i
PENGARUH JUMLAH SUDU TERHADAP UNJUK KERJA
KINCIR AIR POROS VERTIKAL TIPE SAVONIUS
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin
Oleh : YOGI PUTRA
145214055
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA 2018
ii
THE EFFECT OF NUMBER OF BLADE ON THE
PERFORMANCE OF VERTICAL SAVONIUS WATERWHEEL
AN UNDERGRADUATE THESIS
As partial fulfillment of the requirements
to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By : YOGI PUTRA
145214055
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY 2018
iii
PENGARUH JUMLAH SUDU TERHADAP UNJUK KERJA
KINCIR AIR POROS VERTIKAL TIPE SAVONIUS
Disusun oleh :
YOGI PUTRA
NIM : 145214055
Telah disetujui oleh Dosen Pembimbing Skripsi
iv
PENGARUH JUMLAH SUDU TERHADAP UNJUK KERJA
KINCIR AIR POROS VERTIKAL TIPE SAVONIUS
Dipersiapkan dan disusun oleh :
NAMA : YOGI PUTRA
NIM : 145214055
Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji Pada tanggal 12 September 2018
Susunan Dewan Penguji
Nama Lengkap Tanda Tangan Ketua : Budi Setyahandana, M.T. ... Sekretaris : Ir. Rines, M.T. ... Anggota : R. B. Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si. ...
Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
Yogyakarta, 12 September 2018 Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta
Dekan,
v
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Skripsi 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 oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 12 September 2018
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Yogyakarta :
Nama : Yogi Putra NIM : 145214055
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta karya ilmiah yang berjudul :
Pengaruh Jumlah Sudu Terhadap Unjuk Kerja Kincir Air Poros Vertikal Tipe Savonius Tanpa Menggunakan Pengarah Aliran (Deflector)
Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media yang lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya selama tetap menyantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, 12 September 2018 Yang menyatakan,
vii
ABSTRAK
Energi listrik di Indonesia sebagian besar dihasilkan oleh Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) yang berasal dari bahan bakar fosil. Bahan bakar fosil ini dinilai tidak ramah lingkungan dan jumlahnya terbatas. Untuk mengatasi hal tersebut dapat digunakan energi terbarukan sebagai alternatif dari bahan bakar fosil. Salah satu energi terbarukan yang dapat dimanfaatkan di Indonesia adalah energi air karena potensinya yang sangat besar. Untuk memanfaatkan energi air tersebut diperlukan sebuah media berupa kincir. Penelitian kali ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh jumlah sudu terhadap unjuk kerja yang dihasilkan oleh kincir air, yaitu koefisien daya (Cp) , koefisien torsi (Cm), dan tip speed ratio
(tsr).
Kincir air yang digunakan berjenis poros vertikal dengan tipe Savonius dengan menggunakan variasi jumlah sudu, yaitu dua, tiga dan empat tanpa menggunakan pemandu arah aliran (deflektor). Bahan yang digunakan untuk membuat sudu adalah pipa PVC dengan diameter kincir 10 cm dan tinggi 10 cm. Penelitian ini dilakukan pada aliran sungai dengan menampung air dan mengalirkannya pada saluran air buatan berbahan akrilik yang sudah dirancang. Kincir air diuji dengan kecepatan air yang rendah yaitu 0,8 m/s, 0,9 m/s dan, 1 m/s.
Hasil dari penelitian ini adalah, nilai torsi (T) tertinggi dihasilkan oleh kincir Savonius 2 sudu, pada kecepatan air 1 m/s, yaitu 0,137 Nm. Daya (P) kincir tertinggi dihasilkan oleh kincir Savonius 2 sudu, pada kecepatan 1 m/s, yaitu 1,623 Watt. Koefisien daya tertinggi dihasilkan oleh kincir Savonius 2 sudu, pada kecepatan 1 m/s, yaitu 0,445. Sedangkan koefisien daya tertinggi juga dihasilkan oleh kincir Savonius 2 sudu, pada kecepatan 1 m/s, yaitu 0,678.
viii
ABSTRACT
Electrical energy in Indonesia is mostly produced by Steam Power Plants
(PLTU) derived from fossil fuels. This fossil fuel is considered not
environmentally friendly and limited in number. To overcome this, renewable energy can be used as an alternative to fossil fuels. One of the renewable energy that can be utilized in Indonesia is water energy because of its enormous potential. To utilize water energy is needed a media in the form of a wheel. This study aims to determine the effect of the number of blades on the performance produced by the waterwheel, namely the power coefficient (Cp), torque coefficient (Cm), and tip speed ratio (tsr)
The waterwheel used is vertical shaft type with Savonius type using a variety of blade numbers, namely two, three and four without using a flow direction guide (deflector). The material used to make the blade is a PVC pipe with a diameter of 10 cm and 10 cm high. This research was carried out on the river flow by storing water and flowing it into handmade water channels made from acrylic that had been designed. The waterwheel is tested with a low water velocity of 0.8 m / s, 0.9 m / s and, 1 m / s.
The results of this study are, the highest torque value (T) is produced by a 2 blades Savonius wheel, at a water speed of 1 m / s, which is 0,137 Nm. The highest power (P) wheel is produced by a 2 blade Savonius wheel, at a speed of 1 m / s, which is 1,623 Watt. The highest power coefficient is produced by a 2 blade Savonius wheel, at a speed of 1 m / s, which is 0.445. While the highest power coefficient is also produced by the 2 blades of Savonius, at a speed of 1 m / s, which is 0.678.
ix
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmatNya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan baik dan tepat pada waktunya.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat wajib mahasiswa Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta untuk memperoleh ijazah maupun gelar S1 Teknik Mesin.
Berkat bimbingan, nasihat, dan doa yang diberikan oleh berbagai pihak, akhirnya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik dan maksimal. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati dan ketulusan, 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. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta
3. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Kepala Laboratorium Konversi Energi, Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta, yang mengijinkan dan memfasilitasi dalam melakukan penelitian
4. Raden Benedictus Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si., selaku Dosen Pembimbing Skripsi
5. Budi Setyahandana, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik
6. Seluruh Pengajar dan Tenaga Kependidikan Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta, yang telah mendidik dan memberikan berbagai ilmu pengetahuan yang sangat membantu dalam penyusunan skripsi ini
7. Armen Sanjaya dan Enny sebagai orang tua penulis yang selalu memberi semangat dan dukungan, baik yang berupa materi maupun spiritual
x
8. Fandi Sanjaya, adik kandung penulis yang selalu memberikan doa, semangat, dan motivasi dalam mengerjakan skripsi
9. Teman – teman kelompok rekayasa air yang membantu jalannya penelitian dari awal sampai akhir
10. Semua Teman-teman Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, yang selalu memberikan saran dan masukan selama perkuliahan maupun pada saat penelitian.
11. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah memberikan bantuan moril maupun spiritual sehingga proses penyelesaian skripsi ini dapat berjalan dengan lancar.
Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian dan penyusunan skripsi ini masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, oleh karena itu penulis mengharapkan masukan, kritik, dan saran yang membangun dari berbagai pihak untuk dapat menyempurnakannya. Akhir kata, seperti yang penulis harapkan, semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.
Yogyakarta, 12 September 2018
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
DAFTAR DEWAN PENGUJI ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... v
LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi
ABSTRAK ... vii
ABSTRACT ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1. Latar Belakang ... 1 1.2. Rumusan Masalah ... 5 1.3. Tujuan Penelitian ... 5 1.4. Batasan Masalah... 5 1.5. Manfaat Penelitian ... 6
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ... 7
2.1. Dasar Teori ... 7
2.1.1. Fluida ... 7
2.1.2. Sifat – sifat Fluida ... 7
xii
2.1.4. Aliran Fluida ... 11
2.1.5. Jenis – jenis Kincir ... 13
2.1.6. Kincir Tipe Savonius... 14
2.1.7. Unjuk Kerja Kincir Savonius ... 17
2.2. Tinjauan Pustaka ... 20
BAB III METODE PENELITIAN... 21
3.1. Langkah Dan Alur Penelitian ... 22
3.1.1. Langkah Penelitian ... 22 3.1.2. Alur Penelitian ... 24 3.2. Spesifikasi Alat ... 25 3.2.1. Kincir Savonius ... 25 3.2.2. Saluran Air ... 26 3.2.3. Tangki Air ... 27 3.2.4. Rem Torsi ... 29
3.3. Alat Pendukung Penelitian ... 31
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 32
4.1. Data Hasil Penelitian ... 32
4.2. Pengolahan Data dan Perhitungan ... 33
4.3. Tabel Hasil Pengolahan Data dan Perhitungan ... 35
4.4. Grafik Hasil Perhitungan... 39
4.5. Pembahasan ... 45
4.6. Perbandingan Data Hasil Penelitian ... 46
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 51
5.1. Kesimpulan ... 51
5.2. Saran ... 51
DAFTAR PUSTAKA ... 52 LAMPIRAN
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Sumber daya energi terbarukan yang ada di Indonesia... 2
Tabel 2.1 massa jenis zat cair dan gas ... 8
Tabel 3.1 Spesifikasi rotor yang digunakan ... 25
Tabel 3.2 Alat bantu yang digunakan dalam penelitian. ... 31
Tabel 4.1 Data pengujian kincir air Savonius 2 sudu... 32
Tabel 4.2 Data pengujian kincir air Savonius 3 sudu... 33
Tabel 4.3 Data pengujian kincir air Savonius 4 sudu... 33
Tabel 4.4 Hasil Pengolahan Data kincir 2 sudu dengan kecepatan 0,8 m/s ... 36
Tabel 4.5 Hasil Pengolahan Data kincir 2 sudu dengan kecepatan 0,9 m/s ... 36
Tabel 4.6 Hasil Pengolahan Data kincir 2 sudu dengan kecepatan 1 m/s ... 36
Tabel 4.7 Hasil Pengolahan Data kincir 3 sudu dengan kecepatan 0,8 m/s. ... 37
Tabel 4.8 Hasil Pengolahan Data kincir 3 sudu dengan kecepatan 0,9 m/s. ... 37
Tabel 4.9 Hasil Pengolahan Data kincir 3 sudu dengan kecepatan 1 m/s. ... 38
Tabel 4.10 Hasil Pengolahan Data kincir 4 sudu dengan kecepatan 0,8 m/s. ... 38
Tabel 4.11 Hasil Pengolahan Data kincir 4 sudu dengan kecepatan 0,9 m/s. ... 38
Tabel 4.12 Hasil Pengolahan Data kincir 4 sudu dengan kecepatan 1 m/s. ... 39
Tabel 4.13 Perbandingan spesifikasi rotor Savonius ... 47
Tabel 4.14 Nilai Cp dan Cm max dari referensi ... 47
Tabel 4.15 Nilai Cp dan Cm max dari peneliti ... 47
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Grafik hubungan antara kecepatan angin dan daya ... 3
Gambar 1.2 Grafik hubungan antara kecepatan angin dan koefisien daya ... 4
Gambar 1.3 Grafik hubungan antara kecepatan angin dan koefisien torsi ... 4
Gambar 2.1 pada saluran tertutup sama sisi ... 13
Gambar 2.2 Jenis-jenis kincir menurut arah putaran porosnya ... 14
Gambar 2.3 Kincir tipe Savonius dengan 2 sudu ... 15
Gambar 2.4 Kincir tipe Savonius dengan 4 sudu ... 15
Gambar 2.5 Skema rotor Savonius tipe U ... 16
Gambar 2.6 Diagram Betz Limit ... 19
Gambar 3.1 Bagian utama set up spesimen penelitian ... 21
Gambar 3.2 Diagram alir penelitian ... 24
Gambar 3.3 Desain kincir Savonius yang digunakan ... 25
Gambar 3.4 Desain saluran air sepanjang 2 meter ... 26
Gambar 3.5 Desain tangki air... 27
Gambar 3.6 Skema proses aliran air ... 28
Gambar 3.7 Skema rem pemberi beban ... 29
Gambar 4.1 Grafik hubungan antara torsi dan kecepatan putar pada kecepatan 0,8 m/s ... 39
Gambar 4.2 Grafik hubungan antara torsi dan kecepatan putar pada kecepatan 0,9 m/s ... 40
Gambar 4.3 Grafik hubungan antara torsi dan kecepatan putar pada kecepatan 1 m/s ... 40
Gambar 4.4 Grafik hubungan antara tsr dan Cp pada kecepatan 0,8 m/s ... 41
Gambar 4.5 Grafik hubungan antara tsr dan Cp pada kecepatan 0,9 m/s ... 42
Gambar 4.6 Grafik hubungan antara tsr dan Cp pada kecepatan 1 m/s ... 42
Gambar 4.7 Grafik hubungan antara tsr dan Cm pada kecepatan 0,8 m/s ... 43
Gambar 4.8 Grafik hubungan antara tsr dan Cm pada kecepatan 0,9 m/s ... 44
xv
Gambar 4.16 Grafik hubungan antara kecepatan angin dan daya, menggunakan aspek rasio (α) = 5 ... 49
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Energi listrik merupakan energi yang dibutuhkan oleh manusia untuk menunjang setiap aktivitasnya. Dari tahun 2014 sampai 2017 konsumsi listrik per kapita di Indonesia terus mengalami peningkatan. Berdasarkan data Kementerian ESDM, konsumsi listrik per kapita mencapai 994,41 kilo Watt hour (kWh) hingga September 2017. Angka ini naik 3,98 persen dari posisi akhir 2016 sebesar 956,36 kWh. Menurut data EBTKE, sebagian besar listrik di Indonesia dihasilkan dari pembangkit listrik tenaga uap yang dihasilkan oleh bahan bakar fosil. Jumlah yang terbatas dan tidak ramah lingkungan menjadi halangan penggunaan bahan bakar fosil sebagai bahan utama penghasil energi listrik. Selain tenaga uap, energi listrik dapat dihasilkan oleh tenaga air. Tenaga air di Indonesia belum dikembangkan lebih lanjut sehingga belum menghasilkan energi listrik secara maksimal.
Energi alami dapat dihasilkan dari air yang bergerak, baik air dari sungai yang mengalir atau pun ombak di lautan. Kekuatan yang besar dari air dapat dimanfaatkan dan dikonversikan menjadi listrik melalui pembangkit listrik tenaga air. Pembangkit listrik tenaga air merupakan sumber energi terbarukan karena air secara terus menerus mengisi ulang melalui siklus hidrologi bumi. Semua sistem hidroelektrik membutuhkan sumber air mengalir tetap, seperti sungai atau anak sungai. Tidak seperti tenaga matahari dan angin, tenaga air dapat menghasilkan tenaga terus menerus selama 24 jam setiap harinya. Potensi tenaga air di Indonesia juga cukup besar, mencapai 75.000 Megawatt (MW). Namun saat ini pemanfaatannya melalui penyediaan energi listrik nasional baru mencapai 10% atau 7,572 MW dari total potensinya.
Berdasarkan data yang dimiliki oleh Dewan Energi Nasional, berikut ini adalah data sumber daya energi terbarukan yang ada di Indonesia per 2016
Tabel 1.1 Sumber daya energi terbarukan yang ada di Indonesia Jenis Energi Sumber Daya Kapasitas Terpasang Angin dan Hybrid
3-6 m/s ~60 GW 3,1 MW Tenaga Air 94476 MW 5024 MW Panas Bumi 29544 MW 1403,5 MW Surya 4,80 kWh/m2/day ~207,9 GW 78,5 MW (Sumber : Indonesia Energi Outlook 2016)
Karena sumber daya energi terbarukan yang ada di Indonesia sangat melimpah jumlahnya. Oleh karena itu dibutuhkan alat yang dapat mengubah energi terbarukan tersebut menjadi energi listrik yang dapat digunakan. Salah satu alat yang dapat diterapkan untuk memanfaatkan energi air dan angin adalah kincir.
Turbin angin adalah kincir angin yang saat ini banyak digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik. Salah satu jenis turbin angin adalah Turbin Angin Sumbu Vertikal (TASV). TASV memiliki poros atau sumbu rotor utama yang disusun tegak lurus. TASV mampu mendayagunakan angin dari berbagai arah. TASV terdiri dari beberapa jenis turbin angin, salah satunya adalah turbin angin Savonius. Jenis ini memiliki kemampuan self-starting yang bagus, sehingga hanya membutuhkan angin dengan kecepatan rendah untuk dapat memutar rotor dari turbin angin ini. Selain itu, torsi yang dihasilkan turbin angin jenis Savonius relatif tinggi (Sargolzei, 2007).
Fluida adalah zat yang mampu mengalir dan menyesuaikan diri dengan wadahnya. Setiap zat atau materi yang mengalami gerakan atau berpindah tempat dari tempat yang satu ke tempat yang lain akan menghasilkan energi
dan energi ini sangat dipengaruhi oleh sifat-sifat fisik dari fluida yang merupakan sumber dari energi tersebut (Giles, 1984). Karena sifat fluida yang sama, maka Savonius juga bisa di terapkan pada aliran air. Bedanya adalah penelitian ini dilakukan pada saluran air tertutup yang sudah dirancang sedangkan fluida angin tidak menggunakan saluran angin yang tertutup. Angin dan air mempunyai masa jenis yang berbeda. Pada kecepatan yang sama air akan memiliki energi yang lebih besar dibandingkan dengan angin, hal ini dikarenakan air mempunyai massa jenis yang lebih besar daripada angin. Savonius juga sangat mudah diterapkan di berbagai daerah di Indonesia. Karena masih banyak daerah di Indonesia yang belum bisa merasakan energi listrik, sehingga dengan turbin Savonius ini dapat membantu menyuplai listrik di daerah-daerah di Indonesia. Kincir Savonius ini sangat cocok di pasangkan di selokan atau sungai pedesaan karena tidak membutuhkan kecepatan fluida yang tinggi dan juga lebar aliran air yang besar.
Sebelum mengaplikasikan kincir Savonius ada satu faktor penting yang harus diperhatikan, yaitu jumlah sudunya. Pada tahun 2012, N.H. Mahmoud, dkk melakukan penelitian berjudul “An experimental study on improvement of
Savonius rotor performance”. Hasil penelitian tersebut akan disajikan dalam
bentuk grafik yang dapat dilihat pada Gambar 1.1; 1,2; dan 1.3 :
Gambar 1.1 Grafik hubungan antara kecepatan angin dan daya (Sumber : An experimental study on improvement of Savonius rotor
Gambar 1.2 Grafik hubungan antara kecepatan angin dan koefisien daya (Sumber : An experimental study on improvement of Savonius rotor
performance)
Gambar 1.3 Grafik hubungan antara kecepatan angin dan koefisien torsi (Sumber : An experimental study on improvement of Savonius rotor
performance)
Spesifikasi kincir yang digunakan adalah menggunakan aspek rasio 0,5 dan overlap rasio 0. Kecepatan angin yang digunakan antara 6 m/s sampai dengan 12 m/s. Hasil penelitian tersebut menyimpulkan bahwa kincir
Savonius dengan jumlah sudu dua mempunyai unjuk kerja yang paling baik. Penelitian tersebut menggunakan fluida angin untuk menggerakkan kincir Savoniusnya sedangkan penelitian yang dilakukan oleh peneliti menggunakan fluida air sebagai penggerak kincir Savoniusnya. Apakah jika menggunakan fluida air, kincir dengan jumlah sudu dua tetap mempunyai unjuk kerja yang paling baik, akan terjawab melalui penelitian ini.
1.2. Rumusan Masalah
Rumusan masalah pada penelitian ini adalah untuk mengoptimalkan penggunaan energi terbarukan, yaitu air. Energi air tersebut akan dimanfaatkan untuk menggerakan kincir vertikal tipe Savonius yang mempunyai jumlah sudu 2, 3, dan 4 tanpa menggunakan pengarah aliran
(deflector). Bagaimanakah pengaruh jumlah sudu terhadap unjuk kerja yang
dihasilkan oleh kincir Savonius poros vertikal tanpa menggunakan pengarah aliran (deflector)?
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mengetahui pengaruh jumlah sudu pada kincir Savonius poros vertikal dengan variasi kecepatan aliran air tanpa menggunakan pengarah aliran (deflector)
2. Mengetahui unjuk kerja yang dihasilkan oleh kincir Savonius yang digunakan, yaitu nilai torsi (T), daya (P), koefisien Torsi (Cm),
koefisien daya (Cp) dan Tip Speed Ratio (tsr)
1.4. Batasan Masalah
Batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah :
1. Material yang digunakan tidak membahas tentang korosi
2. Pembuatan sudu kincir menggunakan pipa PVC, dan kincir yang dirancang adalah berdiameter 10 cm dan tinggi 10 cm
4. Kecepatan air yang digunakan adalah 0,8 m/s; 0,9 m/s; dan 1 m/s, dengan jarak celah tetap, yaitu e = 0,811 cm dan e’ = 0
5. Penelitian dilakukan di sungai Dusun Jenengan, Maguwoharjo, Kec. Depok
1.5. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Memberikan informasi tentang pamanfaatan sumber daya energi air untuk menggerakkan kincir tipe Savonius sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)
2. Memberikan informasi jumlah sudu terbaik yang dapat diterapkan pada kincir tipe Savonius
3. Memberikan informasi tentang karakteristik dan unjuk kerja kincir vertikal tipe Savonius
7
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Dasar Teori 2.1.1. Fluida
Fluida adalah zat yang dapat mengalir. Kata Fluida mencakup zat cair dan gas karena kedua zat ini dapat mengalir, sebaliknya batu dan benda-benda keras atau seluruh zat padat tidak digolongkan kedalam fluida karena tidak bisa mengalir. Susu, minyak pelumas, dan air merupakan contoh zat cair. Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida. Zat gas juga dapat mengalir dari suatu tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari-hari. Setiap hari manusia menghirup udara segar dan meminum air bersih. Setiap hari pesawat udara terbang melewati fluida dan kapal laut mengapung di atasnya. Fluida ini dapat kita bagi menjadi dua bagian yakni :
1. Fluida statis
Fluida Statis adalah fluida yang berada dalam fase tidak bergerak (diam). Contohnya adalah air di bak yang tidak dikenai oleh gaya apapun yang bisa mengakibatkan air tersebut bergerak.
2. Fluida Dinamis
Fluida dinamis adalah fluida yang bergerak. Contohnya adalah air sungai yang mengalir.
2.1.2. Sifat – sifat fluida
Fluida mempunyai beberapa sifat-sifat seperti berikut : 1. Massa Jenis
Setiap benda memiliki kerapatan massa yang berbeda-beda serta merupakan sifat alami dari benda tersebut. Dalam Fisika, ukuran
kepadatan (densitas) benda homogen disebut massa jenis, yaitu massa per satuan volume. Jadi massa jenis adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya. Massa jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total volumenya. Sebuah benda yang memiliki massa jenis lebih tinggi (misalnya besi) akan memiliki volume yang lebih rendah daripada benda bermassa sama yang memiliki massa jenis lebih rendah (misalnya air). Massa jenis berfungsi untuk menentukan zat. Setiap zat memiliki massa jenis yang berbeda. Dan satu zat berapapun massanya berapapun volumenya akan memiliki massa jenis yang sama. Secara matematis, massa jenis dituliskan sebagai berikut
(1) (2) dengan : m = massa (kg atau g), V = volume (m3 atau cm3) ρ = massa jenis (kg/m3 atau g/cm3).
Tabel 2.1 massa jenis zat cair dan gas
Jenis Fluida No Nama Zat Massa Jenis (kg/m3) cair 1 Air 1000 2 Air Laut 1030 3 Darah 1060 4 Bensin 680 5 Air Raksa 13600 gas 6 Udara 1,293 7 Helium 0,1786 8 Hidrogen 0,08994 9 Uap air (100 oC) 0,6 (sumber : https://gurumuda.net)
2. Tegangan Permukaan
Tegangan permukaan (surface tension) adalah besarnya gaya tarik yang bekerja pada permukaan fluida (cair). Definisi lainnya adalah intensitas daya tarik-menarik molekular per satuan panjang pada suatu garis manapun dari permukaan fluida. Dimensi dari tegangan permukaan adalah gaya per panjang. Contoh bagaimana efek dari tegangan permukaan adalah, jika sebuah pisau silet diletakkan secara perlahan diatas air maka pisau silet tersebut tidak akan tenggelam akibat adanya tegangan permukaan air.
3. Viskositas
Viskositas merupakan pengukuran dari ketahanan fluida yang diubah baik dengan tekanan maupun tegangan. Pada masalah sehari-hari (dan hanya untuk fluida), viskositas adalah "Ketebalan" atau "pergesekan internal". Oleh karena itu, air yang "tipis", memiliki viskositas lebih rendah, sedangkan madu yang "tebal", memiliki viskositas yang lebih tinggi. Sederhananya, semakin rendah viskositas suatu fluida, semakin besar juga pergerakan dari fluida tersebut. Viskositas menjelaskan ketahanan internal fluida untuk mengalir dan mungkin dapat dipikirkan sebagai pengukuran dari pergeseran fluida. Seluruh fluida (kecuali superfluida) memiliki ketahanan dari tekanan dan oleh karena itu disebut kental, tetapi fluida yang tidak memiliki ketahanan tekanan dan tegangan disebut fluide ideal.
4. Kompresibilitas
Dalam hal ini, fluida bisa dibagi menjadi compressible fluid dan
incompressible fluid. Secara umum, cairan bersifat incompressible
sedangkan gas bersifat compressible. Kemampuan suatu fluida untuk bisa dikompresi biasanya dinyatakan dalam bulk compressibility
Istilah compressible fluid dan incompressible fluid hendaknya dibedakan dengan istilah compressible flow dan incompressible flow.
Compressible flow adalah aliran dimana densitas fluidanya tidak
berubah di dalam medan aliran (flow field), misalnya aliran air. Sedangkan incompressible flow adalah aliran dimana densitas fluidanya berubah di dalam medan aliran, misalnya aliran udara.
2.1.3. Energi Air
Air sering juga disebut sebagai sumber kehidupan, karena di mana ada air maka disitu pula terdapat kehidupan. Energi air adalah salah satu energi terbarukan yang dapat dimanfaatkan secara luas di Indonesia dalam skala besar sebagi pembangkit listrik. Banyaknya sungai dan danau air tawar yang ada di Indonesia merupakan modal awal untuk pengembangan energi air ini. Namun eksploitasi terhadap sumber energi yang satu ini juga harus memperhatikan ekosistem lingkungan yang sudah ada.
Pemanfaatan energi air pada dasarnya adalah pemanfaatan energi potensial gravitasi. Energi mekanik aliran air yang merupakan transformasi dari energi potensial gravitasi dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin atau kincir. Umumnya turbin digunakan untuk membangkitkan energi listrik sedangkan kincir untuk pemanfaatan energi mekanik secara langsung. Untuk menerapkan energi mekanik aliran air ini terhadap turbin, diperlukan perbedaan ketinggian air yang diciptakan dengan menggunakan bendungan. Akan tetapi dalam menggerakkan kincir, aliran air pada sungai saja sudah dapat dimanfaatkan ketika kecepatan alirannya memadai.
Lokasi yang umumnya jauh dari pemukiman, mengakibatkan pemanfaatan langsung dari energi air ini sangat terbatas. Sektor pertanian merupakan salah satu sektor yang memanfaatkan energi air ini secara langsung. Pemanfaatan energi air yang paling cocok adalah mengubahnya menjadi energi listrik, karena listrik bisa dialirkan ke pemukiman dan tempat-tempat yang membutuhkannya. Besar kecilnya energi air sangat bergantung pada volume air yang bergerak. Semakin besar maka potensi
energinya semakin besar pula. Secara teoritis kita dapat menghitung total energi yang dihasilkan oleh air. Energi air dibagi menjadi tiga, yaitu :
1. Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang didapat dari aliran air. Energi kinetik dapat dirumuskan sebagai berikut :
(3)
Dengan m adalah massa fluida dan U adalah kecepatan aliran fluida. Dari persamaan di atas, semakin besar massa dan kecepatan aliran pada suatu fluida, maka energi kinetik yang dihasilkan juga semakin besar. 2. Energi Potensial
Energi potensial yang terdapat pada air adalah energi yang terjadi karena adanya selisih ketinggian (elevasi), contohnya pada air terjun. Energi potensial dapat dirumuskan sebagai berikut :
(4)
Dengan g adalah percepatan gravitasi dan h adalah ketinggian fluida. Dari persamaan di atas, semakin tinggi suatu fluida, maka energi potensial yang dihasilkan juga akan semakin besar.
3. Energi Mekanik
Energi mekanik adalah energi total yang dapat dihasilkan suatu fluida. Energi mekanik dapat dirumuskan sebagai berikut :
(5)
Jika Energi Kinetik dan Energi Potensial disubstitusikan dan disederhanakan, maka akan menjadi persamaan Bernoulli :
(6)
Dengan dan adalah ketinggian pada titik 1 dan titik 2, dan adalah tekanan pada titik 1 dan titik 2, dan adalah kecepatan
pada titik 1 dan titik 2, adalah berat jenis fluida, dan adalah percepatan gravitasi bumi.
2.1.4. Aliran fluida
Aliran fluida dibagi menjadi tiga yaitu : 1. Aliran laminar
Aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan – lapisan, atau lamina – lamina dengan satu lapisan meluncur secara lancar . Dalam aliran laminar ini viskositas berfungsi untuk meredam kecenderungan terjadinya gerakan relative antara lapisan. Sehingga aliran laminar memenuhi hukum viskositas Newton
2. Aliran turbulen
Aliran dimana pergerakan dari partikel – partikel fluida sangat tidak menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala yang besar. Dalam keadaan aliran turbulen maka turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser yang merata diseluruh fluida sehingga menghasilkan kerugian – kerugian aliran.
3. Aliran transisi
Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen.
Didalam penelitian ini digunakan saluran air buatan yang sudah dirancang sebelumnya untuk mengalirkan fluida ke kincir air Savonius, saluran air yang dirancang diharapkan dapat membuat aliran fluida turbulen menjadi aliran laminer dan aliran fluidanya dapat dilihat secara langsung.
Berdasarkan angka Reynold (Reynold’s Number, Re) aliran fluida dibagi menjadi 3 jenis yaitu ; aliran laminer (Re < 2300) dan aliran turbulen (Re > 4000) dan aliran transisi (2300 < Re < 4000). Dalam penelitian, kecepatan aliran fluida yang masuk dari tangki air ke saluran air dapat menyebabkan aliran turbulen dan kecepatan aliran tidak stabil, oleh karena
itu panjang dari saluran haruslah dihitung untuk meghindari turbulen. Angka Reynold dapat dirumuskan dengan persamaan berikut:
(7)
(8)
Untuk pada saluran tertutup sama sisi akan ditampilkan pada gambar 2.1 berikut :
Gambar 2.1 pada saluran tertutup sama sisi
(9)
Untuk panjang saluran air ( ) dengan aliran turbulen :
(10) (11) Keterangan :
R e = Angka Reynold
U = Kecepatan aliran air (m/s)
= Diameter Hidrolik (m) = Panjang saluran (m)
= Viskositas dinamik (Ns/m2) = Viskositas kinematik (m2/s)
2.1.5. Jenis-jenis Kincir
Kincir adalah sebuah alat untuk mengubah energi dari fluida yang mengalir atau jatuh menjadi sebuah bentuk energi yang berguna, misalnya Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro. Kincir juga memiliki
manfaat lain yaitu membantu penyaluran air dalam irigasi. Kincir sangat baik digunakan karena hanya memanfaatkan energi terbarukan yang ramah lingkungan serta sebagai alternatif penggunaan bahan bakar fosil. Menurut arah putaran porosnya kincir dibagi menjadi dua, yaitu kincir horisontal dan kincir vertikal. Jenis-jenis kincir menurut arah putaran porosnya akan ditampilkan pada Gambar 2.2 berikut :
Gambar 2.2 Jenis-jenis kincir menurut arah putaran porosnya (sumber : https://indone5ia.wordpress.com)
2.1.6. Kincir Tipe Savonius
Kincir ini dikembangkan oleh insinyur asal Finlandia Sigurd Johannes Savonius pada tahun 1922, namun jauh sebelum itu telah ada konsep kincir yang mirip yang dibuat oleh Bishop of Czanad melalui tulisannya pada buku Machinae novae terbitan 1616.
Kincir Savonius merupakan salah satu tipe kincir dengan arah putaran poros vertikal yang mampu mengubah energi fluida menjadi energi mekanis. Kincir ini dapat dimanfaatkan pada kecepatan aliran sungai dan ketinggian yang rendah.
Cara kerja kincir Savonius yaitu bagian cekung atau sudu akan menerima energi kinetik yang dihasilkan oleh fluida, yang berupa air atau udara. Selanjutnya energi yang diterima akan diubah menjadi energi gerak yang akan menggerakkan kincir Savonius dengan arah gerakan berputar. Pada umumnya kincir Savonius dengan dua sudu akan terlihat seperti huruf S jika dilihat dari atas. Tetapi kincir Savonius tidak selalu menggunakan dua sudu sehingga kincir Savonius juga dapat mempunyai variasi pada jumlah sudunya. Contoh kincir tipe Savonius akan ditampilkan pada Gambar 2.3 dan 2.4 berikut :
Gambar 2.3 Kincir tipe Savonius dengan 2 sudu (sumber : http://harian.analisadaily.com)
Gambar 2.4 Kincir tipe Savonius dengan 4 sudu
(sumber : Analisa Pengaruh Kecepatan Angin Dan Lebar Sudu Terhadap Efisiensi Turbin Angin Savonius U)
Skema rotor Savonius tipe U dengan jumlah sudu 2 akan ditampilkan pada Gambar 2.5 berikut :
Gambar 2.5 Skema rotor Savonius tipe U (sumber : Menet, 2004)
Kincir air Savonius memiliki rasio tertentu dalam proses perancangannya agar dapat menghasilkan output yang optimal. Nilai rasio
aspek rasio (α) paling optimum untuk kincir Savonius adalah 4,29 (Ushiyama, Nagai dan Shinoda, 1986). Dari Gambar 2.3 aspek rasio (α) dapat dirumuskan sebagai berikut :
(12)
dengan H adalah tinggi sudu dan D adalah diameter rotor
Nilai optimum 4,29 tersebut tidak digunakan dalam penelitian ini dikarenakan ukuran saluran air yang terbatas.
Jarak dua sudu (e) juga dapat mempengaruhi hasil output optimal pada kincir Savonius. Menurut Savonius koefisien dari rotor Savonius dapat meningkat jika rasio overlap rotor Savonius berkisar pada 0,1 sampai 0,15, sedangkan (Menet, 2004) menyatakan bahwa koefisien optimum dari kincir Savonius adalah dengan rasio overlap berkisar antara 0,2 sampai 0,25. Rasio
overlap ( dapat dirumuskan sebagai berikut :
(13)
Dengan e adalah jarak antara dua ujung sudu dan d adalah diameter sudu
2.1.7. Unjuk Kerja Kincir Savonius
Unjuk kerja dari kincir Savonius dapat ditentukan dengan persamaan-persamaan berikut :
1. Torsi (T)
Torsi adalah hasil kali dari gaya pembebanan (F) dengan panjang lengan torsi dari sumbu poros kincir. Perhitungan torsi dapat dirumuskan sebagai berikut : (14) (15) Keterangan : T = Torsi (Nm) F = Gaya pembebanan (N)
m = Beban (kg)
r = Panjang lengan torsi (m)
2. Tip Speed Ratio (λ)
Tip Speed Ratio λ atau tsr pada kincir air adalah rasio antara kecepatan rotasi pada ujung sudu dan kecepatan aktual dari aliran air yang akan kemudian berpengaruh terhadap kecepatan putar rotor (Hayashi et al., 2005). Tip Speed Ratio λ atau tsr didefinisikan sebagai berikut :
(16) (17) Keterangan :
= Kecepatan sudut (rad/s)
n = Putaran rotor (rpm)
3. Daya kincir (P)
Daya kincir atau daya output pada kincir Savonius dapat dirumuskan sebagai berikut :
(18)
Dengan P adalah Daya kincir (W)
4. Koefisien Daya (Cp)
Koefisien daya merupakan perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir dengan daya yang diterima oleh kincir.. Dengan demikian koefisien daya dapat dirumuskan sebagai berikut :
(19)
Pout adalah daya yang dihasilkan oleh kincir atau daya output dari kincir (dapat dilihat pada persamaan (18)), sedangkan Pin adalah energi kinetik yang dihasilkan oleh fluida tiap waktu, dengan demikian dapat dirumuskan sebagai berikut :
(20)
Energi kinetik (persamaan (3)) dari fluida berhubungan dengan faktor massa jenis dari fluida tersebut. Massa jenis sendiri merupakan pengukuran massa suatu fluida terhadap volume fluida tersebut, yang dapat dilihat pada persamaan (1) dan (2). Oleh karena itu persamaan energi kinetik tersebut dapat ditulis seperti berikut :
(21) Karena V adalah volume yang diperlukan rotor sejauh x, maka dapat dituliskan menjadi persamaan berikut :
(22)
Dari hubungan antara persamaan (21) dan (22), maka dapat dituliskan menjadi :
(23) Kemudian kecepatan adalah jarak yang ditempuh dibagi dengan waktu, maka dapat dituliskan menjadi
(24)
Dengan mensubtitusikan jarak (x) ke dalam persamaan (23), maka koefisien daya dapat di rumuskan sebagai berikut :
(25)
Dengan As adalah Luas sudu, yaitu HD (m2), x adalah jarak tempuh (m), dan
t adalah waktu (s).
5. Koefisien Torsi (Cm)
Koefisien torsi dapat dirumuskan sebagai berikut :
6. Efisiensi Kincir Savonius
Efisiensi suatu kincir dapat dirumuskan sebagai berikut :
(27) Efisiensi suatu kincir berhubungan erat dengan grafik hubungan antara tsr dan Cp. Pada tahun 1919 seorang fisikawan Jerman, Albert Betz,
menyimpulkan bahwa tidak pernah ada turbin yang dapat mengkonversikan energi kinetik fluida ke dalam bentuk energi yang menggerakkan rotor (kinetik) lebih dari 16/27 (59,3%). Dan hingga saat ini hal tersebut dikenal dengan Betz Limit atau Hukum Betz. Diagram Betz Limit dapat dilihat pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Diagram Betz Limit (sumber : http://perso.bertrand-blanc.com)
Begitupun juga dengan kincir Savonius, berdasarkan diagram Betz limit pada Gambar 2.6, efisiensi tertinggi yang mampu dicapai oleh kincir Savonius adalah sekitar 18%, pada saat tsr nya bernilai 0,8; artinya kincir Savonius hanya dapat memanfaatkan 18% energi fluida dari total 100% energi fluida yang diberikan pada saat tsr nya bernilai 0,8. Jika tsr kincir savonius bernilai lebih dari 0,8 atau kurang dari 0,8; maka efisiensi dari
kincir Savonius tersebut akan mengalami penurunan. Untuk menghitung efisiensi dari kincir Savonius dapat dilihat pada persamaan (20).
2.2. Tinjauan Pustaka
Pada tahun 2012, N.H. Mahmoud, dkk melakukan penelitian berjudul “An experimental study on improvement of Savonius rotor performance”. Penelitian ini bertujuan untuk menemukan unjuk kerja terbaik dari suatu kincir Savonius. Penelitian ini menggunakan diameter rotor, aspek rasio (α) dan juga rasio overlap (β) yang berbeda-beda. Diameter rotor yang digunakan adalah 0,3; 0,2; 0,1; dan 0,08 m, aspek rasio (α) yang digunakan adalah 0,5; 1; dan 5, sedangkan rasio overlap (β) yang digunakan adalah 0; 0,25; 0,3; dan 0,35. Penelitian ini juga mempunyai variasi jumlah sudu yang berbeda yaitu 2, 3, dan 4 sudu, kemudian dilakukan juga penelitian kincir Savonius dengan
single stage dan double stage. Dari hasil penelitian didapatkan bahwa kincir
Savonius 2 sudu mempunyai efisiensi yang paling baik (N.H. Mahmoud, dkk. 2012).
Imron Hamzah, dkk. 2016, “Studi Pengaruh Jumlah Sudu Terhadap Unjuk Kerja Savonius Water Turbine Pada Aliran Air Dalam Pipa”. Penelitian tentang unjuk kerja kincir air tipe Savonius terhadap variasi jumlah sudunya, yaitu 2, 4, 6, 8, 10, dan 12 sudu. Kincir mempunyai aspek rasio D/h = 1. Dilakukan Simulasi Computational Fluid Design (CFD) menggunakan simulasi internal flow untuk mengetahui fenomena yang terjadi pada sistem. Kondisi lingkungan yang digunakan dalam simulasi CFD adalah debit air
(inlet volume flow) yang masuk kedalam pipa, yaitu sebesar 0,0165 m/s3 dan
tekanan statis (static pressure) 1 atm. Dari penelitian didapatkan bahwa kincir Savonius dengan 2 sudu merupakan kincir yang mempunyai unjuk kerja paling baik, dengan nilai torsi rata-rata 3.163 Nm. (Imron Hamzah, dkk. 2016). Hasil penelitian dari referensi akan dibandingan dengan data yang didapatkan oleh peneliti pada Bab IV.
22
BAB III
METODE PENELITIAN
Sesuai dengan tujuan penelitian pada Bab I, penelitian ini bertujuan untuk mengetahui berapakah jumlah sudu yang paling baik untuk kincir air poros vertikal tipe Savonius. Penelitian dilakukan menggunakan 3 variasi jumlah sudu, yaitu 2 sudu, 3 sudu, dan 4 sudu dengan jarak antar sudu (e) yang sama yaitu 0,00811 m. Penelitian ini hanya berfokus pada variasi jumlah sudu sehingga tidak meneliti pengarah aliran (deflector).
Data beban yang didapat akan dipakai untuk menghitung nilai Torsi (T) maksimal yang dapat dihasilkan oleh kincir, kemudian nilai Daya (P), Koefesien Daya (Cp), Koefesien Torsi (Cm), dan Tips Speed Ratio (tsr). Karakteristik kincir
air yang diteliti kemudian akan dibandingkan dengan jurnal yang sudah ada, yaitu hasil penelitian yang sudah dipilih dan ditulis pada tinjauan pustaka. Set up alat yang digunakan dalam penelitian ini akan ditampilkan dalam Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Bagian utama set up spesimen penelitian 2
1 3
4
Keterangan : 1. Tangki air 2. Penutup pintu air 3. Saluran air 4. Tempat rem torsi 5. Kincir Savonius
Penelitian ini dilakukan di sungai dengan arus yang tidak terlalu tinggi, sungai tersebut juga digunakan sebagai sumber aliran fluidanya. Desain alat penelitian pada Gambar 3.1 sudah dirancang sedemikian rupa agar mempermudah dalam melakukan penelitian, mulai dari kincir Savonius, rem torsi, tangki air maupun saluran air.
3.1. Langkah Dan Alur Penelitian 3.1.1. Langkah Penelitian
Langkah-langkah penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Melakukan set up alat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.1 dan 3.2
2. Mengarahkan air sungai menuju tangki air menggunakan corong buatan 3. Tangki air yang mulai terisi akan mengalirkan aliran air menuju saluran
sehingga dapat digunakan untuk menggerakkan kincir
4. Setelah tangki air dan saluran sudah penuh dengan air, aliran air akan mulai stabil. Saat aliran air sudah stabil maka ketinggian pintu pembuangan air pada tangki air akan disesuaikan sehingga debit yang masuk menuju saluran air bisa sesuai dengan yang diinginkan
5. Saat aliran air sudah stabil dan sesuai dengan kecepatan yang diinginkan maka pengambilan data dimulai
6. Melakukan pengukuran kecepatan terhadap aliran air yang sudah stabil 7. Beban ditambah sedikit demi sedikit hingga kincir Savonius berhenti
berotasi
8. Melakukan pengambilan data kecepatan putar poros Savonius setiap beban ditambah
9. Melakukan pengambilan data dengan variasi jumlah sudu dan kecepatan aliran yang berbeda
10. Setelah pengambilan data selesai dan parameter parameter yang dibutuhkan sudah didapat maka alat dan spesimen dilepas.
11. Data parameter - parameter yang didapat dari penelitian kemudian diolah untuk memperoleh nilai koefisien torsi (Cm), koefisien daya (Cp),
dan Tip Speed Ratio / tsr (λ) dalam bentuk Grafik dan Tabel.
Parameter parameter yang diambil selama proses penelitian adalah : 1. Kecepatan Aliran (U).
2. Beban yang diberikan (m).
3. Kecepatan putar poros yang dihasilkan tiap menit (n).
Variasi yang diberikan dalam penelitian ini adalah : 1. Jumlah sudu, yaitu 2 sudu, 3 sudu, dan 4 sudu 2. Kecepatan aliran, yaitu 0,8 m/s, 0,9 m/s, dan 1 m/s
Dari data yang sudah didapat kemudian diolah menggunakan persamaan yang sudah tersedia pada Bab 2 sehingga akan didapatkan :
1. Koefesien Torsi (Cm)
2. Koefesien Daya (Cp)
3. Tips Speed Ratio (λ) 4. Torsi (T)
5. Daya kincir (P)
Hasil dari pengolahan data tersebut akan disajikan dalam bentuk Tabel dan Grafik pada bab berikutnya.
3.1.2. Alur Penelitian
Alur penelitian dari awal pelaksanaan sampai selesai akan ditamplikan melalui diagram alir pada Gambar 3.2 berikut :
Gambar 3.2 Diagram alir penelitian Selesai
Uji Coba
Perancangan kincir Savonius, bak air, saluran air, dan rem torsi
Pembuatan kincir air dan saluran air
Pengambilan data pada setiap variasi jumlah sudu dan kecepatan aliran
Pengolahan data
Analisa serta pembahasan data dan pembuatan laporan Mulai
3.2. Spesifikasi Alat 3.2.1. Kincir Savonius
Kincir air jenis Savonius ini akan digunakan untuk menangkap energi dari aliran air yang bergerak, kemudian energi air tersebut akan diubah menjadi gerakan berputar pada poros kincir Savonius. Spesifikasi kincir Savonius yang digunakan pada penelitian mengacu pada Gambar 2.3 dan akan ditampilkan pada Tabel 3.1 berikut :
Tabel 3.1 Spesifikasi rotor yang digunakan Diameter Ketinggian Rotor H (m) Jarak Celah Aspect Ratio (α) Overlap Ratio ( Plat (Df) m Rotor (D) m Sudu (d) m (e) m (e’) m 0,11 0,10 0,054 0,10 0,00811 0 1 0,15
Kemudian desain kincir Savonius yang digunakan pada penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.3 berikut :
Gambar 3.3 Desain kincir Savonius yang digunakan Akrilik
PVC
3.2.2. Saluran Air
Saluran air dirancang sebagai tempat mengalirnya fluida. Saluran ini dibuat tertutup agar dapat mengubah aliran air yang turbulen menjadi laminer. Panjang total saluran air buatan ini adalah 8 meter, tetapi saluran dibagi menjadi 4 bagian per 2 meter untuk memudahkan saat melakukan pemindahan alat. Saluran air tersebut terbuat dari bahan akrilik dengan tebal 5 mm. Bahan akrilik dipilih untuk memudahkan dalam melakukan penelitian karena warnanya yang transparan, sehingga saat melakukan uji coba, kita bisa melihat gerakan fluida secara langsung.
Gambar 3.4 Desain saluran air sepanjang 2 meter.
Dalam penelitain ini kecepatan maksimal aliran fluida yang digunakan adalah 1 m/s dari tangki air dan masuk ke saluran air yang menyebabkan aliran turbulen, sehingga kecepatan aliran tidak stabil, maka dibutuhkan panjang tertentu dari saluran agar aliran menjadi laminer.
Melalui persamaan (7) sampai (11) maka diperoleh angka Reynold sebesar 449438 dengan sebesar 1000 kg/m3, U sebesar 2 m/s,
sebesar 0,2 m , sebesar 0,00089 Ns/m2. Dengan angka Reynold sebesar 449438
maka panjang saluran air yang dibutuhkan agar aliran menjadi laminer ( ) adalah 5,03 meter. Perhitungan saluran air di atas menggunakan kecepatan 2 m/s dikarenakan rencana awal penelitian yang ingin menggunakan variasi kecepatan maksimal sampai dengan 2 m/s. Sehingga panjang total saluran air yang dirancang adalah 8 m, hal ini menyebabkan penempatan jarak kincir Savonius terhadap aliran transisi dari turbulen menuju laminer bisa menjadi lebih jauh. Sedangkan jika hanya menggunakan kecepatan aliran fluida 1 m/s, maka saluran air yang dibutuhkan agar air menjadi laminer adalah 3,91 m.
3.2.3. Tangki Air
Tangki air terbuat dari bahan dasar triplek dengan tebal ±12 mm. Bagian dalam tangki dilapisi dengan resin untuk menampung air. Lapisan resin tersebut berfungsi sebagai pelindung agar air tidak merembes melalui triplek. Desain tangki air akan ditampilkan pada Gambar 3.5 berikut :
Gambar 3.5 Desain tangki air
Jika tangki dan saluran air sudah dirangkai, maka aliran air dari sungai dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan kincir Savonius. Aliran air dari sungai akan digunakan sebagai sumber aliran yang akan masuk ke dalam tangki air, kemudian dari tangki air, aliran air akan menuju ke saluran air dan akan
menabrak dan menggerakan kincir, setelah itu aliran air akan keluar kembali menuju sungai. Skema aliran air akan ditampilkan pada Gambar 3.6 berikut :
Gambar 3.6 Skema proses aliran air Keterangan :
Q = Debit masukan dari aliran air sungai
Qin = Debit masukan pada saluran air
Qout 1 = Debit berlebih yang keluar
Qout 2 = Debit keluaran dari saluran air
a = Aliran air sungai
b = Tangki air pengatur kecepatan aliran
c = sungai
Dari Gambar 3.6, a adalah sumber aliran air yang berasal dari sungai, kemudian b adalah tangki air untuk mengatur kecepatan aliran, dan c adalah sungai, sedangkan Q adalah debit masukan yang berasal dari aliran air sungai,
Qin adalah debit yang masuk menuju saluran air, Qout 1 adalah debit berlebih
yang dibuang untuk menjaga debit yang masuk menuju saluran air agar tetap stabil, dan Qout 2 adalah debit keluaran dari saluran air menuju sungai.
Mula-mula air dari sungai (a) akan mengisi tangki air (b) hingga penuh, ketinggian air di dalam tangki air akan diatur sehingga didapatkan variasi kecepatan aliran yang diinginkan yaitu 0,8 m/s, 0,9 m/s, dan 1 m/s. Untuk menurunkan kecepatan aliran air, jika volume air didalam tangki sudah berlebih maka air berlebih tersebut akan dibuang melalui pintu air (Qout 1)
a 6 cm Kincir Q 6 cm Qout 1 6 cm Qin 6 cm U 6 cm Qout 2 6 cm b 6 cm c 6 cm
dan kembali ke sungai (c). sedangkan jika ingin menaikkan kecepatan aliran airnya, maka pintu air akan ditutup sebagian sehingga volume pada tangki air akan meningkat, dan kecepatan aliran airpun juga akan meningkat. Untuk mendapatkan kecepatan aliran air yang stabil, maka air yang keluar pada Qout
1 juga harus dijaga agar tetap stabil. Pada akhirnya debit yang masuk ke
dalam saluran air akan menabrak dan menggerakan kincir, setelah itu aliran air akan keluar (Qout 2) menuju ke sungai (c).
3.2.4. Rem Torsi
Rem ini terbuat dari piringan cakram seperti pada kendaraan bermotor. Rem beban ini berfungsi untuk menghitung nilai torsi yang dapat dihasilkan oleh kincir, dengan cara mengukur beban yang dapat diterima oleh kincir melalui timbangan digital. Timbangan yang digunakan mempunyai batas bawah beban, yaitu sebesar 30 gram, artinya jika beban yang diberikan kurang dari 30 gram maka timbangan digital tidak dapat menampilkan angka beban tersebut, sehingga penelitian ini menggunakan beban minimum sebesar 30 gram. Skema rem torsi akan ditampilkan pada Gambar 3.7 berikut :
Keterangan : 1. Poros 2. Piring rem 3. Kampas rem
4. Pegas pengatur rem
5. Tali penghubung dengan timbangan 6. Timbangan
7. Lengan rem
8. Tempat mengukur kecepatan putar
9. Tempat menyambung dengan poros Rotor
Cara kerja alat :
1. Poros rem diletakkan sejajar di atas poros kincir air dan akan dihubungkan menggunakan selang.
2. Ketika kincir air berputar maka poros rem juga berputar sehingga piringan pada rem juga akan berputar. Kemudian kampas rem dikencangkan hingga menjepit piringan rem dan memberikan beban pada kincir.
3. Pengencangan pada kampas rem dapat disesuaikan hingga mendapatkan beban yang diinginkan.
4. Kampas yang menjepit piringan rem akan menyebabkan lengan rem sedikit berputar searah jarum jam, sedangkan piringan rem sendiri berputar berlawanan dengan arah jarum jam seperti putaran kincir. 5. Lengan rem akan menarik tali yang sudah dihubungkan kepada
timbangan sehingga dapat diketahui berapa beban yang diterima oleh kincir. Beban dapat dilihat pada timbangan digital.
3.3. Alat Pendukung Penelitian
Untuk mendukung berjalannya penelitian ini, diperlukan beberapa alat-alat tambahan yang akan ditampilkan pada Tabel 3.2 berikut :
Tabel 3.2 Alat bantu yang digunakan dalam penelitian. No Nama Alat Tujuan Penggunaan
1 Anemometer/Flowmeter Mengukur kecepatan aliran air 2 Tachometer Mengukur revolusi per minute (rpm) 3 Waterpass Mengetahui kemiringan pemasangan
saluran air
4 Meteran Mengukur spesimen
5 Timbangan digital Untuk mengetahui beban yang dihasilkan rem
6 Mesin gerinda Memotong spesimen
7 Mesin bor Untuk mengebor saluran buatan 8 Alat potong Memotong spesimen
9 Alat tulis Mencatat data hasil dari uji coba 10 Lem Merekatkan beberapa bagian
spesimen
11 Mesin las Membuat rangka besi penyangga saluran buatan
33
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Hasil PenelitianPada penelitian yang dilakukan terdapat beberapa komponen yang membuat daya yang dihasilkan menjadi kurang maksimum. Hal ini disebabkan oleh berat dari rem torsi dan poros yang digunakan. Tetapi dalam perhitungan teoritis beban rem torsi dan poros akan diabaikan.
data-data hasil penelitian untuk variasi kecepatan 0,8 m/s, 0,9 m/s, dan 1 m/s akan ditampilkan pada Tabel 4.1, 4.2, dan 4.3 berikut :
Tabel 4.1 Data pengujian kincir air Savonius 2 sudu
No Jumlah Sudu : 2 U = 0.8 m/s U = 0.9 m/s U = 1 m/s Beban (Kg) n (rpm) Beban (Kg) n (rpm) Beban (Kg) n (rpm) 1 0,000 245 0,000 287 0,000 300 2 0,030 221 0,030 257 0,030 284 3 0,040 197 0,040 232 0,040 264 4 0,050 176 0,050 211 0,050 241 5 0,060 154 0,060 192 0,060 223 6 0,070 105 0,070 175 0,070 198 7 0,080 61 0,080 150 0,080 184 8 0,090 0 0,095 137 0,090 171 9 0,100 110 0,100 158 10 0,110 91 0,110 139 11 0,120 44 0,120 124 12 0,130 0 0,130 101 13 0,140 62 14 0,150 0
Tabel 4.2 Data pengujian kincir air Savonius 3 sudu No Jumlah Sudu : 3 U = 0.8 m/s U = 0.9 m/s U = 1 m/s Beban (Kg) n (rpm) Beban (Kg) n (rpm) Beban (Kg) n (rpm) 1 0,000 180 0,000 208 0,000 236 2 0,030 147 0,030 168 0,030 214 3 0,040 129 0,040 146 0,040 191 4 0,050 115 0,050 122 0,050 174 5 0,060 78 0,060 103 0,060 150 6 0,070 41 0,070 87 0,070 131 7 0,080 0 0,080 43 0,080 112 8 0,090 0 0,090 90 9 0,100 43 10 0,110 0
Tabel 4.3 Data pengujian kincir air Savonius 4 sudu
No Jumlah Sudu : 4 U = 0.8 m/s U = 0.9 m/s U = 1 m/s Beban (Kg) n (rpm) Beban (Kg) n (rpm) Beban (Kg) n (rpm) 1 0,000 161 0,000 193 0,000 215 2 0,030 128 0,030 156 0,030 170 3 0,040 100 0,040 125 0,040 152 4 0,050 58 0,050 100 0,050 130 5 0,060 0 0,060 85 0,060 110 6 0,070 51 0,070 103 7 0,080 0 0,080 45 8 0,090 0
4.2. Pengolahan Data dan Perhitungan
Contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1 kecepatan 0,8 m/s, data no. 2 1. Perhitungan Torsi (T)
Besar torsi yang dihasilkan oleh kincir air pada pada aliran air yang mengalir dapat dicari dengan mengetahui beban terukur pada timbangan dan panjang lengan torsi menggunakan persamaan (14) dan (15) :
(
Sehingga torsi yang didapat adalah 0,029 Nm 2. Perhitungan Kecepatan sudut ( )
Diketahui kecepatan putaran poros sebesar 221 rpm maka kecepatan sudut dapat ditentukan dengan persamaan (17) :
rad/s
Maka kecepatan sudut yang didapat adalah 23,143 rad/s 3. Perhitungan Tip Speed Ratio (tsr) ( )
Diketahui kecepatan aliran sebesar 0,8 m/s, kecepatan sudut rad/s dan diameter kincir 0,1 m maka tsr dapat dicari menggunakan persamaan (16) :
Maka Tip Speed Ratio yang didapat adalah 1,446 4. Perhitungan Daya (P)
Diketahui nilai torsi sebesar 0,029 Nm dan kecepatan sudut 23,143 rad/s maka daya yang dihasilkan dari kincir bisa dicari menggunakan persamaan (18) :
5. Perhitungan Koefisien Torsi (Cm)
Diketahui nilai torsi sebesar 0,029 Nm, massa jenis fluida 1000 kg/m3, tinggi 0,1 m, lebar diameter kincir 0,1 m dan kecepatan aliran 0,8 m/s maka koefisien torsi dapat dicari menggunakan persamaan (26) :
0,184
Maka koefisien torsi yang didapat adalah 0,184
6. Perhitungan Koefisien Daya (Cp)
Diketahui daya yang dihasilkan kincir sebesar 0,681 watt, massa jenis fluida 1000 kg/m3, tinggi kincir 0,1 m, lebar diameter kincir 0,1 m dan kecepatan aliran 0,8 m/s maka koefisien daya dapat dicari dengan persamaan (25) : ,266
Maka koefisien daya yang didapat adalah 0,266 (26,6%)
Penelitian ini menggunakan saluran air tertutup, dan berdasarkan prinsip Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi dititik lain pada jalur aliran yang sama. Oleh karena itu energi yang diterima oleh kincir Savonius pada penelitian ini juga berasal dari energi potensial yang dihasilkan dari tangki air, hal ini terjadi karena adanya perbedaan ketinggian antara tangki air dengan saluran buatan. Tetapi pada penelitian ini ketinggian air pada tangki tidak diukur karena tangki air yang
digunakan hanya berukuran kecil, sehingga tidak memberikan dampak yang terlalu besar. Sehingga pada penelitian ini energi potensial yang berasal dari tangki air diabaikan. Tetapi jika tangki air yang digunakan berukuran besar, maka energi potensial akan ditambahkan ke dalam perhitungan Pin atau daya yang diterima oleh kincir Savonius tersebut. Berdasarkan persamaan yang ada pada Bab 2, maka dapat dituliskan sebagai berikut :
Jika disederhanakan persamaan tersebut dapat dituliskan menjadi : (
4.3. Tabel Hasil Pengolahan Data dan Perhitungan
Data-data hasil pengolahan data dan perhitungan untuk variasi jumlah sudu 2 pada kecepatan 0,8 m/s; 0,9 m/s; dan 1m/s ditampilkan pada Tabel 4.4, Tabel 4.5, dan Tabel 4.6 berikut :
Tabel 4.4 Hasil Pengolahan Data kincir 2 sudu dengan kecepatan 0,8 m/s No ω (rad/s) TRS / λ T (Nm) Pout (watt) Cm Cp 1 25,656 1,604 0,000 0,000 0,000 0,000 2 23,143 1,446 0,029 0,681 0,184 0,266 3 20,630 1,289 0,039 0,810 0,245 0,316 4 18,431 1,152 0,049 0,904 0,307 0,353 5 16,127 1,008 0,059 0,949 0,368 0,371 6 10,996 0,687 0,069 0,755 0,429 0,295 7 6,388 0,399 0,078 0,501 0,491 0,196 8 0,000 0,000 0,088 0,000 0,552 0,000
Tabel 4.5 Hasil Pengolahan Data kincir 2 sudu dengan kecepatan 0,9 m/s No ω (rad/s) TRS / λ T (Nm) Pout (watt) Cm Cp 1 30,055 1,670 0,000 0,000 0,000 0,000 2 26,913 1,495 0,029 0,792 0,145 0,217 3 24,295 1,350 0,039 0,953 0,194 0,262 4 22,096 1,228 0,049 1,084 0,242 0,297 5 20,106 1,117 0,059 1,183 0,291 0,325 6 18,326 1,018 0,069 1,258 0,339 0,345 7 15,708 0,873 0,078 1,233 0,388 0,338 8 14,347 0,797 0,093 1,337 0,460 0,367 9 11,519 0,640 0,098 1,130 0,484 0,310 10 9,529 0,529 0,108 1,028 0,533 0,282 11 4,608 0,256 0,118 0,542 0,581 0,149 12 0,000 0,000 0,128 0,000 0,630 0,000
Tabel 4.6 Hasil Pengolahan Data kincir 2 sudu dengan kecepatan 1 m/s No ω (rad/s) TRS / λ T (Nm) P (watt) Cm Cp 1 31,416 1,745 0,000 0,000 0,000 0,000 2 29,740 1,652 0,029 0,875 0,145 0,240 3 27,646 1,536 0,039 1,085 0,194 0,298 4 25,237 1,402 0,049 1,238 0,242 0,340 5 23,353 1,297 0,059 1,375 0,291 0,377 6 20,735 1,152 0,069 1,424 0,339 0,391 7 19,268 1,070 0,078 1,512 0,388 0,415 8 17,907 0,995 0,088 1,581 0,436 0,434 9 16,546 0,919 0,098 1,623 0,484 0,445 10 14,556 0,809 0,108 1,571 0,533 0,431 11 12,985 0,721 0,118 1,529 0,581 0,419 12 10,577 0,588 0,128 1,349 0,630 0,370 13 6,493 0,361 0,137 0,892 0,678 0,245 14 0,000 0,000 0,147 0,000 0,727 0,000
Data-data hasil pengolahan data dan perhitungan untuk variasi jumlah sudu 3 dan kecepatan 0,8 m/s; 0,9 m/s; dan 1m/s ditampilkan pada Tabel 4.7, Tabel 4.8, dan Tabel 4.9 berikut :
Tabel 4.7 Hasil Pengolahan Data kincir 3 sudu dengan kecepatan 0,8 m/s. No ω (rad/s) TRS / λ T (Nm) P (watt) Cm Cp 1 18,850 1,178 0,000 0,000 0,000 0,000 2 15,394 0,962 0,029 0,453 0,184 0,177 3 13,509 0,844 0,039 0,530 0,245 0,207 4 12,043 0,753 0,049 0,591 0,307 0,231 5 8,168 0,511 0,059 0,481 0,368 0,188 6 4,294 0,268 0,069 0,295 0,429 0,115 7 0,000 0,000 0,078 0,000 0,491 0,000
Tabel 4.8 Hasil Pengolahan Data kincir 3 sudu dengan kecepatan 0,9 m/s. No ω (rad/s) TRS / λ T (Nm) P (watt) Cm Cp 1 21,782 1,210 0,000 0,000 0,000 0,000 2 17,593 1,100 0,029 0,518 0,145 0,142 3 15,289 0,956 0,039 0,600 0,194 0,165 4 12,776 0,798 0,049 0,627 0,242 0,172 5 10,786 0,674 0,059 0,635 0,291 0,174 6 9,111 0,569 0,069 0,626 0,339 0,172 7 4,503 0,281 0,078 0,353 0,388 0,097 8 0,000 0,000 0,088 0,000 0,436 0,000 Tabel 4.9 Hasil Pengolahan Data kincir 3 sudu dengan kecepatan 1 m/s.
No ω (rad/s) TRS / λ T (Nm) P (watt) Cm Cp 1 24,714 1,236 0,000 0,000 0,000 0,000 2 22,410 1,121 0,029 0,660 0,118 0,132 3 20,001 1,000 0,039 0,785 0,157 0,157 4 18,221 0,911 0,049 0,894 0,196 0,179 5 15,708 0,785 0,059 0,925 0,235 0,185 6 13,718 0,686 0,069 0,942 0,275 0,188 7 11,729 0,586 0,078 0,920 0,314 0,184 8 9,425 0,471 0,088 0,832 0,353 0,166 9 4,503 0,225 0,098 0,442 0,392 0,088 10 0,000 0,000 0,108 0,000 0,432 0,000
Data-data hasil pengolahan data dan perhitungan untuk variasi jumlah sudu 4 dan kecepatan 0,8 m/s; 0,9 m/s; dan 1m/s ditampilkan pada Tabel 4.10, Tabel 4.11, dan Tabel 4.12 berikut :
Tabel 4.10 Hasil Pengolahan Data kincir 4 sudu dengan kecepatan 0,8 m/s. No ω (rad/s) TRS / λ T (Nm) P (watt) Cm Cp 1 16,860 1,054 0,000 0,000 0,000 0,000 2 13,404 0,838 0,029 0,394 0,184 0,154 3 10,472 0,654 0,039 0,411 0,245 0,161 4 6,074 0,380 0,049 0,298 0,307 0,116 5 0,000 0,000 0,059 0,000 0,368 0,000
Tabel 4.11 Hasil Pengolahan Data kincir 4 sudu dengan kecepatan 0,9 m/s. No ω (rad/s) TRS / λ T (Nm) P (watt) Cm Cp 1 20,211 1,123 0,000 0,000 0,000 0,000 2 16,336 0,908 0,029 0,481 0,145 0,132 3 13,090 0,727 0,039 0,514 0,194 0,141 4 10,472 0,582 0,049 0,514 0,242 0,141 5 8,901 0,495 0,059 0,524 0,291 0,144 6 5,341 0,297 0,069 0,367 0,339 0,101 7 0,000 0,000 0,078 0,000 0,388 0,000 Tabel 4.12 Hasil Pengolahan Data kincir 4 sudu dengan kecepatan 1 m/s.
No ω (rad/s) TRS / λ T (Nm) P (watt) Cm Cp 1 22,515 1,126 0,000 0,000 0,000 0,000 2 17,802 0,890 0,029 0,524 0,118 0,105 3 15,917 0,796 0,039 0,625 0,157 0,125 4 13,614 0,681 0,049 0,668 0,196 0,134 5 11,519 0,576 0,059 0,678 0,235 0,136 6 10,786 0,539 0,069 0,741 0,275 0,148 7 4,712 0,236 0,078 0,370 0,314 0,074 8 0,000 0,000 0,088 0,000 0,353 0,000
4.4. Grafik Hasil Perhitungan
Dari hasil pengolahan data, data kembali diolah ke dalam bentuk grafik untuk mengetahui hubungan antara kecepatan putar dengan Torsi, Tip Speed Ratio (tsr) dengan Koefisien daya kincir (Cp), Tip Speed Ratio (tsr) dengan
Koefisien Torsi kincir (Cm). Berikut ini akan ditampilkan tiga jenis grafik
berdasarkan hasil pengolahan data :
1. Grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putar kincir
Grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putar kincir akan ditampilkan pada Gambar 4.1 sampai 4.3 berikut :
Gambar 4.1 Grafik hubungan antara torsi dan kecepatan putar pada kecepatan 0,8 m/s 0 50 100 150 200 250 300 350 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 Kec ep atan P u tar ( rp m Torsi (Nm)
Sudu 2 Sudu 3 Sudu 4
Gambar 4.2 Grafik hubungan antara torsi dan kecepatan putar pada kecepatan 0,9 m/s
Gambar 4.3 Grafik hubungan antara torsi dan kecepatan putar pada kecepatan 1 m/s 0 50 100 150 200 250 300 350 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 Kec ep atan P u tar ( rp m ) Torsi (Nm)
Sudu 2 Sudu 3 Sudu 4
Linear (Sudu 2) Linear (Sudu 3) Linear (Sudu 4)
0 50 100 150 200 250 300 350 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 Kec ep atan P u tar ( rp m ) Torsi (Nm)
Sudu 2 Sudu 3 Sudu 4
Pada semua variasi kecepatan nilai torsi tertinggi dihasilkan oleh kincir dengan jumlah sudu 2. Berikut ini adalah nilai torsi tertinggi (kecuali 0 rpm) pada semua variasi kecepatan, pada kecepatan 0,8 m/s saat kincir berputar 61 rpm didapatkan nilai torsi sebesar 0,078 Nm, pada kecepatan 0,9 m/s saat kincir berputar 44 rpm didapatkan nilai torsi sebesar 0,118 Nm, sedangkan pada kecepatan 1 m/s saat kincir berputar 62 rpm didapatkan nilai torsi sebesar 0,137 Nm.
2. Grafik hubungan antara Tip Speed Ratio dengan koefisien daya kincir Berdasarkan hasil pengolahan data yang ditampilkan pada Tabel 4.4 sampai 4.12, maka dapat dapat dibuat grafik hubungan Tip Speed Ratio dengan koefisien daya yang dihasilkan. Grafik hubungan antara Tip Speed
Ratio dengan koefisien daya akan ditampilkan pada Gambar 4.4 sampai
4.6 berikut :
Gambar 4.4 Grafik hubungan antara tsr dan Cp pada kecepatan 0,8 m/s 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Koe fisien Da y a (C p ) tsr
Sudu 2 Sudu 3 Sudu 4
Gambar 4.5 Grafik hubungan antara tsr dan Cp pada kecepatan 0,9 m/s
Gambar 4.6 Grafik hubungan antara tsr dan Cp pada kecepatan 1 m/s 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Koe fisien Da y a (C p ) tsr
Sudu 2 Sudu 3 Sudu 4
Poly. (Sudu 2) Poly. (Sudu 3) Poly. (Sudu 4)
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Koe fisien Da y a (C p ) tsr
Sudu 2 Sudu 3 Sudu 4
