KINCIR ANGIN TIPE SAVONIUS DENGAN EMPAT SUDU DATAR TUGAS AKHIR - Kincir angin tipe savonius dengan empat sudu datar - USD Repository

(1)

KINCIR ANGIN TIPE SAVONIUS

DENGAN EMPAT SUDU DATAR

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

Disusun oleh:

NANANG SETYADHI

NIM : 045214089

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(2)

THE SAVONIUS TYPE WINDMILL

WITH FOUR FLAT BLADES

FINAL PROJECT

Presented as partial Fulfillment on the Requirements To obtain the Sarjana Teknik Degree

In Mechanical Engineering

By:

NANANG SETYADHI

NIM : 045214089

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTEMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur ke hadirat Tuhan Yesus Kristus atas setiap waktu yang telah diberikan serta semangat, harapan baru yang berlimpah dan tiada henti di dalam penulisan tugas akhir ini hingga selesai.

Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi bagi mahasiswa Teknik Mesin sebelum dinyatakan lulus sebagai Sarjana Teknik. Dalam pelaksanaan dan penulisan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, baik berupa materi, bimbingan, kerja sama serta dukungan moril. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada :

1. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Ir. Rines A, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, dorongan serta meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

3. Ir. YB. Lukiyanto, M.T., selaku dosen pembimbing akademik dan pendidik tugas akhir.

4. Seluruh dosen, staf dan karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas kuliah, bimbingan , serta fasilitas yang diberikan selama masa kuliah.

(8)

6. Segenap teman-teman Teknik Mesin terutama angkatan 2004 dan yang masih tersisa, banyak pembelajaran yang penulis dapatkan bersama kalian.

7. Saudara-saudara penulis dan teman-teman penulis yang tidak dapat disebutkan oleh penulis satu per satu.

(9)

INTISARI

Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan efisiensi, torsi dan besarnya tsr terhadap kecepatan angin untuk model kincir tipe Savonius dengan empat sudu datar yang dapat membuka dan menutup secara otomatis.

Model kincir dibuat dengan ukuran tinggi 60 cm dan diameter lingkar luar sudu 50 cm. Agar menghasilkan listrik, alat ini dihubungkan dengan generator. Dari kincir ini kita bisa menghitung daya, arus, efisiensi, torsi dan tsr. Alat ini diberi beban lampu sebagai pembebanannya yang mempunyai tegangan 1,5 volt. Pada keadaan pembeban dilakukan pengukuran putaran poros kincir dengan menggunakan tachometer dan arus listrik yang dihasilkan diukur dengan menggunakan multimeter dan voltmeter.

(10)

DAFTAR ISI

Hal.

HALAMAN JUDUL ...…………..………... i

HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING .………... iii

HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI DAN DEKAN ………... iv

HALAMAN PERNYATAAN .………... HALAMAN PUBLIKASI... v vi KATA PENGANTAR ………...……….. vii

INTISARI ……… ix

DAFTAR ISI ………... xi

DAFTAR TABEL………. xiii

DAFTAR GAMBAR……… xiv

BAB I PENDAHULUAN ………... 1

1.1. Latar Belakang Masalah ………...………... 1

1.2. Perumusan Masalah...………...….………... 3

1.3. 1.4. 1.5. Batasan Masalah....…………....………...………... Tujuan Penelitian... Manfaat Penelitian... 3 4 4 BAB II DASAR TEORI………...…….………... 5

2.1. Tipe Kincir atau Turbin Angin………..………. 5

(11)

2.1.2.Kekurangan Turbin Angin Sumbu Vertikal... ₇

2.2. Gerak Turbin... 7

2.3. Perhitungan Pada Turbin... 8

2.3.1. Perolehan Daya Menurut Teori... 9

2.2.2. Perhitungan Koefisien Daya... 10

2.2.3. Perhitungan Daya yang Dihasilkan oleh Kincir... 10

2.2.4. Perhitungan Efisiensi Menyeluruh…...………... 2.2.5. Perhitungan Torsi... 11 11 BAB IIIMETODE PENELITIAN………... 12

3.1. Sarana Penelitian... 12

3.2. Peralatan Penelitian... 12

3.3. Analisa Data... 13

3.4. Langkah Penelitian .………..………….. 14

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN... …...……….... 21

4.1. Perhitungan... 21

4.1.1 Daya output... 21

4.1.2 Daya input... 21

4.1.3 Efisiensi Menyeluruh... 22

4.1.4 Torsi... 22

4.2 Analisa dan Pembahasan... 37

(12)

5.1. Kesimpulan ... 39

5.2. Saran ... 39

DAFTAR PUSTAKA... 40

(13)

DAFTAR TABEL

Hal

Tabel 1. Data angin yang telah dihimpun oleh Pusat Meteorologi dan Geofisika ………...

2

Tabel 4.1. Data hasil percobaan dengan kecepatan angin 2,5 m/s... 24

Tabel 4.2. Data hasil percobaan dengan kecepatan angin 3 m/s... 25

(14)

DAFTAR GAMBAR

Hal

Gambar 2.1 Arah putaran angin... 9

Gambar 2.2 Grafik hubungan daya, Cp dan rasio kecepatan keliling... 10

Gambar 3 Bagian-bagian kincir……….. 16

Gambar 3.1 Poros……….. 17

Gambar 3.2 Penutup atas……….. 17

Gambar 3.3 Dudukan poros sudu……….. 18

Gambar 3.4 Penahan sudu………. 18

Gambar 3.5 Poros penahan……… 19

Gambar 3.6 Sudu………... 19

Gambar 3.7 Poros sudu………. 20

Gambar 3.8 Penutup bawah……….. 20

Gambar 3.9 Lubang pena penahan poros... 21

Gambar 4.1 Grafik hubungan efisiensi terhadap kecepatan angin... 34

Gambar 4.2 Grafik hubungan torsi terhadap kecepatan angin... 34

Gambar 4.3 Grafik hubungan efisiensi terhadap empat kincir savonius... 35

Gambar 4.4 Grafik hubungan torsi terhadap empat kincir savonius... 36

(15)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dewasa ini kebutuhan akan energi listrik terus meningkat. Terdapat banyak hal

yang memerlukan listrik untuk melakukan kegiatan. Tempat yang paling banyak

memerlukan adalah tempat yang membutuhkan energi listrik terus menerus.

Energi listrik tidak dapat kita peroleh begitu saja dari alam. Diperlukan suatu

proses tertentu untuk mendapatkannya karena alam tidak menyediakan energi listrik

secara langsung. Energi listrik diperoleh dengan mengubah energi yang ada di alam

misalnya, energi gerak, energi kimia, energi panas dan sebagainya, dengan suatu alat

tertentu dan proses tertentu diubah menjadi energi lisrik. Dalam proses-proses tersebut

membutuhkan alat-alat tertentu yang dapat mengubah ataupun mengkonversi suatu

bentuk energi ke bentuk energi lain.

Di Indonesia listrik yang berasal dari PLN sekarang semakin mahal. Dibutuhkan sumber

energi alternatif lain, salah satu alternatif ini dapat kita alihkan menggunakan angin.

Angin merupakan energi yang sangat besar, tetapi angin juga mempunyai kelemahan

karena sifatnya yang tidak konstan atau dinamis. Namun hanya angin saja belum cukup,

kita harus mengolahnya lagi dengan bantuan kincir yang ditransmisikan ke generator,

sehingga dapat menghasilkan energi listrik. Energi listrik dapat digunakan dalam

(16)

2

Kebutuhan listrik juga sangat dibutuhkan dalam lingkungan industri sebagai sumber tenaga untuk menjalankan suatu produksi.

Tabel 1. Data angin yang telah dihimpun oleh Pusat Meteorologi dan Geofisika tentang daerah yang mempunyai kecepatan angin rata-rata 3,5 m/s atau lebih.

No Nama Daerah

Kecepatan Rata-rata (m/s)

Masa Bertiup Angin Di atas 4,0 m/s (%)

1 Blang Bintang 3,50 42,6

2 Tanjung Pinang 3,75 62,5

3 Tanjung Pandang 4,35 75,0

4 Pondok Betung 3,70 25,0

5 Margahayu 4,30 90,0

6 Rendole/Pati 5,30 84,8

7 Semarang 3,90 51,3

8 Iswahyudi 5,15 95,5

9 Kalianget 4,15 65,6

10 Denpasar 4,03 59,5

11 Pasir Panjang 4,95 66,7

12 Kupang/Penfui 5,75 78,6

13 Waingapu 3,65 32,7

Sumber : Pusat Meteorologi dan Geofisika, 2000

(17)

3

angin yang sesuai dengan keadaan angin di Indonesia adalah kincir angin Savonius. Kincir angin Savonius yang dikembangkan dapat digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga angin dan untuk kepentingan memompa atau menaikkan air.

Kincir angin yang telah dibuat selama ini dinilai masih kurang berfungsi secara optimal. Melalui modifikasi pada mekanisme gerakan sudu-sudu pada kincir angin Savonius ini diharapkan kincir angin yang dihasilkan dapat memberikan koefisien daya yang semakin meningkat.

1.2 Perumusan Masalah

Permasalahan yang dapat dirumuskan pada pembuatan alat ini adalah sebagai berikut:

1) Indonesia mempunyai potensi angin yang banyak tetapi pada umumnya berkecepatannya rendah.

2) Kebutuhan masyarakat akan energi cukup besar karena semakin sedikitnya energi dari fosil untuk itu dibutuhkan energi alternatif dari energi angin.

3) Untuk alternatifnya dibuat desain alat yang sederhana dan mudah mendapatkannya, seperti kincir angin dengan sudu vertikal yang sederhana tetapi dengan efisiensi tinggi.

1.3 Batasan Masalah

(18)

4

1) Kecepatan angin diatur dengan mengatur jarak blower yang terpasang dalam terowongan angin (wind tunnel) .

2) Model kincir angin yang digunakan adalah tipe Savonius satu tingkat berukuran.

3) Sudu yang dipilih berbentuk datar sejumlah empat sudu. 4) Kecepatan angin berkisar antara 2,5m/s-7 m/s.

5) Analisis yang dilakukan adalah analisis terhadap efisiensi,torsi dan tsr. 1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah:

1) Dapat dipergunakan sebagai sumber informasi bagi masyarakat Indonesia terutama yang tinggal di daerah terpencil yang memiliki potensi angin cukup besar untuk dapat menghasilkan listrik dan kekurangan sumber tenaga listrik, karena dapat dikembangkan sebagai pembangkit tenaga listrik.

2) Menambah literatur (pustaka) tentang kincir sebagai pembangkit listrik. 1.5 Tujuan Penelitian

1. Mendapatkan efisiensi terbesar dan terkecil yang dihasilkan oleh model kincir angin terhadap 10 variasi kecepatan angin.

2. Mendapatkan torsi terbesar dan terkecil yang dihasilkan oleh model kincir angin terhadap 10 variasi kecepatan angin.

(19)

BAB II DASAR TEORI

2.1 Tipe Kincir atau Turbin Angin

Turbin angin atau kincir angin secara umum dibedakan dalam dua jenis berdasarkan kedudukan porosnya yaitu Vertikal dan Horisontal. Poros Vertikal atau VAWT (Vertical Axis Wind Turbine) adalah turbin dengan poros vertikal sepanjang menara dan mempunyai generator pembangkit listrik dibawah poros, sedangkan turbin angin poros horizontal atau HAWT (Horizontal Axis Wind

Turbine) adalah turbin dengan poros utama horizontal dan generator pembangkit

listrik pada puncak menara.

Salah satu turbin angin poros vertikal adalah turbin angin Savonius. Turbin angin Savonius diciptakan pertama kali di negara Finlandia dan berbentuk-S apabila dilihat dari atas. Turbin jenis VAWT secara umum bergerak lebih perlahan dibanding jenis HAWT, tetapi menghasilkan torsi yang lebih tinggi.

2.1.1 Kelebihan Turbin Angin Sumbu Vertikal

Kelebihannya antara lain

1. Sebuah VAWT bisa diletakkan lebih dekat ke tanah, membuat pemeliharaan bagian-bagiannya yang bergerak jadi lebih mudah. 2. VAWT memiliki sudut airfoil (bentuk bilah sebuah baling-baling

(20)

6

keaerodinamisan yang tinggi sembari mengurangi drag pada tekanan yang rendah dan tinggi.

3. Desain VAWT berbilah lurus dengan potongan melintang berbentuk kotak atau empat persegi panjang memiliki wilayah tiupan yang lebih besar untuk diameter tertentu daripada wilayah tiupan berbentuk lingkarannya HAWT.

4. VAWT memiliki kecepatan awal angin yang lebih rendah daripada HAWT. Biasanya VAWT mulai menghasilkan listrik saat kecepatan angin 10 km/jam (2,78 m/s).

5. VAWT biasanya memiliki tip speed ratio (perbandingan antara kecepatan putaran dari ujung sebuah bilah dengan laju sebenarnya angin) yang lebih rendah sehingga lebih kecil kemungkinannya rusak di saat angin berhembus sangat kencang.

6. VAWT bisa didirikan pada lokasi-lokasi dimana struktur yang lebih tinggi dilarang dibangun.

7. VAWT yang ditempatkan di dekat tanah bisa mengambil keuntungan dari berbagai lokasi yang menyalurkan angin serta meningkatkan laju angin (seperti gunung atau bukit yang puncaknya datar dan puncak bukit),

(21)

7

2.1.2 Kekurangan Turbin Angin Sumbu Vertikal

Kekurang turbin angin sumbu vertikal antara lain :

1. Kebanyakan VAWT memproduksi energi hanya 50% dari efisiensi HAWT karena drag tambahan yang dimilikinya saat kincir berputar.

2. VAWT tidak mengambil keuntungan dari angin yang melaju lebih kencang dielevasi yang lebih tinggi.

3. Kebanyakan VAWT mempunyai torsi awal yang rendah, dan membutuhkan energi untuk mulai berputar.

4. Sebuah VAWT yang menggunakan kabel untuk menyanggahnya memberi tekanan pada bantalan dasar karena semua berat rotor dibebankan pada bantalan. Kabel yang dikaitkan ke puncak bantalan meningkatkan daya dorong ke bawah saat angin bertiup.

2.2 Gerak Turbin

Pada dasarnya rotor turbin angin mengambil tenaga dari angin dan membuatnya menjadi lebih pelan, dan menghasilkan tenaga. Ini dapat dilihat dengan adanya gaya yang diterapkan yaitu gaya yang diberikan oleh angin kepada kincir. Obyek yang bergerak searah aliran angin, menghasilkan gaya yang disebut “drag” atau gaya dorong.

(22)

8

mengambil energi angin disebut downwind sedangkan sudu yang melawan angin disebut upwind. Sudu upwind ini dapat mengurangi kecepatan rotor. Besarnya torsi pada rotor dan kecepatan rotor (rpm) tergantung pada selisih drag force

sudu upwind dengan drag force sudu downwind ditunjukkan Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Arah putaran angin 2.3 Perhitungan Pada Turbin

2.3.1 Perolehan Daya Menurut Teori

Daya input yang disediakan angin dapat dihitung dari perkalian masa jenis udara dikalikan luas penampang kincir angin dikalikan pangkat tiga kecepatan angin

3

2 1

Av

Pin= ρ (watt) ……… (2.1)

dengan :

Pin = daya input (watt)

ρ = densitas udara / massa jenis udara, kg/m3

ρ _{= 1,225 kg/m}3

nd

UPWIND

ARAH ANGIN

(23)

9

A = luas penampang ( m2)

v = kecepatan angin (m/det)

Pada Gambar 2.2 ditunjukkan bahwa, daya angin yang dapat dimanfaatkan dengan menggunakan turbin angin dengan propeller yang ideal maksimum 59 % dari daya yang disediakan angin. Sementara ini, daya efektif yang dapat dicapai oleh sebuah kincir (atau turbin) angin tipe Savonius hanya mencapai 30% dari daya yang disediakan angin.

Menurut kedudukan sumbu porosnya, kincir angin dapat dibedakan dalam dua macam, yaitu :

1. Kincir angin sumbu horizontal 2. Kincir angin sumbu vertikal

Gambar 2.2. Grafik hubungan daya, Cp dan rasio kecepatan keliling tepi luar sudu

terhadap kecepatan angin, tsr.

Savonius

American multiblade

High Speed Propeller Ideal Propeller

(24)

10

2.3.2 Perhitungan Efisiensi

Perhitungan Efisiensi (Cp) kincir dapat dihitung berdasarkan perbandingan daya yang dihasilkan oleh kincir (Pout) dengan daya input (Pin) yang disediakan oleh angin dapat dituliskan menurut persamaan berikut

Cp = Pout/Pin ……… ( 2.2) dengan :

Cp = efisiensi

Pout = daya yang dihasilkan oleh kincir ( watt ) Pin = daya input ( watt ) 2.3.3 Perhitungan Daya yang Dihasilkan oleh Kincir

Perhitungan daya yang dihasilkan oleh kincir (Pout) dihitung berdasarkan tegangan (V) dan kuat arus (I) output generator yang digunakan dapat dituliskan menurut persamaan berikut :

Pout = V⋅ I ( watt ) ……….. ( 2.3 ) dengan :

Pout= daya yang dihasilkan oleh kincir ( watt )

V = tegangan ( volt )

(25)

11

2.3.4 Perhitungan Efisiensi Menyeluruh

Cp = Pout/Pin x100% ...(2.4)

Pout = daya output (watt)

2.3.5 Perhitungan Torsi

Perhitungan torsi dapat dituliskan menurut persamaan berikut :

n P

M_t =9550⋅ out (Nm) ……….. (2.5)

Pout =V . I

Dengan :

t

M _{= torsi} _(Nm)

(26)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1.

Sarana Penelitian

Sarana yang di gunakan untuk penelitian adalah kincir angin vertical

dengan sudu dapat membuka dan menutup. Selanjutnya kincir angin tersebut akan

dicari unjuk kerjanya pada kecepatan angin yang bervariasi sehingga

mendapatkan daya yang berbeda.

3.2.

Peralatan Penelitian

Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah :

1.

Alternator

Alat ini berfungsi sebagai alat yang mengubah gaya gerak menjadi listrik.

Alternator menghasilkan arus listrik dan tegangan listrik yang digunakan

untuk mencari besar daya yang dikeluarkan.

2.

Tachometer

Alat ini digunakan untuk mengukur putaran poros motor DC. Tachometer

yang digunakan tachometer jenis

digital light tachometer

, yang prinsip

kerjanya dengan memancarkan sinar untuk membaca sensor yang berupa

(27)

13

3. Terowongan Angin (wind tunnel)

Alat ini berfungsi sebagai lorong yang menangkap dan mengumpulkan angin dan menghembuskannya pada kincir yang diletakkan didalam terowongan angin atau wind tunnel tersebut, pengaturan kecepatan angin dilakukan di alat ini.

4. Blower

Alat ini menyedot angin yang akan disalurkan ke terowongan angin atau

wind tunnel.

5. Multimeter

Alat ukur untuk mengukur kelistrikan pada beban yang diberikan. 6. Lampu

Alat ini berfungsi sebagai beban dalam percobaan ini dan beban ini yang akan diukur.

7. Anemometer

Alat ini berfungsi sebagai alat pengukur kecepatan angin.

3.3. Analisa Data

Data yang diambil dari percobaan ini adalah sebagai berikut : a. Putaran poros kincir dan alternator yang dihasilkan ( n ). b. Tegangan dan arus listrik pada lampu ( V dan I).

(28)

14

d. Untuk mendapatkan P_in maka haruslah mendapatkan ρ yang didapatkan dari persamaan 2.1. dan luasan (A ) seluruh kincir dan dikalikan dengan kecepatan angin (v3).

e. P_out diperoleh dari pengkalian tegangan (

V

) dan arus (

I

) listrik yang dihasilkan dari lampu.

f. Efisiensi didapatkan dari persamaan 2.4. g. Torsi diperoleh dari persamaan 2.5.

3.4. Langkah Penelitian Dimulai dari :

a. Kincir angin dipasang didalam terowongan angin (wind tunnel) dan dibaut supaya tidak bergerak sedikitpun.

b. Pada poros atas kincir diberi bantalan agar putarannya ringan, sedang bagian bawah poros dihubungkan dengan alternator lalu dihubungkan dengan lampu sebagai beban.

c. Di depan kincir angin dipasang anemometer untuk mengetahui besar angin yang ada dalam terowongan angin (wind tunnel).

d. Setelah semua siap, blower dihidupkan untuk menyedot angin masuk ke dalamterowongan angin (wind tunnel).

e. Ukur kecepatan angin yang diperlukan dengan mengatur jarak antara

wind tunnel dengan blower, semakin jauh jarak antara wind tunnel

dengan blower maka akan semakin kecil kecepatan angin yang masuk

(29)

15

f. Setelah kincir berputar dengan kecepatan yang stabil maka dapat diukur tegangan dan arus pada lampu, diukur juga perputaran poros pada alternator.

g. Jalannya percobaan a-f dilakukan berulang dengan variasi kecepatan angin yaitu dari kecepatan angin terkecil kincir bisa berputar sampai kecepatan maksimal kincir berputar.

(30)

16

Bagian-bagian kincir dapat dilihat pada Gambar 3 Keterangan bagian kincir :

1. Poros

Poros yang digunakan merupakan poros pejal dengan diameter 0,016 m dan panjang 1,248 m . Poros tersebut berfungsi sebagai tumpuan kincir saat didirikan dan berputar.

Gambar 3.1 Poros 2. Penutup Atas

Penutup atas terbuat dari bahan mika, penutup atas berfungsi untuk menahan angin agar tetap mendorong sudu dan tidak terhambur keluar tepi atas kincir. Penutup atas mempunyai diameter yang sama dengan diameter luar kincir yaitu 0,5 m.

(31)

17

3. Dudukan poros sudu

Dudukan ini terbuat dari kayu yang berbentuk palang atau dengan kata lain saling tegak lurus. Fungsi dari dudukan ini adalah sebagai dudukan atau tempat menempelnya poros pada sudu, dan sebagai penghubung antara sudu-sudu dengan poros utama.

Gambar 3.3 Dudukan poros sudu 4. Penahan sudu

(32)

18

5. Poros penahan

Poros penahan terbuat dari besi cor dengan diameter 8 mm. Fungsinya untuk menahan agar poros sudu atas dan bawah tetap sejajar atau dengan kata lain untuk menahan beban puntir pada kincir akibat dorongan angin.

Gambar 3.5 Poros penahan 6. Sudu

Pada kesempatan ini kincir yang dibuat adalah kincir Savonius dengan sudu datar. Sudu terbuat dari mika yang mempunyai beban yang ringan, berfungsi untuk mempermudah saat sudu membuka dan menutup. Panjang sudu adalah 0,6 m.

(33)

19

7. Poros sudu

Poros sudu berfungsi untuk tumpuan sudu saat berputar dan berfungsi sebagai penghubung antara sudu dengan poros utama.

Gambar 3.7 Poros sudu 8. Penutup bawah

Penutup bawah sama dengan penutup atas bahan dan ukurannya sama, fungsinya pun hampir sama pengan penutup atas yaitu untuk menahan angin agar tidak terhempas keluar melewati tepi bawah kincir.

(34)

20

9. Lubang pena penahan poros

Lubang pena penahan poros adalah lubang yang dibuat untuk menghubungkan kincir dengan alternator. Pada kincir ini lubang dibuat dengan dimeter 8 mm.

(35)

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Adapun salah satu tujuan dari karya tulis ini adalah untuk mendapatkan torsi dan efisiensi seperti yang telah dibahas pada Bab I. Di dalam bab ini akan dijelaskan mengenai hasil pengujian untuk kincir savonius dengan 4 sudu datar dengan variasi kecepatan angin 2,5m/s, 3 m/s, 3.5 m/s, 4 m/s, 4,5 m/s, 5 m/s, 5,5 m/s, 6 m/s, 6,5 m/s dan 7 m/s.

4.1 Perhitungan

Tegangan (V) dan arus (I) diukur dengan menggunakan multimeter sedangkan putaran poros (n) diukur dengan menggunakan tachometer. 4.1.1 Daya output didapat dari

Pout = V I (watt)

dengan:

V = tegangan ( volt )

I = arus ( ampere ) 4.1.2 Daya input

3

2 1

Av

Pin= ρ (watt)

dengan :

(36)

22

A = luas penampang ( m2)

v = kecepatan angin (m/det) 4.1.3 Perhitungan Efisiensi Menyeluruh

Efisiensi=Pout/Pin x100%

dengan:

Pout = daya output (watt) Pin = daya input (watt)

4.1.4 Perhitungan Torsi

Dapat dituliskan menurut persamaan berikut :

n P

M_t =9550⋅ out

Pout = V I dengan :

t

M _{= torsi} _(Nm) Pout = daya output (watt)

(37)

23

Tabel 4.1 Data penelitian dan hasil perhitungan untuk kecepatan angin rata-rata 2,5 m/s

NO v I n (rpm) ω Pout Pin efsiensi tsr torsi

(volt) (ampere) (watt) (watt) (Nm)

1 1,50 0,57 20,50 2,15 0,86 2,87 29,78 0,21 398,30

2 2,10 0,39 16,20 1,70 0,82 2,87 28,53 0,17 482,81

3 2,20 0,32 19,90 2,08 0,70 2,87 24,52 0,21 337,85

4 1,50 0,50 22,00 2,30 0,75 2,87 26,12 0,23 325,57

5 2,20 0,32 15,20 1,59 0,70 2,87 24,52 0,16 442,32

6 1,80 0,36 20,70 2,17 0,65 2,87 22,57 0,22 298,96

7 1,60 0,39 18,50 1,94 0,62 2,87 21,73 0,19 322,12

8 1,60 0,41 17,60 1,84 0,66 2,87 22,85 0,18 355,95

9 1,90 0,32 12,70 1,33 0,61 2,87 21,18 0,13 457,20

10 1,10 0,56 14,00 1,47 0,62 2,87 21,46 0,15 420,20

11 1,20 0,52 16,30 1,71 0,62 2,87 21,73 0,17 365,60

12 1,50 0,54 16,20 1,70 0,81 2,87 28,21 0,17 477,50

13 1,80 0,45 12,90 1,35 0,81 2,87 28,21 0,14 599,65

14 1,70 0,49 11,70 1,22 0,83 2,87 29,01 0,12 679,93

15 1,60 0,41 14,70 1,54 0,66 2,87 22,85 0,15 426,18

16 1,20 0,63 13,70 1,43 0,76 2,87 26,33 0,14 526,99

17 1,10 0,68 15,60 1,63 0,75 2,87 26,05 0,16 457,91

18 1,20 0,70 12,30 1,29 0,84 2,87 29,26 0,13 652,20

(38)

24

Tabel 4.2 Data penelitian dan hasil perhitungan untuk kecepatan angin rata-rata 3 m/s

1 1,40 0,38 29,70 3,11 0,53 4,96 10,72 0,26 171,06

2 1,90 0,32 28,20 2,95 0,61 4,96 12,25 0,25 205,90

3 2,20 0,35 27,60 2,89 0,77 4,96 15,52 0,24 266,43

4 2,10 0,29 27,90 2,92 0,61 4,96 12,28 0,24 208,46

5 1,79 0,29 27,70 2,90 0,52 4,96 10,46 0,24 178,97

6 1,70 0,33 26,30 2,75 0,56 4,96 11,31 0,23 203,71

7 1,40 0,39 27,20 2,85 0,55 4,96 11,01 0,24 191,70

8 1,50 0,52 27,40 2,87 0,78 4,96 15,72 0,24 271,86

9 1,80 0,54 25,70 2,69 0,97 4,96 19,59 0,22 361,19

10 1,60 0,34 26,30 2,75 0,54 4,96 10,96 0,23 197,54

11 1,90 0,43 28,20 2,95 0,82 4,96 16,47 0,25 276,68

12 1,80 0,44 25,80 2,70 0,79 4,96 15,96 0,23 293,16

13 1,60 0,62 38,60 4,04 0,99 4,96 19,99 0,34 245,43

14 1,50 0,36 28,60 2,99 0,54 4,96 10,88 0,25 180,31

15 1,70 0,41 25,10 2,63 0,70 4,96 14,05 0,22 265,19

16 1,70 0,50 22,30 2,33 0,85 4,96 17,13 0,19 364,01

17 1,90 0,45 24,90 2,61 0,86 4,96 17,23 0,22 327,92

18 1,50 0,42 23,20 2,43 0,63 4,96 12,70 0,20 259,33

19 1,40 0,52 28,00 2,93 0,73 4,96 14,67 0,24 248,30

20 1,60 0,49 28,90 3,02 0,78 4,96 15,80 0,25 259,07

(39)

25

1 2,20 0,50 40,90 4,28 1,10 7,88 13,96 0,31 256,85

2 2,50 0,42 41,40 4,33 1,05 7,88 13,33 0,31 242,21

3 2,40 0,46 41,70 4,36 1,10 7,88 14,01 0,31 252,83

4 2,50 0,47 39,90 4,18 1,18 7,88 14,91 0,30 281,23

5 1,90 0,49 35,10 3,67 0,93 7,88 11,82 0,26 253,31

6 2,20 0,51 41,60 4,35 1,12 7,88 14,24 0,31 257,57

7 2,40 0,45 38,80 4,06 1,08 7,88 13,71 0,29 265,82

8 2,60 0,49 41,10 4,30 1,27 7,88 16,17 0,31 296,03

9 2,40 0,46 43,30 4,53 1,10 7,88 14,01 0,32 243,49

10 2,30 0,35 38,30 4,01 0,81 7,88 10,22 0,29 200,72

11 2,50 0,36 37,50 3,93 0,90 7,88 11,42 0,28 229,20

12 3,00 0,44 45,00 4,71 1,32 7,88 16,75 0,34 280,13

13 3,10 0,43 42,00 4,40 1,33 7,88 16,92 0,31 303,10

14 2,40 0,35 39,80 4,17 0,84 7,88 10,66 0,30 201,56

15 2,20 0,43 35,70 3,74 0,95 7,88 12,01 0,27 253,06

16 2,40 0,42 39,70 4,16 1,01 7,88 12,79 0,30 242,48

17 2,30 0,46 37,90 3,97 1,06 7,88 13,43 0,28 266,59

18 2,60 0,43 39,40 4,12 1,12 7,88 14,19 0,29 270,99

19 2,20 0,41 38,00 3,98 0,90 7,88 11,45 0,28 226,69

20 2,50 0,42 42,00 4,40 1,05 7,88 13,33 0,31 238,75

(40)

26

1 2,90 0,34 59,00 6,18 0,99 7,88 12,52 0,39 159,60

2 3,20 0,33 57,80 6,05 1,06 7,88 13,40 0,38 174,48

3 3,50 0,34 60,50 6,33 1,19 7,88 15,10 0,40 187,84

4 2,80 0,33 57,40 6,01 0,92 7,88 11,73 0,38 153,73

5 3,30 0,36 61,20 6,41 1,19 7,88 15,08 0,40 185,38

6 3,70 0,36 59,00 6,18 1,33 7,88 16,91 0,39 215,60

7 3,00 0,37 60,60 6,34 1,11 7,88 14,09 0,40 174,93

8 3,20 0,34 64,00 6,70 1,09 7,88 13,81 0,42 162,35

9 3,20 0,33 56,80 5,95 1,06 7,88 13,40 0,37 177,55

10 3,60 0,32 57,80 6,05 1,15 7,88 14,62 0,38 190,34

11 3,80 0,32 58,70 6,14 1,22 7,88 15,43 0,38 197,83

12 3,30 0,32 60,10 6,29 1,06 7,88 13,40 0,39 167,80

13 2,60 0,31 57,80 6,05 0,81 7,88 10,23 0,38 133,17

14 3,20 0,32 59,80 6,26 1,02 7,88 13,00 0,39 163,53

15 3,30 0,31 57,10 5,98 1,02 7,88 12,99 0,37 171,10

16 3,40 0,28 65,20 6,82 0,95 7,88 12,08 0,43 139,44

17 3,50 0,29 60,10 6,29 1,02 7,88 12,88 0,39 161,29

18 3,60 0,32 62,40 6,53 1,15 7,88 14,62 0,41 176,31

19 2,60 0,31 58,10 6,08 0,81 7,88 10,23 0,38 132,48

20 2,90 0,29 60,40 6,32 0,84 7,88 10,67 0,40 132,97

(41)

27

1 3,40 0,33 64,10 6,71 1,12 16,74 6,70 0,37 167,16

2 3,40 0,32 63,40 6,64 1,09 16,74 6,50 0,37 163,89

3 3,70 0,30 67,70 7,09 1,11 16,74 6,63 0,39 156,58

4 3,90 0,31 66,10 6,92 1,21 16,74 7,22 0,38 174,67

5 3,60 0,30 66,20 6,93 1,08 16,74 6,45 0,38 155,80

6 4,20 0,31 64,30 6,73 1,30 16,74 7,78 0,37 193,38

7 4,20 0,33 64,80 6,78 1,39 16,74 8,28 0,38 204,26

8 4,00 0,35 67,90 7,11 1,40 16,74 8,36 0,39 196,91

9 4,10 0,33 65,70 6,88 1,37 16,74 8,15 0,38 198,46

10 4,50 0,33 68,00 7,12 1,49 16,74 8,87 0,40 208,56

11 4,10 0,32 65,20 6,82 1,31 16,74 7,84 0,38 192,17

12 4,40 0,34 65,60 6,87 1,50 16,74 8,93 0,38 217,79

13 4,20 0,32 66,60 6,97 1,34 16,74 8,03 0,39 192,72

14 4,30 0,30 64,70 6,77 1,29 16,74 7,70 0,38 190,41

15 4,10 0,34 65,90 6,90 1,39 16,74 8,33 0,38 202,01

16 4,30 0,32 65,30 6,83 1,38 16,74 8,22 0,38 201,24

17 4,20 0,33 66,70 6,98 1,39 16,74 8,28 0,39 198,45

18 4,30 0,33 68,00 7,12 1,42 16,74 8,47 0,40 199,29

19 4,40 0,32 66,00 6,91 1,41 16,74 8,41 0,38 203,73

(42)

28

1 3,60 0,24 73,50 7,69 0,86 22,97 3,76 0,38 112,26

2 3,40 0,24 76,60 8,02 0,82 22,97 3,55 0,40 101,73

3 3,10 0,25 74,00 7,75 0,78 22,97 3,37 0,39 100,02

4 3,30 0,25 74,10 7,76 0,83 22,97 3,59 0,39 106,33

5 3,40 0,18 71,50 7,48 0,61 22,97 2,66 0,37 81,74

6 3,80 0,22 76,30 7,99 0,84 22,97 3,64 0,40 104,64

7 2,80 0,19 74,00 7,75 0,53 22,97 2,32 0,39 68,66

8 3,60 0,23 74,90 7,84 0,83 22,97 3,60 0,39 105,57

9 3,60 0,24 71,10 7,44 0,86 22,97 3,76 0,37 116,05

10 2,70 0,18 72,30 7,57 0,49 22,97 2,12 0,38 64,20

11 2,20 0,16 71,60 7,49 0,35 22,97 1,53 0,37 46,95

12 2,70 0,18 73,00 7,64 0,49 22,97 2,12 0,38 63,58

13 2,70 0,18 71,00 7,43 0,49 22,97 2,12 0,37 65,37

14 2,90 0,25 75,90 7,94 0,73 22,97 3,16 0,40 91,22

15 3,40 0,20 75,30 7,88 0,68 22,97 2,96 0,39 86,24

16 3,40 0,19 74,40 7,79 0,65 22,97 2,81 0,39 82,92

17 3,10 0,23 75,10 7,86 0,71 22,97 3,10 0,39 90,67

18 3,40 0,23 72,80 7,62 0,78 22,97 3,40 0,38 102,58

19 3,00 0,21 70,50 7,38 0,63 22,97 2,74 0,37 85,34

20 2,70 0,19 74,90 7,84 0,51 22,97 2,23 0,39 65,41

(43)

29

1 2,60 0,15 86,10 9,01 0,39 30,57 1,28 0,41 413,29

2 2,30 0,15 81,40 8,52 0,35 30,57 1,13 0,39 386,71

3 2,80 0,19 87,80 9,19 0,53 30,57 1,74 0,42 552,86

4 2,40 0,19 86,00 9,00 0,46 30,57 1,49 0,41 483,79

5 3,00 0,18 88,20 9,23 0,54 30,57 1,77 0,42 558,62

6 2,80 0,17 89,70 9,39 0,48 30,57 1,56 0,43 484,18

7 3,00 0,19 82,10 8,59 0,57 30,57 1,86 0,39 633,47

8 3,00 0,18 84,90 8,89 0,54 30,57 1,77 0,40 580,34

9 2,80 0,14 87,00 9,11 0,39 30,57 1,28 0,41 411,11

10 3,10 0,17 92,60 9,69 0,53 30,57 1,72 0,44 519,27

11 2,70 0,15 87,00 9,11 0,41 30,57 1,32 0,41 424,75

12 2,40 0,15 85,90 8,99 0,36 30,57 1,18 0,41 382,39

13 2,70 0,16 91,10 9,54 0,43 30,57 1,41 0,43 432,67

14 2,80 0,17 85,00 8,90 0,48 30,57 1,56 0,40 510,96

15 2,60 0,16 81,90 8,57 0,42 30,57 1,36 0,39 463,45

16 2,40 0,14 88,30 9,24 0,34 30,57 1,10 0,42 347,20

17 2,80 0,13 92,00 9,63 0,36 30,57 1,19 0,44 361,00

18 2,10 0,16 87,30 9,14 0,34 30,57 1,10 0,42 351,17

19 2,50 0,20 86,30 9,03 0,50 30,57 1,64 0,41 528,63

20 2,70 0,18 85,50 8,95 0,49 30,57 1,59 0,41 518,64

(44)

30

1 3,00 0,16 89,40 9,36 0,48 39,69 1,21 0,39 489,89

2 3,40 0,14 91,10 9,54 0,48 39,69 1,20 0,40 476,74

3 3,50 0,17 91,20 9,55 0,60 39,69 1,50 0,40 595,27

4 3,20 0,18 91,20 9,55 0,58 39,69 1,45 0,40 576,27

5 3,00 0,16 91,50 9,58 0,48 39,69 1,21 0,40 478,65

6 3,20 0,18 94,60 9,90 0,58 39,69 1,45 0,41 555,55

7 3,10 0,15 92,40 9,67 0,47 39,69 1,17 0,40 459,17

8 3,00 0,15 93,00 9,73 0,45 39,69 1,13 0,41 441,49

9 3,20 0,16 87,40 9,15 0,51 39,69 1,29 0,38 534,51

10 3,20 0,16 92,40 9,67 0,51 39,69 1,29 0,40 505,58

11 3,40 0,18 90,10 9,43 0,61 39,69 1,54 0,39 619,76

12 3,60 0,19 87,30 9,14 0,68 39,69 1,72 0,38 714,89

13 3,30 0,18 89,80 9,40 0,59 39,69 1,50 0,39 603,54

14 3,60 0,15 90,60 9,48 0,54 39,69 1,36 0,40 543,83

15 3,00 0,14 90,60 9,48 0,42 39,69 1,06 0,40 422,98

16 3,00 0,16 91,10 9,54 0,48 39,69 1,21 0,40 480,75

17 3,20 0,13 91,60 9,59 0,42 39,69 1,05 0,40 414,37

18 3,70 0,13 91,40 9,57 0,48 39,69 1,21 0,40 480,17

19 3,40 0,12 91,60 9,59 0,41 39,69 1,03 0,40 406,41

20 3,10 0,16 90,40 9,46 0,50 39,69 1,25 0,39 500,62

(45)

31

1 3,10 0,12 103,70 10,85 0,37 50,46 0,74 0,42 327,31

2 3,00 0,17 103,20 10,80 0,51 50,46 1,01 0,42 450,91

3 3,50 0,15 103,50 10,83 0,53 50,46 1,04 0,42 462,82

4 3,00 0,16 103,70 10,85 0,48 50,46 0,95 0,42 422,34

5 3,40 0,17 104,00 10,89 0,58 50,46 1,15 0,42 507,10

6 3,20 0,19 107,00 11,20 0,61 50,46 1,20 0,43 518,46

7 3,00 0,18 104,60 10,95 0,54 50,46 1,07 0,42 471,04

8 3,00 0,18 104,70 10,96 0,54 50,46 1,07 0,42 470,59

9 3,20 0,17 105,00 10,99 0,54 50,46 1,08 0,42 472,72

10 3,80 0,15 101,60 10,63 0,57 50,46 1,13 0,41 511,89

11 3,60 0,18 105,90 11,08 0,65 50,46 1,28 0,43 558,31

12 3,00 0,17 104,70 10,96 0,51 50,46 1,01 0,42 444,45

13 3,00 0,15 105,00 10,99 0,45 50,46 0,89 0,42 391,04

14 3,50 0,14 105,70 11,06 0,49 50,46 0,97 0,43 422,98

15 3,10 0,14 105,70 11,06 0,43 50,46 0,86 0,43 374,64

16 3,40 0,16 103,60 10,84 0,54 50,46 1,08 0,42 479,11

17 3,30 0,16 102,50 10,73 0,53 50,46 1,05 0,41 470,01

18 3,40 0,12 101,20 10,59 0,41 50,46 0,81 0,41 367,85

19 3,00 0,19 104,80 10,97 0,57 50,46 1,13 0,42 496,26

20 3,10 0,15 105,80 11,07 0,47 50,46 0,92 0,43 401,02

(46)

32

1 3,00 0,14 108,60 11,37 0,42 63,03 0,67 0,41 36,93

2 3,20 0,15 109,60 11,47 0,48 63,03 0,76 0,41 41,82

3 3,10 0,15 110,70 11,59 0,47 63,03 0,74 0,41 40,12

4 3,10 0,15 105,90 11,08 0,47 63,03 0,74 0,40 41,93

5 3,00 0,13 108,10 11,31 0,39 63,03 0,62 0,40 34,45

6 3,30 0,12 104,30 10,92 0,40 63,03 0,63 0,39 36,26

7 3,30 0,15 104,20 10,91 0,50 63,03 0,79 0,39 45,37

8 3,10 0,18 101,90 10,67 0,56 63,03 0,89 0,38 52,30

9 3,10 0,14 108,80 11,39 0,43 63,03 0,69 0,41 38,09

10 3,10 0,12 111,30 11,65 0,37 63,03 0,59 0,42 31,92

11 3,10 0,17 110,50 11,57 0,53 63,03 0,84 0,41 45,55

12 3,00 0,12 112,80 11,81 0,36 63,03 0,57 0,42 30,48

13 3,00 0,13 108,10 11,31 0,39 63,03 0,62 0,40 34,45

14 3,10 0,13 110,50 11,57 0,40 63,03 0,64 0,41 34,83

15 3,10 0,15 108,60 11,37 0,47 63,03 0,74 0,41 40,89

16 3,20 0,16 108,50 11,36 0,51 63,03 0,81 0,41 45,07

17 3,40 0,17 113,00 11,83 0,58 63,03 0,92 0,42 48,85

18 3,30 0,15 109,10 11,42 0,50 63,03 0,79 0,41 43,33

19 3,30 0,16 110,50 11,57 0,53 63,03 0,84 0,41 45,63

20 3,00 0,14 111,20 11,64 0,42 63,03 0,67 0,42 36,07

(47)

33

Analisa dan Pembahasan

Penelitian yang dilakukan dengan memvariasikan kecepatan angin antara 2,5m/s, 3 m/s, 3,5 m/s, 4 m/s, 4,5 m/s, 5 m/s, 5,5 m/s, 6 m/s, 6,5 m/s dan 7 m/s, Agar menghasilkan listrik alat ini dihubungkan dengan generator, Dari kincir ini kita bias mengukur daya, arus, torsi, tsr dan efisiensi. Alat ini diberikan lampu sebagai pembebanannya yang mempunyai tegangan sebesar 1,5 volt. Pada setiap pembebanan diukur dengan tachometer amperemeter dan voltmeter. Data dilakukan dengan membuat tabel dan grafik tegangan, efsiensi, torsi dan tsr.

Efisiensi paling besar pada kecepatan angin 2,5 m/s yaitu 29,78 dan efisiensi terkecil pada kecepatan angin 7 m/s yaitu 0,57. Torsi yang paling besar pada kecepatan angin 2,5 m/s yaitu sebesar 762,21 Nm dan yang paling terkecil pada kecepatan angin 7 m/s yaitu 30,48 Nm. Sedangkan tsr terbesar pada kecepatan angin 7 m/s yaitu sebesar 0,42 dan tsr terkecil pada saat kecepatan angin 2,5 m/s yaitu 0,11.

(48)

34

25.46 13.31 7.90 2.93 0.73 1.02 1.29 1.45 14.24 13.47 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28

2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7

Kecepatan Angin (m/s)

E fis ie n s i ( % )

Gambar 4.1

Grafik hubungan efisiensi terhadap kecepatan angin

465.33 253.13 190.24 87.07 167.89 40.22 47.21 53.91 48.90 248.81 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7

Kecepatan Angin (m/s)

Tor s i ( N m )

(49)

35

0.16

0.24 0.30

0.39

0.410.42

0.40 0.41

0

5

10

15

20

25

30

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

tsr

ef

is

ien

si

(%

)

(50)

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari penjabaran perhitungan dan analisa data hasil percobaan, disimpulkan sebagai berikut :

1. Efisiensi paling besar pada kecepatan angin 2,5 m/s yaitu sebesar 29,78 %. dan efisiensi terkecil pada kecepatan angin 7 m/s yaitu 0,57 %.

2. Torsi yang paling besar pada kecepatan angin 2,5 m/s yaitu sebesar 762,21 Nm dan torsi paling kecil pada kecepatan angin 7 m/s yaitu 30,48 Nm. 3. Tsr terendah pada kecepatan angin 2,5 m/s sebesar 0,11 dan tsr tertinggi

pada kecepatan angin 7 m/s yaitu sebesar 0,42. 5.2 Saran

(51)

DAFTAR PUSTAKA

Allan, C. L. C.,1959, ‘

Water Turbine Driven Induction Generators’

. Proc IEE, Paper

no.3140S.

Burton, at all 2001, ‘

Wind Energy Handbook

’. Wiley England.

Cotton, I.st al., 2000, ‘

Lightening Protection for Wind Turbines’

. International

Conference on Lightening Protection, pp 848-853.

Craig, L. M. and Jenkins, N., 1995, ‘

Performance of a Wind Turbine Connected to a

Weak Rural Network

’,

Wind Engng,

19, 3, 135-145.

Davidson, M. 1995, ‘

Electrical Monitoring of a Wind Farm in Complex Upland

Terrain.’.

Grubb, M., 1988, ‘

The Economics Value of Wind Energy at the High Power System

Penetration; an Analysys of Models, Sensitivities and Assumption’

.

Wind

Engng

,12, 1, 1-26.

Jensen, K. K., 1990, ‘

Grid Connection of Wind Turbines and Wind Farms’

. DEFU

(52)

KINCIR ANGIN TIPE SAVONIUS DENGAN EMPAT SUDU DATAR TUGAS AKHIR - Kincir angin tipe savonius dengan empat sudu datar - USD Repository