7

13

54 4,8

44 4,8

14

37 5,0

40 5,0

37 5,0

15

31 5,1

34 5,1

37 5,1

(47)

Tabel 4.2 Hasil pengambilan data kincir angin Kombinasi tipe Savonis dan Giromill pada variasi sudut kemiringanl 5^o dengan kecepatan angin 7,5 m/s

(rpm) (N)

1

67 0,0

2

50 0,5

3

40 1,3

39 1,3

38 1,3

4

34 1,6

33 1,6

32 1,6

5

30 2,0

Tabel 4.3 Hasil pengambilan data kincir angin Kombinasi tipe Savonis dan Giromill pada variasi sudut kemiringanl -5^o dengan kecepatan angin 7,5 m/s

(rpm) (N)

1

176 0,0

175 0,0

2

146 0,9

145 0,9

3

139 1,9

137 1,9

135 1,9

(48)

33

Tabel 4.3 Hasil pengambilan data kincir angin Kombinasi tipe Savonis dan Giromill pada variasi sudut kemiringanl -5^o dengan kecepatan angin 7,5 m/s (lanjutan)

(rpm) (N)

4

127 2,5

126 2,5

124 2,5

5

122 3,1

120 3,1

119 3,1

6

114 3,5

110 3,5

109 3,5

7

105 3,8

8

103 4,0

102 4,0

9

98 4,1

97 4,1

10

85 4,2

11

83 4,4

12

80 4,5

79 4,5

13

75 4,6

14

74 4,9

71 4,9

(49)

Tabel 4.3 Hasil pengambilan data kincir angin Kombinasi tipe Savonis dan Giromill pada variasi sudut kemiringan -5^o dengan kecepatan angin 7,5 m/s (lanjutan)

(rpm) (N)

15

69 5,0

16

67 5,1

66 5,1

65 5,1

17

64 5,2

63 5,2

61 5,2

18

58 5,4

19

50 5,5

20

45 5,6

44 5,6

21

35 5,7

34 5,7

33 5,7

22

32 5,8

31 5,8

(50)

35 4.2 Pengelolahan Data

Dalam perhitungan data diambil dari Tabel 4.2 pada langkah percobaan pertama (1) dan pembebanan ke tujuh (7). Sedangkan untuk pengolahan data menggunakan beberapa asumsi untuk mempermudah dalam proses perhitungan, sebagai berikut:

a. Panjang lengan torsi : 20 cm b. Masa jenis udara : 1,18 kg/m³ c. Luas tangkap angin : 0,4 m² d. Kecepatan angin : 7,5 m/s

4.2.1 Perhitungan Torsi

Dalam perhitungan torsi sebagai contoh diambilkan data pada Tabel 4.4 pembebanan ke tujuh (7) pada langkah percobaan pertama (1). Data yang diperoleh gaya pengimbang (F) sebesar 4,0 N dan panjang lengan torsi (l) 0,2 m. Torsi dapat dihitung menggunakan persamaan (8) sebagai berikut:

T = F. l

= (4,0 N ).(0,2 m)

= 0,8 N.m Jadi torsi yang dihasilkan sebesar 0,8 N.m

4.2.2 Perhitungan Daya Angin

Dalam perhitungan daya angin, sebagai contoh diambilkan data pada Tabel 4.4 pembebanan ke tujuh (7) pada langkah percobaan ke pertama (1). Data yang diperoleh gaya pengimbang (F) sebesar 4,0 N, kecepatan putar poros (n) sebesar 138 rpm, luas tangkap angin (A) sebesar 0,4 m², kecepatan angin (v) 7,5 m/s dan massa jenis udara (ρ) 1,18 kg/m³. Jika sulk bdah diketahui variasi tersebut maka daya angin dapat dihitung sesuai Persamaan (5) sebagai berikut:

(51)

Pin = ¹

2 ρ A v³

= ( ¹

2 ).(1,18 kg/m³).(0,4 m²).(7,5 m/s)³

= 99,56 Watt

Jadi daya angin yang dihasilkan sebesar 99,56 Watt

4.2.3 Perhitungan Kecepatan Sudu

Dalam perhitungan kecepatan sudu, sebagai contoh diambilkan data pada Tabel 4.3 pembebanan ke tujuh (7) pada langkah percobaan pertama (1). Data yang diperoleh gaya pengimbang (F) sebesar 4,0 N, dan kecepatan putar poros (n) sebesar 138 rpm. Sehingga kecepatan sudu dapat dihitung menggunakan persamaaan (7) sebagai berikut:

𝜔 =^{𝑛 .𝜋}

30

= ^{138 . 𝜋}

30

= 14,44 rad/s

Jadi kecepatan sudu yang dihasilkan sebesar 14,44rad/s 4.2.4 Perhitungan Daya Kincir Angin

Dalam perhitungan daya kincir angin sebagai contoh diambilkan data pada Tabel 4.3 pembebanan ke tujuh (7) pada langkah percobaan pertama (1). Data yang diperoleh gaya pengimbang (F) sebesar 4,0 N, kecepatan putar poros (n) sebesar 138 rpm, dan torsi (T) sebesar 0,80 N.m, dan kecepatan sudu kincir angin (ω) sebesar 14,44 rad/s. Sehingga daya kincir angin dapat dihitung dengan persamaan (6) sebagai berikut :

Pout = 𝑇 . 𝜔

= 0,80 N.m .14,44 rad/s

= 11,56 watt

(52)

37 4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio

Dalam perhitungan tip speed ratio sebagai contoh diambilkan data pada Tabel 4.3 pembebanan ke tujuh(7) pada langkah percobaan pertama (1). Data yang diperoleh gaya pengimbang (F) sebesar 4,0 N, kecepatan putar poros (n) sebesar 138 rpm, jari-jari kincir angin (r) sebesar 0,40 m , dan kecepatan angin angin (v) sebesar 7,5 m/s. Untuk mengetahui nilai tip speed ratio (λ) dapat dihitung dengan persamaan (11) sebagai berikut:

λ = ^𝜋𝑟𝑛

30.𝑣

= (𝜋 .0,40 𝑚 .138 𝑟𝑝𝑚) (30.7,5 𝑚/𝑠)

= 0,77

Jadi tip speed ratio yang dihasilkan sebesar 0,77

4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya

Dalam koefisien daya sebagai contoh diambilkan data pada Tabel 4.3 pembebanan ke tujuh (7) pada langkah percobaan pertama (1). Data yang diperoleh gaya pengafafimbang (F) sebesar 4,0 N, kecepatan putar poros (n) sebesar 138 rpm.

Sehingga nilai yang diperoleh daya angin (Pin) sebesar 99,56 watt dan daya turbin angin (Pout) sebesar 11,56 watt. Untuk menghitung nilai koefisien daya (Cp) dapat dilakukan sesuai persamaan (14) sebagai berikut:

Cp =^{𝑃𝑜𝑢𝑡}

𝑃𝑖𝑛 100 %

= ^{11,56 𝑤𝑎𝑡𝑡}

99,56 𝑤𝑎𝑡𝑡 100 %

= 11,61 %

Jadi koefisien daya yang dihasilkan sebesar 11,61 %

(53)

4.3 Hasil Pengolahan Data

Tabel 4.4 Data Hasil Perhitungan Kombinasi Kincir Angin Giromilll Dan Savonius Dengan sudu Giromill empat sudu pada Variasi sudut kemiringanll 0° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s

No

Gaya Pengimbang

(F)

Putaran Poros

(n)

Kecepatan Sudut (ω)

Beban Torsi (T)

Daya Input (Pin)

Daya Output

(Pout) Tip Speed Rasio (tsr)

Koefisien daya (Cp)

(N) (rpm) (rad/s) N.m Watt Watt %

1

0.0 215 22.50 0.00 99,56 0.00 1.20 0.00

0.0 210 21.98 0.00 99,56 0.00 1.17 0.00

0.0 221 23.13 0.00 99,56 0.00 1.23 0.00

2

1.1 186 19.47 0.22 99,56 4.28 1.04 3.09

1.1 184 19.26 0.22 99,56 4.24 1.03 3.06

1.1 183 19.15 0.22 99,56 4.21 1.02 3.04

3

2.1 178 18.63 0.42 99,56 7.82 0.99 5.65

2.1 172 18.00 0.42 99,56 7.56 0.96 5.46

4

2.6 162 16.96 0.52 99,56 8.82 0.90 6.37

2.6 156 16.33 0.52 99,56 8.49 0.87 6.14

2.6 162 16.96 0.52 99,56 8.82 0.90 6.37

5

3.4 152 15.91 0.68 99,56 10.82 0.85 7.82

3.4 153 16.01 0.68 99,56 10.89 0.85 7.87

3.4 150 15.70 0.68 99,56 10.68 0.84 7.71

6

3.5 140 14.65 0.70 99,56 10.26 0.78 7.41

3.5 148 15.49 0.70 99,56 10.84 0.83 7.84

3.5 141 14.76 0.70 99,56 10.33 0.79 7.46

7

4.0 138 14.44 0.80 99,56 11.56 0.77 8.35

4.0 139 14.55 0.80 99,56 11.64 0.78 8.41

4.0 138 14.44 0.80 99,56 11.56 0.77 8.35

8

4.1 128 13.40 0.82 99,56 10.99 0.71 7.94

4.1 126 13.19 0.82 99,56 10.81 0.70 7.81

4.1 125 13.08 0.82 99,56 10.73 0.70 7.75

9

4.2 117 12.25 0.84 99,56 10.29 0.65 7.43

4.2 123 12.87 0.84 99,56 10.81 0.69 7.81

4.2 129 13.50 0.84 99,56 11.34 0.72 8.20

10

4.5 112 11.72 0.90 99,56 10.55 0.63 7.62

4.5 115 12.04 0.90 99,56 10.83 0.64 7.83

(54)

39

Tabel 4.4 Data Hasil Perhitungan Kombinasi Kincir Angin Giromilll Dan Savonius Dengan sudu Giromill empat sudu pada Variasi sudut kemiringanll 0° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s (lanjutan)

No

(F)

(n)

Beban Torsi

(T)

Daya Output

11

4.6 86 9.00 0.92 99,56 8.28 0.48 5.98

4.6 70 7.33 0.92 99,56 6.74 0.39 4.87

4.6 93 9.73 0.92 99,56 8.96 0.52 6.47

12

4.7 56 5.86 0.94 99,56 5.51 0.31 3.98

4.7 58 6.07 0.94 99,56 5.71 0.32 4.12

4.7 60 6.28 0.94 99,56 5.90 0.33 4.27

13

4.8 54 5.65 0.96 99,56 5.43 0.30 3.92

4.8 44 4.61 0.96 99,56 4.42 0.25 3.19

14

5.0 37 3.87 1.00 99,56 3.87 0.21 2.80

5.0 40 4.19 1.00 99,56 4.19 0.22 3.03

5.1 37 3.87 1.02 99,56 3.95 0.21 2.85

15

5.1 31 3.24 1.02 99,56 3.31 0.17 2.39

5.1 34 3.56 1.02 99,56 3.63 0.19 2.62

5.1 37 3.87 1.02 99,56 3.95 0.21 2.85

(55)

Tabel 4.5 Data Hasil Perhitungan Kombinasi Kincir Angin Giromilll Dan Savonius Dengan sudu Giromill empat sudu pada Variasi sudut kemiringanll 5° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s

No

(F)

(n)

Daya Output

1

0.0 67 7.01 0.00 99,56 0.00 0.37 0.00

2

0.5 50 5.23 0.18 99,56 0.94 0.28 0.68

3

1.3 40 4.19 0.38 99,56 1.59 0.22 1.15

1.3 39 4.08 0.38 99,56 1.55 0.22 1.12

1.3 38 3.98 0.38 99,56 1.51 0.21 1.09

4

1.6 34 3.56 0.50 99,56 1.78 0.19 1.29

1.6 33 3.45 0.50 99,56 1.73 0.18 1.25

1.6 32 3.35 0.50 99,56 1.67 0.18 1.21

5

2.0 30 3.14 0.62 99,56 1.95 0.17 1.41

Tabel 4.6 Data Hasil Perhitungan Kombinasi Kincir Angin Giromilll Dan Savonius Dengan sudu Giromill empat sudu pada Variasi sudut kemiringanll -5° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s

No

Gaya Pengimban

g (F)

(n)

Daya Output

(N )

(rpm) (rad/s) N.m Watt Watt %

1

0.0 176 18.42 0.00 99,56 0.00 0.98 0.00

0.0 175 18.32 0.00 99,56 0.00 0.98 0.00

0.9 146 15.28 0.18 99,56 2.75 0.82 1.99