UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN SAVONIUS
TIGA SUDU DENGAN SIRIP-SIRIP PENGARAH PADA
LINGKAR TERLUAR KINCIR
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin
Diajukan Oleh: NATALIS RIYA NIM : 075214027
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
THE PERFORMANCE OF THREE-STAGE SAVONIUS
WIND TURBINE MODEL WITH STEERING FINS ON
THE OUTER CIRCLE
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement To abtain the Sarjana Teknik degree
By
NATALIS RIYA NIM : 075214027
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMME SCIENCE
AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA
UNIVERSITY YOGYAKARTA
vii
INTISARI
Kebutuhan energi terutama energi listrik didunia saat ini berkembang pesat seiring dengan perkembangan jaman dan teknologi sehingga ketersediaan energi didunia mengalami penipisan khususnya energi dari fosil yang tidak dapat diperbarui maka diperlukan sumber energi baru yang terbarukan dan ramah lingkungan. Salah satu energi terbarukan yang dapat dikembangkan yaitu energi angin dengan ketersediaan yang melimpah dan ramah lingkungan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan unjuk kerja model kincir angin Savonius satu tingkat dan mrngetahui penambahan variasi sirip-sirip pengarah pada lingkar terluarnya.
Model variasi pertama adalah kincir angin Savonius tanpa pengarah, model variasi kedua dengan penambahan sirip-sirip pengarah bersudut 300, dan model variasi ketiga dengan penambahan sirip-sirip pengarah bersudut 450. Jumlah pengarah yang digunakan sebanyak delapan buah berbentuk pelat persegi panjang dengan ukuran 10 cm x 90 cm dan dipasang pada lingkar terluar kincir. Dalam pengujiannya setiap kincir angin diuji untuk mengetahui torsi, putaran poros, daya kincir, dan koefesien daya.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa koefisien daya maksimal diperoleh dengan model kincir angin Savonius tanpa berpengarah, yaitu 35 % pada tip speed ratio (tsr) 0,68. Model kincir angin tanpa pengarah ini menghasilkan daya 32,87 watt pada kecepatan angin 6,83 m/s dengan torsi 2.13 Nm. Model kincir angin berpengarah 450, menghasilkan koefisien daya maksimal 33% pada tip speed ratio
(tsr) 0,67. Model kincir angin berpengarah 450 ini menghasilkan daya 12,19 watt pada kecepatan angin 4,98 m/s dengan torsi 1,10 Nm. Model kincir angin berpengarah 300 menghasilkan koefisien daya maksimal 32 % pada tip speed ratio
(tsr) 0,59. Model kincir angin berpengarah 300 ini menghasilkan daya 13,57 watt pada kecepatan angin 5,22 m/s dengan torsi 1,31 Nm.
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yesus Kristus dan Bunda Maria, karena
atas segala berkat dan kasih karunia-Nyalah yang selalu menyertai saya selama
persiapan sampai akhir tugas akhir ini dapat terselesaikan. Tugas akhir ini
merupakan salah satu persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program
studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.
Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik karena adanya bantuan
dan kerjasama dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis
mengucapkan terima kasih kepada:
1. Ibu Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas
Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
2. Bapak Ir. Petrus Kanisius Purwadi M.T. selaku Ketua Program Studi
Teknik Mesin.
3. Bapak Ir. Rines M.T. selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah
mendampingi dan memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas
Akhir ini.
4. Bapak RB. Dwiseno Wihadi S.T.,M.Si. selaku dosen pembimbing
akademik.
5. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan
materi selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.
6. Laboran (Ag. Rony Windaryawan) yang telah memberikan ijin dalam
ix
7. Teman – teman yang turut memberi dukungan moril dalam menyelesaikan
tugas akhir ini, seluruh Mahasiswa Universitas Sanata Dharma Jurusan
Teknik Mesin angkatan 2007 khususnya Endro Pramulat, Suryo Prastyo,
Tumbur Sahala Tua.
8. Kedua Orang Tua, Budong dan Anastasya Simoi yang telah memberikan
dukungan baik moril maupun material dalam penyusunan skripsi ini.
9. Pihak-pihak yang tidak dapat kami sebutkan satu per satu, yang telah
memberikan dorongan dan bantuan dalam wujud apapun selama
penyusunan skripsi ini.
Akhir kata, dengan menyadari segala kekurangan dan kelemahan, dalam
penyusunan laporan ini karena keterbatasan pengetahuan yang belum diperoleh,
maka segala kritik dan saran dari berbagai pihak yang bersifat membangun dalam
penyempurnaan tugas ini penulis terima dengan senang hati. Semoga Tugas Akhir
ini bermanfaat bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Apabila ada
kesalahan dalam penulisan naskah ini penulis mohon maaf. Terima kasih.
Yogyakarta, 20 Agustus 2012
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi
INTISARI ... vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR TABEL ... xii
DAFTAR GAMBAR ... xiii
BAB I. PENDAHULUAN ... 1
1.l. Latar Belakang ... 1
1.2. Perumusan Masalah ... 3
1.3. Batasan Masalah ... 3
1.4. Tujuan Penelitian ... 4
1.5. Manfaat Penelitian ... 4
BAB II. DASAR TEORI ... 5
2.1. Konsep Dasar Angin ... 5
2.2. Kincir Angin ... 6
xi
2.4. Rumus Perhitungan ... 10
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN ... 16
3.1. Peralatan dan Bahan ... 16
3.2. Objek Penelitian ... 19
3.3. Variabel Penelitian ... 24
3.4. Variabel data yang diambil ... 24
3.5. Variabel yang dihitung ... 25
3.6. Langkah Percobaan...……….25
BAB IV. PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ... 30
4.1. Data Hasil Percobaan ... 30
4.2. Pengolahan Data dan Hasil Perhitungan ... 30
4.3. Data Hasil Perhitungan ... 40
4.4. Grafik Hasil Perhitungan ... 46
4.5. Pembahasan...………54
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 56
5.1. Kesimpulan ... 56
5.2. Saran ... 56
DAFTAR PUSTAKA ... 58
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data percobaan kincir angin tanpa pengarah………....….31
Tabel 4.2 Data percobaan kincir angin dengan pengarah 300………..……..32
Tabel 4.1 Data percobaan kincir angin dengan pengarah 450………34
Tabel 4.1 Data hasil perhitungan kincir angin tanpa pengarah………..41
Tabel 4.1 Data hasil perhitungan kincir angin dengan pengarah 300……...……..43
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kincir angin poros Vertikal...8
Gambar 2.2 kincir angin poros Horizontal...9
Gambar 2.3 Grafik Betz Limit...12
Gambar 3.1 Kincir angin Savonius...16
Gambar 3.2 Pelat batas sudu...17
Gambar 3.3 Sudu kincir...18
Gambar 3.14 Posisi kincir angin didalam terowongan...26
Gambar 3.15 Pemasangan neraca pegas serta pengaitnya...26
Gambar 3.16 Tali pengait pada generator...27
Gambar 3.17 Sensor listrik yang dihubungkan dengan Anemometer...27
Gambar 3.18 Posisi Takometer...28
xiv
Gambar 4.2 Grafik hub. Daya kincir dan torsi variasi kincir tanpa pengarah...47
Gambar 4.3 Grafik hub. Cp dan tsr variasi kincir tanpa pengarah...48
Gambar 4.4 Grafik hub. Putaran poros dan torsi variasi kincir pengarah 300...49
Gambar 4.5 Grafik hub. Daya kincir dan torsi variasi kincir pengarah 300...50
Gambar 4.6 Grafik hub. Cp dan tsr variasi kincir pengarah 300...51
Gambar 4.7 Grafik hub. Putaran poros dan torsi variasi kincir pengarah 450...52
Gambar 4.8 Grafik hub. Daya kincir dan torsi variasi kincir pengarah 450...53
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Merupakan suatu kenyataan bahwa kebutuhan akan energi, khususnya energi listrik di
Indonesia, makin berkembang menjadi bagian tak terpisahkan dari kebutuhan hidup
masyarakat sehari-hari seiring dengan pesatnya peningkatan pembangunan dibidang
teknologi, industri dan informasi. Namun pelaksaan penyediaan energi listrik yang dilakukan
PT. PLN (Persero), selaku lembaga resmi yang ditunjuk oleh pemerintah untuk mengelola
masalah kelistrikan di Indonesia, sampai saat ini masih belum dapat memenuhi kebutuhan
masyarakat akan energi listrik secara keseluruhan. Kondisi geografis Negara Indonesia yang
terdiri atas ribuan pulau dan kepulauan, tersebar dan tidak meratanya pusat-pusat beban
listrik, rendahnya tingkat permintaan listrik dibeberapa wilayah, tingginya biaya marginal
pembangunan sistem suplai energi listrik (Ramani, 1992), serta terbatasnya kemampuan
finansial, merupakan faktor-faktor penghambat penyediaan energi listrik dalam skala
nasional.
Selain hal tersebut diatas, makin berkurangnya ketersediaan sumber daya energi fosil,
khususnya minyak bumi, yang sampai saat ini masih merupakan tulang punggung dan
komponen utama penghasil energi listrik di Indonesia, serta makin meningkatnya kesadaran
akan usaha untuk melestarikan lingkungan, menyebabkan kita berpikir untuk mencari
alternatif penyediaan energi listrik yang memiliki karakter :
b. Dapat menyediakan energi listrik dalam skala lokal dan regional.
c. Mampu memanfaatkan potensi sumber daya energi
d. Ramah lingkungan, dalam artian proses produksi dan pembuangan hasil produksinya tidak merusak lingkungan hidup sekitarnya.
Sistem penyediaan energi listrik yang dapat memenuhi kriteria di atas adalah sistem
konversi energi yang memanfaatkan sumber daya energi terbarukan, seperti : matahari,
angin, air, biomas dan sebagainya (Djojonegoro, 1992). Tidak bisa dipungkiri bahwa
kencendrungan untuk mengembangkan dan memanfaatkan potensi sumber-sumber daya
energi yang terbarukan dewasa ini telah meningkat dengan pesat, khususnya di
negara-negara sudah berkembang yang telah menguasai rekayasa da teknologi serta mempunyai
dukungan finansial yang kuat. Oleh sebab itu, merupakan hal yang menarik untuk disimak
lebih lanjut, bagaimana peluang dan kendala pemanfaatan sumber-sumber daya energi
terbarukan ini di negara-negara sedang berkembang, khususnya di Indonesia. (sumber
:www.energi.lipi.go.id.cgi, juli 2011)
Seiring perkembangan zaman serta perubahan iklim saat ini mengubah cara pandang
tenteng pembangunan. Solusinya adalah energi terbarukan yang ramah lingkungan.
Energi angin sebagai energi terbarukan diyakini bisa menggantikan bahan bakar fosil.
Energi angin diprediksi dapat meningkatkan kualitas udara, mengurangi emisi gas-gas
rumah kaca yang menimbulkan pemanasan global, dan dampak-dampak lingkungan lainnya.
Meski secara umum potensi angin di Indonesia relatif rendah, dibeberapa wilayah terdapat
lokasi yang cukup potensial untuk dimanfaatkan. Dari evaluasi data potensi angin terdapat
energi angin untuk berbagai keperluan seperti pembangkit listrik dan pemompaan air.
Lokasi-lokasi potensial yang telah teridentifikasi sebagian besar berada di wilayah Nusa
Tenggara Timur, Nusa Tenggara Barat, Sulawesi Selatan, Sulawesi Utara, Maluku Tenggara
dan Barat, serta pantai selatan Jawa. Di lokasi-lokasi tersebut, kecepatan angin rata-rata
tahunan lebih dari 4,5 meter per detik. (sumber:Almuslim-beritateknologi.blogspot.com,
agustus 2011).
Oleh karena hal tersebut diatas, melalui tugas akhir ini melakukan penelitian dan
pengembangan energi yang terbarukan yang ramah lingkungan sehingga dapat diterima dan
berguna bagi masyarakat Indonesia pada umumnya.
1.2Perumusan Masalah
Pada tugas akhir ini akan diteliti dua buah model kincir angin jenis Savonius dengan
variasi pengarah dan tanpa pengarah. Kincir angin jenis Savonius mempunyai komponen
yang mudah dibuat dan dapat dikembangkan dengan menggunakan energi angin dengan
berbagai variasi kecepatan angin. Adapun dasar-dasar perumusan masalah dalam pembuatan
kincir angin jenis Savonius ini adalah :
1. Indonesia kaya akan potensi angin, namun belum termanfaatkan secara maksimal.
2. Angin merupakan energi yang mudah kita kita temukan, murah, kekal dan tidak
menimbulkan pencemaran udara.
3. Kincir angin jenis Savonius merupakan salah satu alternatif untuk mengembangkan
energi terbarukan sehingga potensi energi angin di Indonesia bisa di manfaatkan.
1.3Batasan Masalah
Untuk batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
b. Model kincir angin yang diteliti memiliki tiga sudu dengan sirip-sirip pengarah dan tanpa pengarah.
c. Variasi sudut kemiringan dengan pengarah, adalah 300 dan 450.
d. Variasi kecepatan angin disesuaikan dengan kapasitas terowongan angin yang digunakan untuk penelitian.
1.4Tujuan Penelitian
Penelitian ini diadakan dengan tujuan sebagai berikut :
1. Membuat dua model kincir angin tipe Savonius tanpa pengarah dan dengan sirip-sirip
pengarah 300 dan 450.
2. Mengetahui unjuk kerja kincir angin jenis Savonius.
3. Mengetahui pengaruh penggunaan sirip-sirip pengarah terhadap unjuk kerja kincir
angin.
1.5Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari tujuan penelitian kincir angin tipe Savonius ini adalah sebagai
berikut :
a. Menjadi sumber informasi mengenai unjuk kerja kincir angin tipe Savonius dengan variasi pengarah ataupun tidak.
b. Menjadi referensi baru bagi setiap orang terutama di daerah tentang kincir angin untuk memberdayakan potensi angin tepat guna.
c. Memanfaatkan energi angin sebagai salah satu alternatif energi terbarukan.
d. Menjadi sumber referensi untuk membantu penelitian akan hal yang serupa tentang kincir angin tipe Savonius yang lebih sempurna dimasa yang akan datang sehingga
BAB II
DASAR TEORI
2.1Konsep Dasar Angin
Angin merupakan udara yang bergerak yang diakibatkan oleh rotasi bumi dan adanya
perbedaan tekanan udara yang tinggi ke tekanan udara yang rendah di sekitarnya. Energi
angin merupakan sumber energi alternatif yang ramah lingkungan.
Angin memiliki hubungan yang erat dengan sinar matahari karena daerah yang terkena
banyak menerima sinar matahari akan memiliki suhu yang lebih tinggi serta tekanan udara
yang lebih rendah dari daerah lain di sekitarnya sehingga menyebabkan terjadinya aliran
udara. (sumber :organisasi.org./definesi, agustus 2011).
2.1.1 Faktor Terjadinya Angin
Adapun factor-faktor yang menyebabkan terjadinya adalah sebagai berikut:
a. Gradien Barometris
Bilangan yang menunjukkan perbedaan tekanan udara. Makin besar gradient
barometrisnya, makin cepat tiupan anginnya.
b. Letak Tempat
Kecepatan angin didekat khatulistiwa lebih cepat dari yang jauh dari garis khatulistiwa.
c. Tinggi Tempat
Semakin tinggi tempat, semakin kencang pula angin yang bertiup, hal ini disebabkan oleh
pengaruh gaya gesekan yang menghambat laju udara. Di permukaan bumi, gunung,
pohon, dan topografi yang tidak rata lainnya memberikan gaya gesekan yang besar.
d. Waktu
Disiang hari angin bergerak lebih cepat daripada dimalam hari.
( sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Angin#Faktor_terjadinya_angin, agustus 2011 )
2.1.2 Alat-alat Untuk Mengukur Angin
Alat-alat yang biasa digunakan untuk mengukur energi angin adalah :
1. Anemometer, adalah alat yang mengukur kecepatan angin.
2. Wind vane, adalah alat yang digunakan untuk mengetahui arah angin
3. Windsock, adalah alat untuk mengetahui arah angin dan memperkirakan besar kecepatan
angin, yaang biasanya banyak ditemukan dibandara-bandara.
(sumber :Intl.feedfurg.com/content/116689388-angin.html, agustus 2011)
2.2Kincir Angin
Kincir angin adalah sebuah mesin yang digerakkan oleh tenaga angin. Pada jaman dahulu
kincir angin biasanya digunakan untuk menumbuk biji-bijian dan memompa air untuk
mengairi sawah. Namun pada era jaman modern sekarang ini, kincir angin adalah sebuah
mesin yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik yang disebut dengan turbin angin.
Turbin angin kebanyakan ditemukan di Eropa dan Amerika
Utara.(sumber:id.wikipedia.org/wiki/kincir_angin, september 2011).
Awal mulanya kincir angin digunakan pada jaman Babilonia untuk penggilingan padi.
Penggunaan teknologi modern dimulai sekitar tahun 1930, diperkirakan ada sekitar 600.000
buah kincir angin untuk berbagai keperluan. Saat ini kapasitas daya yang dihasilkan angin
2.3Jenis-jenis Kincir Angin
Berdasarkan jenis posisi poros, ada dua jenis yaitu Horizontal Axis Wind
Turbin/HAWT/Poros mendatar dan Vertikal Axis Wind Turbin/VAWT/Poros tegak.
2.3.1 Vertikal Axis Wind Turbin/VAWT/Poros tegak
Vertikal Axis Wind Turbin/VAWT/Poros tegak berdasarkan posisi poros tegak terbagi
menjadi dua posisi yaitu :
1. Posisi poros tegak lurus dengan permukaan tanah.
2. Posisi poros tegak lurus dengan arah datangnya angin.
Turbin angin sumbu vertikal/tegak (TASV) memiliki poros/sumbu rotor utama yang
disusun tegak lurus. Kelebihan utama susunan ini adalah turbin tidak harus diarahkan ke
angin agar menjadi efektif. Kelebihan ini sangat berguna di tempat-tempat yang arah
anginnya sangat bervariasi. VAWT mampu memanfaatkan angin dari berbagai arah.
Dengan sumbu vertikal, generator serta gearbox bisa ditempatkan didekat tanah, sehingga
menara tidak perlu menyokongnya dan lebih mudah diakses untuk keperluan perawatan.
Turbin sumbu tegak ini sering dipasang lebih dekat ke dasar tempat turbin diletakkan,
seperti pada tanah atau puncak atap sebuah bangunan. Jika tinggi puncak menara yang
dipasangi kira-kira 50% dari tinggi bangunan , ini merupakan titik optimal bagi energi angin
yang maksimal dan angin yang minimal.(sumber:en.wikipedia.org/wiki/wind_turbin,
september 2011).
Turbin angin sumbu vertikal memiliki efisiensi lebih kecil dibandingkan dengan turbin
angin sumbu horizontal. Turbin sumbu vertikal yang biasa digunakan adalah Savonius dan
Darrieus.
Kelebihan TASV :
1. Tidak membutuhkan struktur menara yang lebih besar.
2. Sebuah TASV bisa diletakkan lebih dekat ke tanah, sehingga pemeliharaan
bagian-bagiannya yang bergerak jadi lebih mudah.
3. TASV memiliki tip speed ratio (perbandingan antara kecepatan putaran dari ujung
sebuah bilah dengan laju sebenarnya angin) yang lebih rendah sehingga lebih kecil
kemungkinannya rusak disaat angin berhembus sangat kencang.
4. TASV tidak harus dirubah posisinya jika arah angin berubah.
Kekurangan TASV :
1. Kebanyakan TASV memproduksi energi hanya 50% dari angin yang dikonversikannya.
2. TASV tidak mengambil keuntungan dari angin yang melaju lebih kencang dari tingkat
yang lebih tinggi.
3. Kebanyakan TASV mempunyai torsi awal yang rendah, dan membutuhkan energi untuk
mulai berputar.(sumber:en.wikipedia.org/wiki/wind_turbine, september 2011).
Beberapa jenis kincir angin poros Vertikal atau poros Tegak antara lain : Savonius,
Giromill dan Darrieus, seperti yang ditunjukkan Gambar 2.1.
(a) (b) (c) Gambar 2.1 Kincir Angin Poros Vertikal
(a) Savonius, (b) Giromill, (c) Darrieus
2.3.2 Horizontal Axis Wind Turbin/HAWT/Poros mendatar
Turbin angin sumbu horizontal (TASH) atau HAWT memiliki poros rotor utama dan
generator listrik. Turbin jenis ini biasanya dipasang diatas menara. Turbin berukuran kecil
diarahkan oleh sebuah baling-baling angin yang sederhana, sedangkan turbin berukuran besar
pada umumnya menggunakan sebuah sensor angin yang digandengkan kesebuah servo motor
agar turbin menghadap dan searah dengan angin.(sumber:Wikipedia.org/wiki/wind_turbine,
september 2011).
Energi angin yang ditangkap oleh bilah-bilah sudu menghasilkan putaran rendah. Oleh
karena itu sebagian besar turbin angin menggunakan gearbox(sistem transmisi) untuk
mengubah putaran rendah yang dihasilkan bilah sudu menjadi lebih cepat dan sesuai untuk
memutar generator.(sumber:www.planethijau.com/mod.php, september 2011).
Beberapa jenis kincir angin poros Horizontal atau poros Mendatar antara lain : American
windmill dan Rival calzoniI, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2
(a) (b) Gambar 2.2 Kincir Angin Poros Horizontal
(a) American windmill, (b) Rival calzoniI
2.3.2.1 Kincir Angin tipe Savonius
Savonius merupakan jenis turbin angin yang paling sederhana dan versi besar dari
anemometer. Turbin Savonius dapat berputar karena adanya gaya tarik(drag). Efisiensi yang
bisa dicapai turbin angin jenis ini sekitar 30%.
3.3.2.1 Kincir angin tipe Darrieus
Turbin angin tipe Darrieus mempunyai bilah sudu yang disusun simetri terhadap poros.
Pengaturan ini berfungsi agar efektif menangkap berbagi arah angin. Darrieus memanfaatkan
gaya angkat yang terjadi ketika angin bertiup. Bilah sudu turbin Darrieus bergerak berputar
mengelilingi sumbu.(sumber:www.planethijau.com/mod.php, september 2011).
Didalam tugas akhir ini kami melakukan penelitian kincir angin jenis poros tegak pada
kincir tipe Savonius.
2.4Rumus Perhitungan
Didalam analisa dan perhitungan unjuk kerja kincir angin diperlukan rumus dan
persamaan-persamaan sebagai berikut :
2.4.1 Energi dan Daya Angin
Energi yang terdapat pada angin adalah energy kinetik, sehingga dapat dirumuskan
sebagai berikut :
��= 0,5��2 (1)
Dimana :
Ek : energi kinetik, joule
v : kecepatan angin, m/s
Sedangkan daya adalah energi persatuan waktu (J/s), sehingga dari persamaan (1) dapat
dituliskan :
�� = 0,5�̇ �. 2 (2)
Dengan :
Pa : daya angin, watt
�̇ : massa udara yang mengalir dalam waktu tertentu, kg/s
V : kecepatan angin, m/s
Masa udara udara yang mengalir persatuan waktu adalah :
�̇= �.�.� (3)
Dengan :
� : massa jenis udara, kg/m3
A : luasan angin yang ditangkap kincir angin, m2
Dengan menggunakan persaman (3), maka daya angin (Pa) dapat dirumuskan menjadi:
�� = 0,5(���)�2, disederhanakan menjadi :
2.4.2 Perhitungan Daya kincir Angin
Daya kincir angin adalah daya yang dihasilkan oleh poros kincir akibat daya angin yang
melintasi sudu-sudu kincir. Daya kincir angin dipengaruhi oleh koefesien daya angin.
Menurut Albert Betz yang seorang ilmuan Jerman yang melakukan penelitian, didapatkan
efisiensi maksimum kincir angin yaitu sebesar 59,3%
(sumber:www.wikipedia.org/wiki/Betz_law, september 2011). Angka ini di sebut Betz Limit,
pada gambar 2.3 dibawah ini.
Gambar 2.3 Grafik Betz limit.
(sumber: www.wikipedia.org/wiki/Bet’z_law.)
Untuk menghitung daya kincir pada gerak melingkar pada umumnya dapat dituliskan :
Dengan :
T : torsi dinamis, Nm
� : kecepatan sudut, rad/s
Kecepatan sudut (ω) didapatkan dari:
� rpm =������������
=�2����/�����
60detik
�= ��
30�����rad/sekon
Sehingga daya yang di hasilkan oleh kincir dari Persamaan (5) dapat diubah menjadi :
�� =���30���detik/����� (6)
Dengan :
Pk : daya yang di hasilkan oleh kincir angin, watt
n : putaran poros, rpm
2.5.2 Torsi kincir
Torsi adalah perkalian vektor antara jarak sumbu putar dengan gaya yang berkerja pada
titik yang berjarak dari sumbu pusat. Dapat dirumuskankan :
Dengan :
T : torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros, Nm
F : gaya pada poros akibat puntiran, N
r : jari – jari cakram, m
2.6.2 Tip Speed Ratio
Tip speed ratio (tsr) adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir angin yang
berputar dengan kecepatan angin. Dirumuskan :
��� =�.�.�
30.� (8)
Dengan :
r : jari –jari kincir, m
n : putaran poros kincir tiap menit, rpm
v : kecepatan angin, m/s
2.7.2 Koefesien Daya (Cp)
Koefisien daya (Cp) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir (Pk)
dengan daya yang disediakan oleh angin (Pa), dapat dirumuskan sebagai berikut :
�� = ���
� 100% (9)
Dengan :
Pk : daya yang dihasilkan oleh kincir, watt
BAB III
METODE PENELITIAN
Pengambilan data untuk penelitian ini dilakukan di Laboratium Konversi Energi
Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang dimulai pada bulan
Oktober 2011 sampai dengan bulan Nopember 2011.
3.1Peralatan dan bahan
Model kincir angin Savonius yang dibuat dapat dilihat seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 3.1.
Komponen-komponen kincir angin :
1. Pelat batas sudu
2. Sudu Kincir
3. Bilah penguat
Gambar 3.1 Kincir Angin Savonius 1
Pada kincir angin model Savonius yang disajikan pada Gambar 3.1 memiliki
beberapa bagian antara lain :
1. Pelat batas sudu
Pelat untuk dudukan ini berjumlah tiga buah yaitu di atas, tengah dan bawah. Pelat
tumpuan ini berfungsi sebagai tempat meletakkan sudu, sudu akan menempel pada
tempat yang sudah ditentukan. Untuk menguatkan penempelan sudu dilem dan dijepit
menggunakan baut. Bahan pelat batas sudu ini terbuat dari triplek setebal 4 mm dan
diameter 60 cm, seperti pada gambar 3.2.
Gambar 3.2 Pelat batas sudu
2. Sudu kincir
Seperti pada umumnya, sudu kincir ini berfungsi untuk menangkap angin yang
datang melintasi kincir. Pada bagian atas dan bawah sisi sudu ditopang oleh bilah-bilah
penguat, fungsinya adalah untuk menguatkan bentuk lengkungan sudu dan sebagai
tempat yang akan dilem dan dibaut. Material yang dipakai adalah pelat seng setebal 0,2
Gambar 3.3 Sudu kincir
3. Poros
Poros adalah alat yang berfungsi sebagai pusat putaran kincir dan juga penopang
kincir saat berputar. Disamping itu juga poros juga berfungsi mentransmisikan putaran
kincir. Material yang dipakai adalah pipa PVC 1 inch dan panjang poros 120 cm, seperti
pada gambar 3.4.
Gambar 3.4 Poros kincir
4. Sirip-sirip pengarah
Sirip-sirip pengarah adalah komponen yang berfungsi mangarahkan aliran angin
yang melintasi kincir. Sirip-sirip pengarah ini dapat divariasikan sudutnya. Material yang
digunakan untuk sirip-sirip pengarah ini adalah triplek setebal 4 mm, pengarah berbentuk
pelat persegi panjang , dengan ukuran 10 cm x 90 cm dan dipasang pada lingkar terluar
Gambar 3.5 Sirip-sirip Pengarah
3.2Objek penelitian
Objek dalam penelitian ini adalah tiga variasi model kincir angin Savonius satu
tingkat tiga sudu. Salah satu variasi model kincir angin yang diteliti dilengkapi pengarah
pada lingkar terluar kincir berjumlah delapan sirip, kedua dengan tanpa dilengkapi
pengarah. Dua variasi lainnya menggunakan sirip pengarah yang masing-masing dengn
sudut sudut pengarah 300 dan 450.
Didalam proses pengambilan data digunakan beberapa peralatan dan sarana
pendukung antara lain :
1. Terowongan angin
Terowongan Angin atau wind tunnel adalah sebuah lorong yang berukuran 1,2 m ×
1,2 m × 2,4 m yang berfungsi sebagai penangkap angin yang dihisap oleh fan blower
3.6. Kecepatan angin divariasikan dengan cara mengatur jarak antara wind tunnel dan
blower sesuai keinginan.
Gambar 3.6 Terowongan angin
2. Fan blower
Blower adalah sebuah alat yang berfungsi untuk menghisap dan menurunkan tekanan
angin di dalam terowongan angin sehingga angin dapat berhembus dengan kecepatan
tertentu. Blower digerakkan oleh motor listrik berdaya 5,5 Kw. Transmisi yang
digunakan untuk meneruskan dari motor ke fann blower menggunakan sabuk dan puli,
seperti ditunjukkan pada Gambar 3.7.
3. Anemometer
Anemometer adalah alat pengukur kecepatan angin sesuai dengan data yang
dibutuhkan didalam terowongan angin. Selain itu, anemometer dapat pula digunakan
untuk mencatat waktu, sehingga memudahkan pencatatan data pada waktu yang
ditentukan. Alat ini terdiri dari dua komponen utama, yaitu sensor elektrik yang
diletakkan di depan terowongan angin dan modul digital yang menterjemahkan data dari
sensor kemudian ditampilkan pada layar digital seperti yang ditunjukkan pada Gambar
3.8.
Gambar 3.8 Anemometer
4. Takometer
Takometer (tachometer) adalah alat yang berfungsi sebagai pengukur kecepatan
putaran poros kincir angin sesuai dengan data yang dibutuhkan. Peralatan ini prinsip
kerjanya berdasarkan pantulan yang diterima sensor dari reflektor yang dapat berupa
aluminium foil atau benda yang dapat memantulkan cahaya dan dipasang pada poros
Gambar 3.9 Takometer
5. Neraca pegas
Neraca pegas digunakan untuk mengukur beban pengimbang torsi dinamis disaat
kincir berputar, neraca pegas dihubungkan pada lengan ayun dengan lengan ayun yang
telah ditentukan. Peralatan ini seperti terlihat pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10 Neraca pegas
6. Lampu pembebanan
Lampu digunakan untuk memberikan efek pengereman atau pembebanan pada poros
kincir yang berputar. Lampu berjumlah 27 buah lampu yang disusun secara paralel,
Gambar 3.11 Lampu pembebanan
7. Generator
Generator adalah alat yang digunakan untuk mengubah energi mekanik putaran poros
menjadi energi listrik, generator dihubungkan melalui sabuk dan puli. Generator ini
berfungsi membangkitkan energi listrik untuk menyalakan rangkaian lampu pembebanan
dan juga berfungsi untuk memberikan efek pengereman dalam penelitian.torsi yang
dihasilkan. Seperti terlihat pada Gambar 3.12.
8. Kabel Listrik
Kabel berfungsi sebagai penghantar arus listrik dari generator dengan beban lampu
yang digunakkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.13.
Gambar 3.13 Kabel Listrik
3.3Variabel penelitian
Beberapa variabel penelitian yang harus ditetapkan sebelum melakukan penelitian
adalah sebagai berikut:
a. Variasi sirip-sirip pengarah : tanpa sirip pengarah, dengan sirip pengarah 300 dan 450.
b. Variasi kecepatan angin : setiap data diambil dalam lima variasi kecepatan angin.
c. Variasi pembebanan : tanpa beban lampu dan dengan beberapa variasi beban lampu.
3.4Variabel data yang di ambil
Variabel yang diambil dalam pengambilan data antara lain :
1. Kecepatan angin (v)
3. Gaya pengimbang (F)
4. Temperatur udara (T)
3.5Variabel yang di hitung
Setelah mendapatkan hasil dari data-data diatas, maka dapat dihitung karakteristik
kincir angin yang meliputi :
1. Daya yang disediakan angin (Pa)
2. Daya yang dihasilkan kincir (pk)
3. Torsi pada poros kincir (T)
4. Koefisien daya (Cp)
5. Tip Speed Ratio (tsr)
3.6Langkah-langkah percobaan
Langkah pertama yang dilakukan dalam pengambilan data penelitian ini adalah
memposisikan kincir angin yang akan diuji ke dalam terowongan angin (lihat Gambar
3.14). Pengambilan data kecepatan angin, torsi, dan temperatur dilakukan secara
Gambar 3.14 posisi kincir angin didalam terowongan
Selanjutnya pengambilan data dapat dilakukan dengan langkah-langkah berikut :
1. Memasang neraca pegas serta pengaitnya pada tempat yang telah ditentukan
seperti pada Gambar 3.15 dibawah ini :
2. Memasang tali pengait yang menghubungkan antara generator dengan neraca
pegas seperti pada Gambar 3.16.
Gambar 3.16 Tali pengait pada generator
3. Memasang sensor elektrik anemometer serta modul digital tepat didepan kincir
angin didalam terowongan angin pada tempat yang telah ditentukan. Lihat
Gambar 3.17.
4. Menghubungkan rangkaian lampu dengan generator menggunakan kabel yang
telah disiapkan dan kondisi lampu sebelumnya pada kondisi off .
5. Menempatkan posisi takometer pada tempat yang telah ditentukan seperti Gambar
3.18.
Gambar 3.18 Posisi Takometer
6. Mengatur sudut kemiringan sudu sesuai yang telah ditentukan.
7. Jika semua sudah siap, fan blower dinyalakan untuk menghembuskan angin pada
terowongan angin.
8. Mengatur kecepatan angin dalam terowongan angin dengan cara merubah jarak
fan blower terhadap terowongan angin, diperlukan beberapa saat agar kondisi
angin konstan.
9. Bila kecepatan angin dan variasi beban telah sesuai dengan yang diinginkan
maka, pengambilan data dapat dimulai dari pembacaan kecepatan angin pada
dengan takometer, dan yang terakhir pembacaan beban untuk penghitungan torsi
dinamis pada neraca pegas.
10.Mencatat hasil pengamatan
11.Langkah 1 sampai 10 di ulang lagi sampai lima variasi kecepatan dengan
BAB IV
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1Data Hasil Percobaan
Data hasil penelitian didapatkan dari pengambilan data torsi pada kincir angin tanpa
pengarah dan variasi kincir angin dengan pengarah 300 dan variasi kincir angin dengan pengarah 450. Pengujian dilakukan dengan variasi angin mulai dari kecepatan angin rata-rata 4,1 m/s sampai dengan 5,94 m/s hingga kincir berhenti berputar. Untuk setiap variasi
percobaan dilakukan lima kali variasi kecepatan rata-rata angin, dengan cara mengatur jarak
blower terhadap terowongan angin yaitu kurang lebih 3 cm untuk setiap perubahan posisi.
Posisi 0 berarti tidak ada jarak antara blower dan terowongan angin atau pada posisi rapat,
posisi 1 berarti blower telah dimundurkan kurang lebih 3 cm, posisi 2 berarti blower telah
dimundurkan pada jarak yang lebih jauh dari posisi 1 yaitu kurang lebih 6 cm, dan begitu
pula untuk posisi 3,4 hingga 5. Dari penelitian diperoleh data yang dapat dilihat pada Tabel
4.1 hingga Tabel 4.3.
4.2Pengolahan Data dan Hasil Perhitungan
Dari hasil data percobaan yang telah dilakukan, perhitungan dapat disajikan pada contoh
perhitungan untuk kincir angin tanpa pengarah tanpa pembebanan dan jarak antara blower
dengan terowongan angin pada kondisi rapat. Dari hasil percobaan tersebut diketahui
kecepatan angin 6,92 m/s, putaran porosnya 336,90 rpm, pembebanan 490 gr dan suhu
Tabel 4.1 Data percobaan kincir angin tanpa pengarah
Tabel 4.2 Data percobaan kincir angin dengan pengarah 30o.
Tabel 4.2 Data percobaan kincir angin dengan pengarah 300.(lanjutan)
Tabel 4.3 Data percobaan kincir angin dengan pengarah 450.
Table 4.3 Data percobaan angin dengan pengarah 450. (lanjutan)
No. Posisi blower Kecepatan angin massa udara Putaran poros Beban suhu (m/s) (kg/m³) (rpm) (gram) (°C)
Contoh perhitungan untuk kincir angin dari tabel diatas ditunjukkan pada Sub Bab 4.2.1.
4.2.1 Perhitungan daya angin
Untuk menghitung daya yang dihasilkan angin dapat dihitung dengan Persamaan 4 pada
Sub Bab 2.4.1 yaitu :
�� = 0,5.�.�.�3
dengan :
Pa : daya angin, watt
� : massa jenis udara, kg/m3
v : kecepatan angin, m/s
nilai massa udara (�) diketahui dengan cara interpolasi dari tabel massa jenis yang ada pada
lampiran, sebagai contoh perhitungan daya angin dari data Tabel 4.1, dari data suhu udara
29,100C maka � = 1,17 kg/m3. Besarnya luas penampang (A) dapat diketahui dengan persamaan :
A = d . t
dengan :
d : diameter kincir angin, m
t : tinggi kincir angin, m
maka dengan diameter kincir angin 0,6 m dan tinggi kincir angin 0,85 m, maka daya angin
(Pa) sebesar :
Pa = 0,5 . � . d . t .v3
Pa = 0,5 (1,17 kg/m3) (0,6 m) (0,85 m) (6,92 m/s)3
Pa = 98,82 W
Jadi daya angin (Pa) didapatkan sebesar 98,82 watt.
4.2.2 Perhitungan torsi
Untuk mengetahui nilai torsi yang dihasilkan kincir angin dapat dihitung dengan
T : r . F
dengan :
T : Torsi akibat putaran poros kincir, Nm
r : Jarak lengan ke poros, m
F : Gaya pengimbang, N
Untuk gaya pengimbang (F) dapat dicari dengan persamaan :
F = m . a
dengan :
m : masa yang ditunjukkan pada neraca pegas, kg
a : percepatan gravitasi, m/s2
Dengan jarak lengan 0,2 m dan percepatan gravitasi sebesar 9,81 m/s2, maka besarnya gaya pengimbang (F) adalah :
T = r . m . a
T = (0,2 m) (0,49 kg) (9,81 m/s2)
T = 0.96 Nm
Jadi nilai torsi (T) kincir angin yang didapatkan adalah 0,96 Nm.
4.2.3 Perhitungan daya kincir
�� = �2��60
dengan :
Pk : daya yang di hasilkan oleh kincir angin, watt
T : torsi kincir angin, Nm
n : putaran poros kincir angin, rpm
maka dengan torsi kincir 0,96 Nm dan putaran poros kincir 336,90 rpm besarnya daya kincir
adalah :
�� =���30
�� = 0,96 Nm3,14(33630 ,90)
�� = 33,9 watt
Jadi daya kincir angin (Pk) yang dihasilkan adalah 33,9 watt.
4.2.4 Perhitungan tip speed ratio
Untuk mengetahui besarnya perbandingan kecepatan ujung kincir dengan kecepatan
angin tau tip speed ratio dapat diketahui dengan Persamaan 8 pada Sub Bab 2.6.2 yaitu :
���
=
�.�.�30.�
dengan :
n : putaran poros kincir angin, rpm
v : kecepatan angin, m/s2
maka dengan jari-jari kincir 0,3 m, putaran poros kincir angin 336,90 rpm dan kecepatan
angin 6,92 m/s2 adalah :
���
=
�.�.�30.�
���
=
3,14(0,3)(336,90)30(6,92)
���
=
1,53Jadi besar tsr yang didapatkan sebesar 1,53.
4.2.5 Perhitungan koefisien daya (Cp)
Untuk mengetahui perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir angin (Pk)
dengan daya yang dihasilkan oleh angin (Pa), dapat dicari dengan Persamaan 11 pada Sub
Bab 2.3.5 yaitu :
�� = ���� 100%
dengan :
Cp : koefisien daya, %
Pk : daya yang dihasilkan oleh kincir, watt
maka dengan daya kincir 33,90 watt dan daya angin 98,82 watt maka besarnya koefesien
daya adalah :
�
�=
����
100%
�
�=
33,90����98,82����
100%
�� = 34,3%
Jadi koefesien daya (Cp) yaitu sebesar 34,3%.
4.3Data Hasil Perhitungan
Dengan menggunakan langkah perhitungan seperti pada Sub Bab 4.2 diatas, maka untuk
hasil perhitungan dan pengolahan data yang lain dapat disajikan dalam Tabel 4.4 sampai
Tabel 4.4 Data hasil perhitungan kincir angin tanpa pengarah
No Posisi blower
Tabel 4.5 Data hasil perhitungan kincir angin dengan pengarah 300.
No Posisi blower
Tabel 4.5 Data hasil perhitungan kincir angin dengan pengarah 300.(lanjutan)
No Posisi blower
Tabel 4.6 Data hasil perhitungan kincir angin dengan pengarah 450
No Posisi blower
Table 4.6 Data hasil perhitungan kincir angin dengan pengarah 450.(lanjutan)
No Posisi blower
Torsi Daya Angin Daya kincir Koefesien daya tsr
4.4Grafik Hasil Perhitungan
Dari data hasil penelitian dan perhitungan, maka dapat dibuat beberapa grafik hubungan
antara torsi dan daya kincir, torsi dan putaran poros, serta Cp dan tsr untuk setiap variasi.
4.4.1 Grafik untuk variasi kincir angin tanpa pengarah
a. Grafik Hubungan Putaran Poros dan Torsi
Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.4 maka dapat dibuat grafik
hubungan putaran poros (rpm) dan torsi yang dihasikan kincir angin untuk variasi kincir
angin tanpa pengarah, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.1. Dari grafik tersebut dapat
dilihat bahwa besarnya putaran poros berbanding terbalik dengan torsi yang dihasilkan
Gambar 4.1 Grafik hubungan putaran poros dan torsi untuk variasi kincir tanpa pengarah
b. Grafik Hubungan Daya kincir dan Torsi
Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.4 maka dapat dibuat grafik
hubungan daya kincir dan torsi yang dihasikan kincir angin untuk variasi kincir angin tanpa
pengarah, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.2. Dari grafik tersebut dapat dilihat
bahwa hubungan daya kincir dengan torsi yang dihasilkan membentuk kurva polinomial
Gambar 4.2 Grafik hubungan daya kincir dan torsi untuk variasi kincir tanpa pengarah
c. Grafik hubungan Cp dan tsr
Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.4 maka dapat dibuat grafik
hubungan Cp (power coefficient)dan tsr (tip speed ratio) yang dihasikan kincir angin untuk
variasi kincir angin tanpa pengarah, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.3. Dari grafik
tersebut dapat dilihat bahwa hubungan koefesien daya dengan tsr yang dihasilkan
membentuk kurva polinomial yang mencapai puncak pada koefesien daya 0,33 dengan tsr
Gambar 4.3 Grafik hubungan Cp dan tsr untuk variasi kincir tanpa pengarah
4.4.2 Grafik untuk variasi kincir angin dengan pengarah 300
a. Grafik Hubungan Putaran Poros dan Torsi
Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.5 maka dapat dibuat grafik
hubungan putaran poros(rpm) dan torsi yang dihasilkan kincir angin untuk variasi kincir
angin dengan sirip-sirip pengarah bersudut 300, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.4. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa pada kecepatan angin 5,94 m/s menghasilkan
putaran poros kurang lebih 220 rpm dan menghasilkan torsi sebesar 7 kg atau 0,68 Nm.
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80
Cp
Gambar 4.4 grafik hubungan putaran poros dan torsi
untuk variasi kincir dengan pengarah 30o
b. Grafik Hubungan Daya Kincir dan Torsi
Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.5 maka dapat dibuat grafik
hubungan daya kincir dan torsi yang dihasilkan kincir angin untuk variasi kincir angin
dengan sirip-sirip pengarah bersudut 300, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.5. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa pada kecepatan angin 5,94 m/s menghasilkan torsi
sebesar 7 kg atau 0,68 Nm dan menghasilkan daya kincir sebesar 25 watt.
Gambar 4.5 Grafik hubungan daya kincir dan torsi untuk variasi kincir dengan
pengarah 300
c. Grafik Hubungan Cp dan tsr
Berdasarkan hasil perhitungan yang dihasilkan pada Tabel 4.5 maka dapat dibuat grafik
hubungan Cp(power coefficient) dan tsr(tip speed ratio) yang dihasilkan kincir angin untuk
variasi kincir angin pengarah 300, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.6. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa pada koefesien daya 0,32 dihasilkan perbandingan kecepatan
di ujung sudu kincir angin dengan kecepatan angin kurang lebih 0,59.
Gambar 4.6 Grafik hubungan Cp dan tsr untuk variasi kincir dengan pengarah 300
4.4.3 Grafik untuk variasi kincir dengan pengarah 450
a. Grafik Hubungan Putaran Poros dan Torsi
Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.5 maka dapat dibuat grafik
hubungan putaran poros(rpm) dan torsi yang dihasilkan kincir angin untuk variasi kincir
angin dengan sirip-sirip pengarah bersudut 450, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.4. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa pada kecepatan angin 5,94 m/s menghasilkan
putaran poros kurang lebih 180 rpm dan menghasilkan torsi sebesar 8 kg atau 0,78 Nm.
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20
Cp
Gambar 4.7 Grafik hubungan putaran poros dan torsi
untuk variasi kincir dengan pengarah 450
b. Grafik Hubungan Daya Kincir dan Torsi
Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.6 maka dapat dibuat grafik
hubungan daya kincir dan torsi yang dihasilkan kincir angin untuk variasi kincir angin
dengan sirip-sirip pengarah bersudut 450, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.8. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa pada kecepatan angin 5,94 m/s kincir angin
menghasilkan torsi sebesar 8 kg atau 0,78 Nm dan menghasilkan daya kincir sebesar .
Gambar 4.8 Grafik hubungan daya kincir dan torsi
untuk variasi kincir dengan pengarah 450
c. Grafik Hubungan Cp dan tsr
Berdasarkan hasil perhitungan yang dihasilkan pada Tabel 4.5 maka dapat dibuat grafik
hubungan Cp(power coefficient) dan tsr(tip speed ratio) yang dihasilkan kincir angin untuk
variasi kincir angin pengarah 450, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.9. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa pada koefesien daya 0,32 dihasilkan perbandingan kecepatan
di ujung sudu kincir angin dengan kecepatan angin kurang lebih 0,59.
Gambar 4.9 Grafik hubungan Cp dan tsr untuk variasi kincir dengan pengarah 450
4.5Pembahasan
Pada tugas akhir telah berhasil membuat kincir angin model Savonius. Dari hasil
penelitian ini telah berhasil membuat kincir angin model Savonius tiga sudu dengan
memvariasikan sirip-sirip pengarah. Penggunaan sirip-sirip pengarah ini untuk mengetahui
perbandingan unjuk kerja kincir pada variasi sirip-sirip pengarah berapakah yang terbaik
maupun tanpa sirip-sirip pengarah. Seperti telah diketahui sebelumnya bahwa kincir angin
berfungsi mengkonversikan energi kinetik dari angin. Kemudian sudu-sudu kincir tersebut
mengubah energi kinetik menjadi energi mekanik yang dapat digunakan untuk berbagai
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20
Cp
keperluan, misalnya dihubungkan ke generator untuk menghasilkan listrik atau dihubungkan
ke pompa untuk memompa air.
Untuk memperoleh data torsi kincir angin diberikan variasi pembebanan. Pemberian
pembebanan ini berfungsi untuk memberikan efek pengereman pada poros kincir. Beban
yang diberikan mempunyai arah yang berlawanan dengan arah putaran poros sehingga gaya
yang berlawanan inilah yang manjadi data torsi pada kincir angin.
Dari data perhitungan dapat diketahui pengaruh unjuk kerja sirip-sirip pengarah terhadap
kincir. Dari hasil penelitian dengan memvariasikan ketiga jenis kincir angin yaitu variasi
kincir angin tanpa pengarah, kincir angin dengan sirip-sirip pengarah bersudut 300 dan kincir angin dengan sirip-sirip pengarah bersudut 450. Dari hasil perhitungan diketahui yaitu kincir tanpa pengarah dengan koefesien daya sebesar 35 % pada kecepatan angin 6,83 m/s, kincir
angin dengan pengarah 300 mempunyai koefisien daya sebesar 32 % pada kecepatan angin 5,22 m/s, dan pada kincir angin dengan pengarah 450 mempunyai koefisien daya sebesar 33 % pada kecepatan angin 4,98 m/s. Dari data tersebut diketahui bahwa sirip-sirip memberi
perbandingan unjuk kerja dari sebuah kincir yang cukup tidak terlalu jauh berbeda dari kincir
tanpa pengarah dengan variasi sirip-sirip pengarah.
Dari grafik Betz Limit diketahui bahwa koefisien daya kincir angin Savonius tertinggi
adalah sebesar 31 %, namun pada penelitian ini data yang diperoleh menunjukkan koefisien
tertinggi sebesar 35 %. Hal ini dimungkinkan adanya beberapa hal, diantaranya ukuran
kincir, pembuatan bahan kincir dan penambahan bagian over lap yang membantu pergerakan
angin keluar dari sudu dan masuk ke sudu lainnya.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1Kesimpulan
Dari pengujian kincir angin model kincir Savonius yang telah dilakukan, maka dapat di
ambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Telah dapat dibuat model kincir angin Savonius dengan memvariasikan sirip-sirip
pengarah.
2. Koefisien daya maksimal yang dihasilkan model kincir angin Savonius tanpa pengarah
adalah sebesar 35 % dengan nilai tsr 0,68. Koefisien daya maksimal yang dihasilkan
model kincir angin Savonius dengan pengarah 300 adalah sebesar 32 % dengan nilai tsr 0,59. Koefisien daya maksimal yang dihasilkan model kincir angin Savonius dengan
pengarah 450 adalah sebesar 33 % dengan nilai tsr 0,67.
3. Dari hasil pengujian penggunaan sirip-sirip pengarah berpengaruh negatif terhadap unjuk
kerja kincir angin.
5.2Saran
Beberapa hal yang penting untuk diperhatikan setelah dari penelitian ini untuk bahan
acuan penelitian mendatang adalah sebagai berikut :
1. Diperlukan penelitian lebih lanjut untuk penggunaan sirip-sirip pengarah dengan
2. Kepresisian dalam membuat kincir perlu diperhatikan untuk mendapatkan hasil yang
Daftar Pustaka
Johnson, G.L. 2006. Wind Energy System. Manhattan. Diakses : 12 Agustus 2011.
www.gjohnson@ksu.edu.com.
Johnson, G.L. 1997. The Search for A New Energy Source. Manhattan. Diakses : 12 Agustus
2011. www.gjohnson@ksu.edu.com.
Pudjanarsa, Astu., Djati Nursuhud. 2008. Mesin Konversi Energi. Yogyakarta: Penerbit Andi Yogyakarta.
www.energi.lipi.go.id.cgi.
Almuslim-beritateknologi.blogspot.com.
organisasi.org./defines.
http://id.wikipedia.org/wiki/Angin#Faktor_terjadinya_angin
Intl.feedfurg.com/content/116689388-angin.html.
sumber:id.wikipedia.org/wiki/kincir_angin.
sumber:berita-iptek.blogspot.com.
www.windturbine1.blogspot.com
www.fineartamerica.com.
Lampiran 1 Tabel Sifat Udara
vii
INTISARI
Kebutuhan energi terutama energi listrik didunia saat ini berkembang pesat seiring dengan perkembangan jaman dan teknologi sehingga ketersediaan energi didunia mengalami penipisan khususnya energi dari fosil yang tidak dapat diperbarui maka diperlukan sumber energi baru yang terbarukan dan ramah lingkungan. Salah satu energi terbarukan yang dapat dikembangkan yaitu energi angin dengan ketersediaan yang melimpah dan ramah lingkungan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan unjuk kerja model kincir angin Savonius satu tingkat dan mrngetahui penambahan variasi sirip-sirip pengarah pada lingkar terluarnya.
Model variasi pertama adalah kincir angin Savonius tanpa pengarah, model variasi kedua dengan penambahan sirip-sirip pengarah bersudut 300, dan model variasi ketiga dengan penambahan sirip-sirip pengarah bersudut 450. Jumlah pengarah yang digunakan sebanyak delapan buah berbentuk pelat persegi panjang dengan ukuran 10 cm x 90 cm dan dipasang pada lingkar terluar kincir. Dalam pengujiannya setiap kincir angin diuji untuk mengetahui torsi, putaran poros, daya kincir, dan koefesien daya.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa koefisien daya maksimal diperoleh dengan model kincir angin Savonius tanpa berpengarah, yaitu 35 % pada tip speed ratio (tsr) 0,68. Model kincir angin tanpa pengarah ini menghasilkan daya 32,87 watt pada kecepatan angin 6,83 m/s dengan torsi 2.13 Nm. Model kincir angin berpengarah 450, menghasilkan koefisien daya maksimal 33% pada tip speed ratio
(tsr) 0,67. Model kincir angin berpengarah 450 ini menghasilkan daya 12,19 watt pada kecepatan angin 4,98 m/s dengan torsi 1,10 Nm. Model kincir angin berpengarah 300 menghasilkan koefisien daya maksimal 32 % pada tip speed ratio
(tsr) 0,59. Model kincir angin berpengarah 300 ini menghasilkan daya 13,57 watt pada kecepatan angin 5,22 m/s dengan torsi 1,31 Nm.
