UNJUK KERJA KINCIR ANGIN SAVONIUS DUA TINGKAT DENGAN EMPAT VARIASI POSISI SUDUT SUDU

(1)

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN SAVONIUS DUA TINGKAT

DENGAN EMPAT VARIASI POSISI SUDUT SUDU

SKRIPSI

Diajukan Sebagai Salah Satu Persyaratan Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Disusun oleh :

ALBERTUS SIGIT ANDRIYANTO NIM : 155214053

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(2)

ii

THE PERFORMANCE OF SAVONIUS WINDMILL TWO

STAGE WITH FOUR POSITION ANGLE BLADE

VARIATIONS

FINAL PROJECT

Presented as partitial fullfilment of the requirement to obtain Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

Presented by :

ALBERTUS SIGIT ANDRIYANTO Student Number : 155214053

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

(3)

iii

VARIATIONS

FINAL PROJECT

Presented as partitial fullfilment of the requirement to obtain Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

Presented by :

ALBERTUS SIGIT ANDRIYANTO Student Number : 155214053

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

(4)

(5)

(6)

(7)

vii

minyak bumi, gas dan batu bara sangat berdampak pada kehidupan manusia. Perlu pengembangan energi terbarukan seperti pembangkit listrik tenaga angin yang ramah lingkungan dan tidak pernah habis untuk mengurangi penggunaan energi fosil. Kincir angin Savonis adalah salah satu model kincir angin vertikal yang cocok digunakan di Indonesia yang memiliki kecepatan angin relatif rendah. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik kincir angin Savonius dan mengetahui unjuk kerja terbaik dari variasi yang diteliti.

Penelitian ini menggunakan kincir angin Savonius dua tingkat. Pengujian dilakukan menggunakan sumber angin yang berasal dari fan blower dengan kecepatan angin 7,5 m/s. Variasi penelitian dilakukan dengan mengubah salah satu tingkat hingga posisi sudut sudu 0°, sudut 30°, sudut 60°, dan sudut 90°. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma.

Dari ke empat variasi yang telah diteliti didapatkan model kincir angin sudut 0° menghasilkan koefisien daya (Cp) maksimal sebesar 3,40% dengan nilai tip

speed rasio (λ) sebesar 0,519, kincir angin sudut 30° menghasilkan koefisien daya

(Cp) maksimal sebesar 3,29% dengan nilai tip speed rasio (λ) sebesar 0,521, kincir

angin sudut 60° mendapatkan koefisien daya (Cp) maksimal sebesar 3,22% dengan

nilai tip speed rasio (λ) sebesar 0,527 dan kincir angin sudut 90° menghasilkan koefisien daya maksimal (Cp) sebesar 3,18% dengan nilai tip speed rasio (λ)

sebesar 0,539. Unjuk kerja terbaik ditunjukan pada kincir angin sudut 0° dengan koefisien daya (Cp) maksimal sebesar 3,40% pada nilai tip speed rasio (λ) sebesar

0,519.

(8)

viii ABSTRACT

Increased energy needs and limited fossil energy sources such as petroleum, gas, and coal greatly affect human life. There is a need to develop renewable energy such as wind power plants that are environ mentally friendly and never run out to reduce the use of fossil energy. The Savonis windmill is one of the vertical windmill models suitable for use in Indonesia which has a relatively low wind speed. This study aims to determine the characteristics of Savonius windmills and determine the best performance of the variations studied.

This study uses two stage Savonius windmills. Tests carried out using wind sources derived from fan blowers with wind speeds of 7.5 m / s. Variations in research carried out by changing one level up to 0 ° angle, 30 ° angle, 60 ° angle, and 90 ° angle. This research was conducted at the Mechanical Engineering Energy Conversion Laboratory, Sanata Dharma University.

Of the four variations studied, it was found that the windmill angle model 0 ° produces a maximum power coefficient (Cp) of 3.40% with an tip speed ratio

(λ) of 0.519, an angle windmill of 30 ° produces a maximum power coefficient (Cp)

of 3, 29% with an tip speed (λ) value of 0.521, an angle windmill of 60 ° gets a maximum power coefficient (Cp) of 3.22% with an tip speed ratio (λ) of 0.527 and

a windmill angle of 90 ° produces a maximum power coefficient (Cp) 3.18% with

an tip speed ratio value (λ) of 0.539. The best performance is shown in an angle windmill of 0 ° with a maximum power coefficient (Cp) of 3.40% at an tip speed

ratio (λ) of 0.519.

(9)

ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur senantiasa penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala berkat dan karunia-Nya, sehingga Skripsi ini dapat terlaksana dengan lancar serta penulis dapat menyelesaikan naskah Skripsi yang berjudul “Unjuk Kerja Kincir Angin Savonius Dua Tingkat Dengan Empat Variasi Posisi Sudut Sudu”. Skripsi ini disusun sebagai syarat kelulusan pada program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

Penyusunan Skripsi ini tidak lepas dari bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada :

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

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

3. Ir. Rines, M.T. selaku dosen pembimbing yang telah banyak membantu dan memberikan bimbingan dalam proses pengerjaan Skripsi ini.

4. Doddy Purwadianto, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing akademik yang telah memberikan dukungan selama proses pengerjaan Skripsi ini.

5. Seluruh dosen dan laboran Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma, yang telah memberikan pengetahuan selama kuliah. 6. Keluarga tercintaMateus Suroto, Martinia Emi Titin dan Stepania Subekti yang telah memberikan doa dan dukungan yang diberikan baik secara moral maupun material yang tak ternilai harganya.

7. Teman dan sahabat : Wahyu Setyaji, Ganang Darmanto, Winih Arga Christian, Gregorius Widyatmoko, Josua Abhimukti, Daniel Pakpahan, Robertus Landung, Natan Andang P, Julianto Tomas Geraldo, Andriana Nathalia, Chritina Astuti dan teman-teman angkatan 2015 Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma atas bantuan dan kebersamaan kita selama ini.

(10)

(11)

xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

TITTLE PAGE ... ii

HALAMAN PERSETUAJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI... ivi

ABSTRAK ... vi

ABSTRACT ... viii

KATA PENGANTAR ... ix

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR TABEL ... xiv

DAFTAR GAMBAR ... xv

DAFTAR LAMPIRAN ... xvii

BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 3 1.3 Tujuan Penelitian ... 3 1.4 Batasan Masalah ... 3 1.5 Manfaat Penelitian ... 4

BAB II LANDASAN TEORI DAN TINJAUAN PUSATAKA ... 5

2.1 Konsep dasar Angin ... 5

2.2 Kincir Angin ... 6

2.2.1 Kincir Angin Sumbu Vertikal ... 6

2.2.2 Kincir Angin Sumbu Horizontal ... 9

2.3 Rumus Perhitungan ... 11

2.3.1 Daya Angin ... 11

2.3.2 Torsi Kincir Angin ... 12

2.3.3 Daya Kincir Angin...13

(12)

xii

2.3.5 Koefisien Daya ... 15

2.4 Tinjauan Pustaka ... 16

BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 18

3.1 Objek Penelitian... 18

3.2 Alat Dan Bahan Pembuatan Kincir Angin... 19

3.2.1 Alat ... 19

3.2.2 Bahan ... 19

3.2.3 Alat Bantu Penelitian ... 20

3.3 Tipe Sudu ... 23

3.4 Variasi Penelitian ... 23

3.5 Metodologi Penelitian ... 25

3.6 Tata Cara Penelitia ... 25

3.6.1 Diagram Alir ... 25

3.6.2 Perancangan Kincir Angin Savonius... 25

3.6.3 Pembuatan Kincir Angin Savonius Dua Tingkat ... 27

3.6.4 Sistem Pengambilan Data... 27

3.7 Cara Pengolahan Data... 29

BAB IV HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ... 30

4.1 Hasil Penelitian ... 30

4.2 Perhitungan Olah Data ... 36

4.2.1 Perhitungan Torsi ... 37

4.2.2 Perhitungan Daya Angin ... 37

4.2.3 Perhitungan Daya Kincir Angin ... 38

4.2.4 Perhitungan Tip Speed Rasio ... 38

4.2.5 Perhitungan Koefisien Daya... 38

4.3 Hasil Perhitungan... 39

4.4 Grafik Hasil Perhitungan ... 45

4.4.1 Grafik Hasil Perhitungan Kincir Angin Savonius Dua Tingkat Dengan Variasi Sudut 0º ... 46

(13)

xiii

4.4.3 Grafik Hasil Perhitungan Kincir Angin Savonius Dua Tingkat Dengan

Variasi Sudut 60º ... 50

4.5 Grafik Perbandingan Empat Variasi Sudut Kincir Angin Savonius Dua Tingkat ... 54 BAB V PENUTUP ... 57 5.1 Kesimpulan ... 57 5.2 Saran... ... 58 DAFTAR PUSTAKA ... 59 LAMPIRAN ... 60

(14)

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data hasil pengujian kincir angin Savonius dua tingkat dengan sudut 0º pada kecepatan angin 7,5 m/s. ... 30 Tabel 4.2 Data hasil pengujian kincir angin Savonius dua tingkat dengan sudut

30º pada kecepatan angin 7,5 m/s / ... 32 Tabel 4.3 Data hasil pengujian kincir angin Savonis dua tingkat dengan sudut 60º pada kecepatan angin 7,5 m/s. ... 33 Tabel 4.4 Data hasil pengujian kincir angin Savonis dua tingkat dengan sudut 90º pada kecepatan angin 7,5 m/s. ... 35 Tabel 4.5 Data hasil perhitungan kincir angin Savonis dua tingkat dengan sudut

0º pada kecepatan angin 7,5 m/s ... 39 Tabel 4.6 Data hasil perhitungan kincir angin Savonis dua tingkat dengan sudut

30º pada kecepatan angin 7,5 m/s. ... 41 Tabel 4.7 Data hasil perhitungan kincir angin Savonis dua tingkat dengan sudut

60º pada kecepatan angin 7,5 m/s ... 42 Tabel 4.8 Data hasil perhitungan kincir angin Savonis dua tingkat dengan sudut

(15)

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Diagram pemanfaatan kincir angin di 10 negara ... 2

Gambar 2.1 Siklus aliran udara...5

Gambar 2.2 Kincir angin Savonius ... 7

Gambar 2.3 Turbin angin Darrieus ... 8

Gambar 2.4 Turbin angin giromil dengan sudu dua ... 9

Gambar 2.5 Turbin angin propeller degan sudu tiga ... 10

Gambar 2.6 Turbin angin american multiblacde ... 11

Gambar 2.7 Grafik Hubungan Cp dan tsr (λ) dengan Batas Betz (Betz Limit) ... 13

Gambar 3.1 Rancangan model kincir angin Savonius dua tingkat yang di uji dalam penelitian ini ... 18

Gambar 3.2 Anemometer yang digunakan pada penelitian ini ... 20

Gambar 3.3 Tachometer yang digunakan pada penelitian ini ... 21

Gambar 3.4 Neraca Pegas yang digunakan pada penelitian ini ... 21

Gambar 3.5 Fan Blower yang digunakan pada penelitian ini ... 22

Gambar 3.6 Mekanisme pengereman tanpak luar yang digunakan pada penelitian ini. ... 23

Gambar 3.7 Sudu kincir angin Savonius tipe S yang digunakan pada penelitian ini ... 23

Gambar 3.8 Variasi sudut 0º ... 24

Gambar 3.9 Variasi sudut 30º ... 24

Gambar 3.10Variasi sudut 60º ... 24

Gambar 3.11Variasi sudut 90º ... 25

Gambar 3.12 Diagram alir... 26

Gambar 3.13 Skema pengujian kincir angin Savonis yang digunakan pada penelitian ini ... 28

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara kecepatan putar kincir dengan torsi kincir angin Savonius dua tingkat dengan sudut 0º ... 46

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara koefisien daya (𝐶_𝑝) dengan tip speed rasio (λ) kincir angin Savonius dua tingkat dengan sudut 0º ... 47

(16)

xvi

Gambar 4.3 Grafik hubungan antara kecepatan putar kincir dengan torsi kincir angin Savonius dua tingkat dengan sudut 30º ... 48 Gambar 4.4 Grafik hubungan antara koefisien daya (𝐶_𝑝) dengan tip speed rasio

(λ) kincir angin Savonius dua tingkat dengan sudut 30º ... 49 Gambar 4.5 Grafik hubungan antara kecepatan putar kincir dengan torsi kincir

angin Savonius dua tingkat dengan sudut 60º ... 50 Gambar 4.6 Grafik hubungan antara koefisien daya (𝐶_𝑝) dengan tip speed rasio

(λ) kincir angin Savonius dua tingkat dengan sudut 60º ... 51

Gambar 4.7 Grafik hubungan antara kecepatan putar kincir dengan torsi kincir angin Savonius dua tingkat dengan sudut 90º ... 52 Gambar 4.8 Grafik hubungan antara koefisien daya (𝐶𝑝) dengan tip speed rasio

(λ) kincir angin Savonius dua tingkat dengan sudut 90º ... 53

Gambar 4.9 Grafik hubungan kecepatan poros (n) dengan torsi (T) dari empat variasi yang digunakan. ... 54 Gambar 5.10 Grafik hubungan antara koefisien daya (𝐶𝑝) dengan tip speed rasio

(λ) dari empat variasi yang digunakan ... 55

(17)

xvii

DAFTAR LAMPIRAN

(18)

1 BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan energi sangat penting untuk perkembangan sosial dan ekonomi suatu negara. Suatu negara dikatakan maju apabila didukung sumber daya manusia yang maju dan memiliki sumber energi yang bisa menghidupi seluruh rakyatnya. Energi yang biasanya digunakan masyarakat untuk kebutuhan sehari-hari adalah energi fosil. Dengan perkembangan zaman dan energi fosil yang tidak dapat diperbarui maka permasalahan energi timbul karena keterbatasan sumber energi fosil yang semakin menipis. Indonesia memiliki beberapa potensi sumber daya energi fosil diantaranya minyak bumi, gas bumi dan batu bara. Pada tahun 2016 Indonesia memiliki cadangan minyak bumi sebesar 7,2 miliar barel, gas bumi sebesar 144,06 TSCF dan cadangan batu bara sebesar 14,3 miliar ton. Bila diasumsikan tidak ada penemuan cadangan baru maka minyak bumi akan habis dalam 9 tahun, gas bumi 42 tahun, dan batu bara 70 tahun. Cadangan ini bahkan akan lebih cepat habis dari tahun yang disebut diatas karena kecenderungan penggunaan energi fosil yang terus meningkat. (Yudiartono, Anindhita, Sugiyono, & Adiarso, 2018)

Energi alternatif yang dapat mengurangi penggunaan energi fosil salah satunya adalah energi angin. Energi angin merupakan energi yang dinilai bersih dan dapat membantu menggurangi penggunaan energi fosil serta dapat mengurangi tingkat pencemaran lingkungan akibat hasil pembakaran minyak dan batu bara. Di negara-negara maju dan berkembang energi angin telah banyak dimanfaatkan menjadi energi listrik dengan kapasitas daya listrik besar. Pada tahun 2017 Indian

Wind Turbine Manufacturers Association (IWTMA) menetapkan 10 negara dengan

kapasitas daya listrik terbesar didunia seperti ditunjukkan pada Gambar 1.1. (Tanti, 2017).

(19)

Kincir angin Savonius merupakan salah satu jenis kincir angin poros vertikal yang cocok digunakan di Indonesia yang memiliki kecepatan angin relatif rendah. Intensitas angin juga menjadi permasalahan pemanfaatan kincir angin untuk menghasilkan daya listrik. Berdasarkan permasalahan yang ada dalam pengembangan pembangkit listrik tenaga angin, maka penelitian kali ini akan melakukan penelitian terhadap kincir angin poros vertikal model Savonius menggunakan variasi posisi sudut sudu dengan tujuan dapat menghasilkan efisiensi lebih baik terhadap kecepatan angin rendah maupun tinggi. Dengan demikian pengembangan energi angin yang ramah lingkungan serta bermanfaat dalam menurunkan tingkat penggunaan energi fosil dapat terwujud. Dengan begitu masyarakat Indonesia juga mampu mengembangkan energi yang lebih baik untuk masa depan Indonesia.

Gambar 1.1 Diagram pemanfaatan kincir angin di 10 negara ( Sumber: Indian Wind Turbine Manufacturers Association, 2017)

(20)

1.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah yang ada pada penelitian ini sebagai berikut:

1. Seberapa besarkah koefisien daya (𝐶𝑝) maksimal dengan tip speed rasio (λ)

pada kincir angin Savonius dua tingkat dengan variasi posisi sudut sudu. 2. Kincir angin manakah diantara empat variasi yang diteliti memiliki unjuk

kerja terbaik.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian kali ini dimaksud untuk memperoleh data dan informasi tentang karateristik unjuk kerja kincir angin Savonius dua tingkat dengan empat variasi posisi sudu. Adapun tujuan khusus penelitian ini adalah:

1. Membuat model kincir angin Savonius dua tingkat menggunakan empat sudu dengan empat variasi posisi sudut sudu 0º, 30º, 60º dan 90º.

2. Mengetahui hubungan antara koefisien daya (Cp) maksimal dengan tip speed

rasio( λ) dari keempat variasi yang diteliti.

3. Mengetahui model kincir angin yang terbaik diantara empat variasi yang diteliti.

1.4 Batasan Masalah

Dalam pembuatan kincir angin Savonius dua tingkat penulis memperhatikan batasan-batasan masalah sebagai berikut:

1. Kincir angin yang digunakan jenis Savonius dengan tipe sudu S. 2. Jumlah sudu yang digunakan adalah 4 bilah sudu dengan 2 tingkat. 3. Diameter kincir 87 cm dengan tinggi 64 cm.

4. Bahan yang digunakan tripleks dengan tebal 0,8 cm dan seng galvalum tebal 0,04 cm.

5. Variasi yang digunakan adalah mengubah posisi sudut sudu dengan empat variasi 0º, 30º, 60º dan 90º.

6. Kecepatan angin yang digunakan untuk melakukan uji coba diatur dengan rata–rata kecepatan angin 7,5 m/s.

(21)

7. Penelitian dilakukan dalam skala Laboratorium Konversi Energi, Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini bagi penulis dan pembaca yaitu:

1. Dapat dikembangkan untuk membuat pembangkit listrik tenaga angin sekala kecil, sehingga dapat membantu masyarakat khususnya di daerah yang belum mendapatkan listrik PLN.

2. Menghasilkan kincir angin model Savonius dua tingkat termodifikasi yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi dengan biaya rendah.

3. Menambah informasi mengenai kincir angin Savonius.

(22)

5 BAB II

LANDASAN TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Konsep Dasar Energi Angin

Energi angin merupakan salah satu energi terbarukan yang dapat memberikan kontribusi signifikan terhadap kebutuhan manusia terutama kebutuhan listrik. Energi angin sekarang ini banyak digunakan untuk menghasilkan listrik dalam upaya memenuhi kebutuhan manusia sehari–hari, selain itu energi angin tidak akan habis seperti bahan bakar fosil yang semakin habis.

Angin terjadi akibat adanya perbedaan tekanan udara dan diakibatkan rotasi bumi. Angin mengalir dari tempat dengan tekanan udara tinggi ke tempat dengan tekanan udara rendah. Kecepatan angin dapat diperkirakan dari pengamatan atau spesifikasi kejadian alam. Sir Francis Beaufort (1774-1857) membuat skala angin dari 0 (tenang) sampai 12 (badai). Biasanya BMKG menggunakan satuan knot untuk pengukuran kecepatan angin. Tapi, dalam beberapa alat ukur, seperti anemometer, satuan yang dipakai adalah m/s (Latif, 2013). Siklus aliran udara yang menyebabkan terjadinya angin dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Siklus aliran udara ( Sumber: Sudut-buku.blogspod.com)

(23)

2.2 Kincir Angin

Kincir atau turbin angin adalah suatu sistem yang bergerak berputar pada suatu sumbu atau poros karena adanya dorongan angin, kincir angin juga digunakan untuk mengonversikan energi angin ke dalam bentuk energi mekanis dan listrik. Kincir angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dan lain-lain. Dengan pertumbuhan teknologi kini kincir angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi dan menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin (Daryanto, 2007).

Bedasarkan posisi poros kincir angin dibedakan menjadi dua kelompok utama, yaitu, kincir angin sumbu vertical dan kincir angin sumbu horizontal. Dalam penelitian ini akan dikembangkan mengenai kincir angin sumbu horizontal

2.2.1 Kincir Angin Sumbu Vertikal

Kincir angin vertikal merupakan kincir angin yang menggunakan sumbu dengan arah vertikal atau tegah lurus. Kincir angin sumbu vertikal dapat menerima angin dari segala arah, oleh karena itu kincir angin poros vertikal ini tidak memerlukan konstruksi yang tinggi seperti kincir angin sumbu horizontal. Berikut ini adalah beberapa jenis Kincir angin sumbu vertikal:

a) Kincir Angin Savonius

Kincir angin Savonius adalah salah satu kincir angin sumbu vertikal. Kincir angin Savonius ditemukan pertama kali di Finlandia oleh sarjana Finlandia bernama Sigurd J. Savonius pada tahun 1922 dan berbentuk S apabila dilihat dari atas. Kincir jenis ini secara umumnya memiliki efisiensi relatif rendah dibandingkan jenis kincir angin sumbu vertikal lainnya, tetapi menghasilkan torsi yang cukup tinggi. Kincir angin Savonius mampu mengawali putaran dengan angin kurang lebih 2 m/s.

Pada penelitian ini desain kincir yang digunakan adalah Savonius tipe S, yang sangat sederhana dan juga dapat dirancang dengan mudah menggunakan Galvalum dan tripleks. Desain Savonius ini sedikit lebih efisien dari pada tipe Savonius L

(24)

karena beberapa aliran udara dibelokkan oleh kedua sudu lalu keluar pada salah satu sisinya. Gambar 2.2 menunjukkan kincir angin Savonius.

Gambar 2.2 Kincir angin Savonius. (Sumber : https://twitter.com/srisusilafisbla) b) Turbin Angin Darrieus

Turbin angin Darrieus seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.3 adalah turbin angin sumbu vertikal yang sama seperti tipe Savonius namun sudu atau blades menggunakan aerofil yang dipatenkan oleh Georges Darrieus dari perancis pada tahun 1927. Turbin ini umumnya memerlukan kecepatan angin lebih tinggi dari tipe kincir angin sumbu vertikal lainya untuk start up atau awalan. Tipe turbin ini memiliki efisiensi tinggi dan mampu menghasilkan torsi cukup besar pada putaran dan kecepatan angin tinggi.

(25)

Gambar 2.3 Turbin angin Darrieus

(Sumber : http://catatankecilanaknegeri.blogspot.com /2015/02/energi-angin-dan-kincir-angin-vertical.html) c) Turbin Angin Giromil

Turbin angin giromill merupakan modifikasi dari turbin angin Darrieus, diciptakan Clan dipatenkan oleh Georges Darrieus pada tahun 1927. Desain turbin angin giromill mempunyai kemiripan dengan H-Rotor dan Darrieus, yang membedakan di sudu yang berbentuk aerodinamis serta menggunakan airfoil dan peletakan sudu-sudunya. Kelemahan turbin angin geromill adalah memerlukan kecepatan angin cukup tinggi untuk putaran awal, sehingga sebaiknya digunakan ditempat yang mempunyai kecepatan angin yang cukup tinggi dan stabil seperti pantai dan perbukitan. Gambar 2.4 merupakan turbin angin giromil.

(26)

Gambar 2.4 Turbin angin giromil dengan sudu dua (Sumber : http://www.getsttpln.com) 2.2.2 Kincir Angin Sumbu Horizontal

Kincir angin sumbu horizontal adalah kincir angin yang memiliki poros sejajar dengan arah angin. kincir angin jenis ini yang paling banyak digunakan sekarang karena memiliki efisiensi yang cukup tinggi. Kincir ini terdiri dari sebuah menara yang di puncaknya terdapat sebuah baling-baling yang berfungsi sebagai rotor dan menghadap atau membelakangi arah angin. Kincir angin tipe ini membutuhan ekor atau penggerak bertujuan mengubah posisi kincir agar sesuai dengan arah datangnya angin. Berikut ini adalah beberapa jenis kincir angin yang masuk kedalam kelompok kincir angin sumbu horizontal:

a) Turbin Angin Propeller

Turbin angin propeller memiliki sudu berbentuk airfoil seperti bentuk sayap pada pesawat. Pada turbin ini, putaran rotor terjadi karena adanya gaya angkat (lift) pada sudu yang ditimbulkan oleh aliran angin. Turbin ini cocok digunakan pada tipe angin sedang dan tinggi, dan banyak digunakan sebagai pembangkit listrik skala besar karena memiliki efisiensi yang sangat baik. Gambar 2.5 merupakan turbin angin propeller.

(27)

Gambar 2.5 Turbin angin propeller degan sudu tiga

(Sumber : https://gistrong.wordpress.com/2016/03/15/kincir-angin- pembangkit-listrik-minim-ongkos-lingkungan/)

b) Turbin Angin American Multiblacde

American Multiblacde merupakan jenis turbin angin yang sudah ada sejak

1854 yang dirancang oleh Daniel Halladay. Turbin angin ini memiliki putaran rendah tapi memiliki torsi yang cukup besar, dalam satu kincir biasanya memiliki sudu yang cukup banyak dan layar untuk mengubah posisi turbin angin sesuai datangnya arah angin. Turbin angin jenis ini biasanya digunakan untuk memompa air dari dalam tanah menuju permukaan dan sebagai penggiling gandum. Gambar 2.6 merupakan turbin angin American Multiblacde.

(28)

Gambar 2.6 Turbin angin american multiblacde

(Sumber : https://dumielauxepices.net/drawn-windmill/drawn-windmill-wind pump)

2.3 Rumus Perhitungan

Berikut ini adalah rumus yang di pergunakan dalam perhitungan unjuk kerja kincir angin:

2.3.1 Daya Angin

Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik, sehingga dirumuskan sebagai berikut:

𝐸_𝑘=1

2𝑚𝑣

2 ₍₁₎

dimana:

𝐸𝑘 adalah energi kinetik (joule)

m adalah massa udara (kg)

v adalah kecepatan angin (m/s)

Daya adalah energi persatuan waktu, sehingga dari rumus energi kinetik dapat diperoleh besarnya daya angin sebagai berikut:

(29)

𝑃_𝑖𝑛=1

2𝑚̇𝑣

2 ₍₂₎

dimana:

𝑃_𝑖𝑛 adalah daya yang dihasilkan angin (watt)

𝑚̇ adalah massa udara yang mengalir per satuan waktu, (kg/s)

Kemudian untuk besarnya 𝑚̇ dapat dicari dengan rumus seperti berikut

𝑚̇ = 𝜌 𝐴 𝑣 (3)

dimana:

𝜌 adalah massa jenis udara (kg/m2)

A adalah luas penampang yang digunakan (𝑚2)

Dengan persamaan yang ada dapat dihitung besarnya daya yang dimiliki oleh angin menggunakan rumusan sebagai berikut:

𝑃𝑖𝑛= 1 2𝜌 𝐴 𝑣

3 ₍₄₎

2.3.2 Torsi Kincir Angin

Torsi adalah sebuah gaya yang bekerja pada poros yang dihasilkan oleh gaya dorong pada sumbu kincir, dimana gaya dorong ini memiliki jarak terhadap sumbu poros yang berputar. Torsi dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:

T = F.L (5)

dimana:

T adalah torsi atau beban yang ditanggung poros kincir (N m) F adalah gaya pembebanan yang diberikan (N)

(30)

2.3.3 Daya Kincir Angin

Daya kincir angin adalah daya yang dihasilkan oleh poros kincir akibat daya angin yang menghantam sudu-sudu kincir mengakibatkan kincir angin berputar. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh seorang ilmuan Jerman bernama Albert Betz, efisiensi maksimum yang dapat dimiliki oleh suatu kincir angin hanyalah sebesar 59,3% dan penemuan ini dikenal dengan nama Betz limit. Seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Grafik Hubungan Cp dan tsr (λ) dengan Batas Betz (Betz Limit)

(Sumber: https://windyy.weebly.com/wind-basics/betzs-limit) Daya yang dihasilkan oleh kincir angin dapat dihitung dengan rumus berikut:

𝑃_𝑜𝑢𝑡=T. 𝜔 (6)

dimana:

(31)

T adalah torsi (N m)

𝜔 adalah kecepatan sudut (rad/s)

Kecepatan sudut putar yang dimiliki oleh sebuah kincir angin dapat dihitung dengan rumus berikut:

𝜔 = (2. π.n)/60 (7)

dimana:

n adalah putaran poros kincir (rpm)

Maka besarnya daya yang dihasilkan oleh sudu kincir angin yang berputar dapat dihitung dengan rumus berikut:

𝑃_𝑜𝑢𝑡=T(2.π.n/60) (8) 2.3.4 Tip Speed Rasio

Tip speed rasio adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir

terhadap kecepatan angin bebas sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut:

𝑣𝑡 = 𝜔. 𝑟 (9)

dimana:

𝑣_𝑡 adalah kecepatan ujung sudu 𝑟 adalah jari-jari kincir (m)

Sehingga tip speed rasio dapat dirumusakn sebagai berikut: 𝜆 = 2.𝜋𝑟𝑛

60.𝑣 (10)

Dapat disederhanakan sebagai berikut: 𝜆 = 𝜋𝑟𝑛

30.𝑣 (11)

dimana:

(32)

2.3.5 Koefisien Daya

Koefisien daya atau power coeffcient ( 𝐶_𝑝 ) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir angin dengan daya yang dihasilkan oleh angin. Sehingga dapat dirumusakan:

𝐶_𝑝=𝑃𝑜𝑢𝑡

𝑃𝑖𝑛 x 100%

(12)

dimana :

𝐶𝑝 adalah koefisien daya

𝑃_𝑜𝑢𝑡 adalah daya yang dihasilkan kincir (watt) 𝑃𝑖𝑛 adalah daya yang dihasilkan angin (watt)

(33)

2.4 Tinjauan Pustaka

Penelitian-Penelitian yang telah dilakukan oleh peneliti lain dengan menggunakan kincir angin Savonius sebagai medianya sebagai berikut: Pada tahun 2014 telah dilakukan penelitian oleh Ully, Soeparman & Hamidi dengan judul “Pengaruh Pemasangan Sudu Pengarah Dan Variasi Jumlah Sudu Rotor Terhadap Performance Kincir Angin Savonius”, melakukan penelitian terhadap turbin angin Savonius dengan dan tanpa pengarah angin serta variasi jumlah sudu. Metode yang digunakan adalah eksperimental yang menggunakan aliran angin dari blower sebagai energi yang digunakan untuk menggerakan kincir, dengan variasi kecepatan angin yang ditetapkan yaitu 4, 5, 6 dan 7 m/s serta variasi jumlah sudu rotor yaitu dua, tiga dan empat. Setelah dilakukan penelitian, performance kincir yang paling baik terjadi pada rotor yang menggunakan sudu pengarah dan jumlah tiga sudu dengan power coefficient sebesar 0,3638, sedangkan tidak menggunakan sudu pengarah mendapatkan power coefficient sebesar 0,2595. Performance terendah terjadi pada rotor dengan jumlah empat sudu dengan power coefficinet sebesar 0,1626 dimana semua pengujian menggunakan kecepatan angin 5 m/s.

Penelitian yang dilakukan oleh Latif, M. Pada tahun 2013 melakukan penelitian dengan judul “Efisiensi Prototipe Kincir Savonius Pada Kecepatan Angin Rendah”, melakukan penelitian tentang pengaruh kecepatan angin rendah pada kincir Savonius. Kincir angin Savonius dapat memulai putar pada kecepatan angin 2,4 m/s dengan pengujian berbeban generator yang belum memberikan daya listrik. Pada pembebanan menggunakan LED yang dialiri arus listrik secara langsung dari generator terlihat bahwa LED mulai menyala pada kecepatan angin 4.8 m/s. Ada beberapa faktor yang menyebabkan efisiensi yang dihasikan penelitian ini rendah antara lain adanya rugi-rugi di kincir karena pengaruh gaya kincir, rugi-rugi magnet dan rugi-rugi jangkar pada generator singkron magnet permanen.

(34)

Pada tahun 2017, Hidayat, F., & Siregar, I. H, melakukan penelitian dengan judul “Pengaruh Perubahan Sudut Lengkung Blade Terhadap Kinerja Kincir Angin Savonius Tipe S Dua Tingkat Pada Kondisi Angin Real”, melakukan penelitian dengan variasi perubahan sudut lengkung blade sebesar 125°, 130° dan 135°. Lalu untuk spesifikasi kincir angin, diameter lingkaran turbin 1 m, total tinggi keseluruhan 3 m, tebal plat 0,5 mm, diameter pulley kincir 30 cm dan diameter pulley generator 5 cm. Setelah dilakukan penelitian dengan variasi perubahan sudut lengkung blade menggunakan kecepatan angin real dilapangan rata-rata 2-6 m/s hasil yang paling baik diperoleh dengan sudu lengkung blade 125˚ sebesar 373,41 watt dan daya elektrikal generator 47,33 watt pada kecepatan angin 6,73 m/s dengan

tip speed ratio 0,76.

Penelitian yang dilakukan oleh Pamuji, Alit & Nurcahyati pada tahun 2016 dengan judul “Uji Performance Kincir Angin Poros Vertikal Tipe Savonius Bertingkat Dengan Variasi Posisi Sudut”, melakuan penelitian tentang pengaruh posisi sudu terhadap performa kincir angin dengan variasi sudut 0°, 30°, 45°, 60°, dan 90°. Spesifikasi kincir angin yang di uji berdiameter 30 cm, tinggi keseluruhan 42,2 cm, tebal triplek 0,2 cm dan jari-jari sudu 18 cm. Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan, kemudian melakukan analisa data dan pembahasan dapat ditarik kesimpulan bahwa variasi sudut 0° memiliki nilai paling tinggi yaitu sebesar 150,60 rpm, daya rotor maksimum 1,53 Watt, nilai 𝐶_𝑝 sebesar 0,12 atau 12 % diperoleh pada saat tip speed ratio sebesar 0,61 semua hasil diambil dengan kecepatan angin 5 m/s. Pada penelitian ini putaran rotor yang paling kecil dihasilkan oleh variasi sudut 90° yaitu sebesar 107,30 rpm pada kecepatan angin yang sama yaitu 5 m/s.

(35)

18 BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Objek Penelitian

Objek penelitian yang digunakan merupakan kincir angin Savonius dua tingkat. Pemilihan kincir angin Savonius dikarenakan memiliki bentuk dan konstruksi yang sangat sederhana, sehingga dalam proses pembuatanya tidak memerluhkan biaya yang mahal. Kincir angin Savonius salah satu jenis kincir angin poros vertikal yang memiliki gerakan sudu sejajar dengan arah angin. Dibawah ini merupakan perancangan kincir angin Savonius dua tingkat yang ditunjukan Gambar 3.1

Gambar 3.1 Rancangan model kincir angin Savonius dua tingkat yang di uji dalam penelitian ini.

64 cm

87

(36)

3.2 Alat Dan Bahan Pembuatan Kincir Angin

Alat dan bahan yang digunakan dalam proses pembuatan kincir angin Savonius dua tingkat sebagaia berikut:

3.2.1 Alat

Alat yang digunakan dalam pembuatan kincir angin: a. Mesin Bor b. Mesin Gerinda c. Mesin Drilling d. Obeng e. Gunting Galvalum f. Lakban g. Palu h. Paku i. Kunci Pas j. Penggaris k. Busur Derajat l. Tang 3.2.2 Bahan

Bahan yang diperlukan untuk membuat kincir angin: a. Papan Tripleks b. Pipa Besi c. Galvalum d. Lem e. Mur f. Baut g. Ring h. Plat besi

(37)

3.2.3 Alat Bantu Penelitian

Dalam proses pengambilan data memerlukan beberapa alat bantu, antara lain sebagai berikut:

a. Anemometer

Anemometer berfungsi sebagai alat untuk mengukur kecepatan angin yang dihasilkan blower. Dalam penelitian ini satuan yang digunakan yaitu m/s. Gambar 3.2 menunjukkan alat anemometer yang digunakan dalam penelitian ini.

Gambar 3.2 Anemometer yang digunakan pada penelitian ini b. Tachometer

Tachometer berfungsi sebagai alat bantu untuk mengukur kecepatan putar poros yang dihasilkan kincir angin. Satuan yang digunakan untuk pengukuran yaitu rpm. Gambar 3.3 menunjukkan alat tachometer yang digunakan dalam penelitian ini.

(38)

Gambar 3.3 Tachometer yang digunakan pada penelitian ini c. Neraca Pegas

Neraca pegas berfungsi sebagai pengukur gaya pengimbang saat dilakukan pembebanan dengan mekanisme pengereman. Satuan yang digunakan yaitu Newton (N). Gambar 3.4 menunjukkan Neraca pegas yang digunakan pada penelitian ini.

(39)

d. Fan Blower

Fan Blower merupakan penyedia daya angin untuk menggantikan udara dari

alam, dengan menggunakan fan blower kecepatan putar dapat diatur menggunakan invertor untuk mengatur kecepatan angin yang dihasilkan. Gambar 3.5 menunjukkan fan blower yang digunakan dalam penelitian ini.

Gambar 3.5 Fan Blower yang digunakan pada penelitian ini e. Mekanisme pembebanan

Mekanisme pembebanan yang diberikan ke kincir angin berupa mekanisme pengereman, dimana poros kincir yang berputar akan diberi pembebanan secara teratur hingga kincir angin berhenti berputar, seperti ditunjukan Gambar 3.6.

(40)

Gambar 3.6 Mekanisme pengereman yang digunakan pada penelitian ini. 3.3 Tipe Sudu

Pada penelitian ini jenis sudu yang digunakan adalah tipe sudu S setengah lingkaran. Pemilihan tipe sudu S dikarenakan memiliki torsi awal untuk melakukan putaran lebih besar dan aliran udara yang diterima di kedua sisi sudu sama besar menghasilkan kincir angin berputar dengan seimbang, seperti ditunjukan Gambar 3.7. (Mentari, L. R. 2010)

Gambar 3.7 Sudu kincir angin Savonius yang digunakan penelitian ini. (Sumber: Mentari, L. R. 2010 )

3.4 Variasi Penelitian

Variasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah: a. Variasi posisi sudut sudu 0º, 30º, 60º dan 90º

b. Variasi pembebanan dari tanpa beban hingga beban maksimal yang dapat diterima kincir angin.

(41)

Variasi yang dicatat adalah:

a. Kecepatan putar kincir angin (rpm). b. Beban pengimbang (N)

Berikut merupakan variasi yang digunakan pada penelitian kincir angin Savonius dua tingkat yang ditunjukan pada Gambar 3.8, Gambar 3.9, Gambar 3.10 dan Gambar 3.11.

Gambar 3.8 Variasi sudut 0º

Gambar 3.9 Variasi sudut 30º

(42)

Gambar 3.11 Variasi sudut 90º 3.5 Metodologi Penelitian

Penelitian ini dilakukan dengan cara eksperimen, yang dilakukan di Laboraturium Konversi Energi, Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

3.6 Tata Cara Penelitian 3.6.1 Diagram Alir

Alur penelitian mengikuti diagram alur yang tertera pada Gambar 3.12 3.6.2 Perancangan Kincir Angin Savonius

Pada penilitian ini digunakan kincir angin model Savonius dua tingkat dengan tipe sudu S memiliki ketentuan-ketetuan sebagai berikut:

a. Diameter kincir angin : 64 cm b. Tinggi kincir angin : 87 cm

c. Bentuk sudu : tipe S dua tingkat d. Jumlah sudu : 4 bilah

e. Diameter sudu : 40 cm f. Tinggi sudu : 42 cm

(43)

(44)

3.6.3 Pembuatan Kincir Angin Savonius Dua Tingkat

Langkah-langkah pembuatan kincir angin Savonius dua tingkat:

a. Pembelian material dan bahan-bahan yang akan digunakan sebagai model kincir angin Savonius dua tingkat.

b. Pembuatan pola dan pemotongan pada papan tripleks yang akan digunakan sebagai alas sudu kincir angin.

c. Pengeliman papan tripleks yang akan digunakan sebagai dudukan sudu kincir angin.

d. Pembuatan pola dan pemotongan pada galvanum yang akan digunakan sebagai sudu kincir angin.

e. Pengeboran sudu dan tripleks yang sudah di cutting.

f. Pembuatan sudu kincir angin dengan pemasangan Galvanum dan tripleks yang berbentuk setengah lingkaran.

g. Pemotongan dan pengeboran pipa besi sebagai poros kincir angin

h. Pembuatan dan pengeboran plat besi sebagai penyangga antara poros dengan kincir angin

i. Perakitan semua komponen hingga menjadi kincir angin Savonius siap uji. 3.6.4 Sistem Pengambilan Data

Pengujian atau pengambilan data dilakukan di Laboratorium Konversi Energi, Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma. Proses pengambilan data dilakukan secara bergantian sesuai dengan variasi yang akan diteliti. Untuk mempermudah memahami proses pengambilan data pada model kincir angin Savonius dua tingkat, disajikan skematis peletakan alat ukur saat pengambilan data seperti pada Gambar 3.9

(45)

Gambar 3.13 Skema pengujian kincir angin Savonis yang digunakan pada penelitian ini

Setelah komponen terpasang seperti pada Gambar 3.9 maka akan dilakukan pengambilan data sebagai berikut:

a. Mengatur sudut sudu kincir angin sesuai dengan variasi yang akan diuji. b. Meletakan alat bantu penelitian pada tempat yang sudah ditentukan, seperti

memasang anemometer yang diletakan didepan fan blower.

c. Menyalakan fan blower lalu untuk mendapatkan kecepatan angin 7,5 m/s dengan cara mengatur inverter untuk menambah atau mengurangi kecepatan putar fan blower.

d. Jika kecepatan angin sudah sesuai langkah selanjutnya mengatur sistem pembebanan.

e. Untuk menambah sistem pembebanan menggunakan karet gelang yang diikatkan pada tuas pembebanan, dilakukan dengan cara bertahap hingga kincir angin berhenti.

f. Jika semua dianggap sudah sesuai dilanjutkan dengan melakukan pengambilan data.

g. Mengambil data kecepatan putar poros kincir angin setiap dilakukan penambahan beban, pengukuran dilakukan pada bagian poros yang sudah diberi lakban aluminium foil dengan menggunakan tachometer.

h. Mengambil data pengukuran beban dari tanpa beban (beban nol) hingga beban maksimal atau hingga kincir angin berhenti.

POROS KINCIR ANGIN PENYANGGA KINCIR ANGIN

KINCIR ANGIN SAVONIUS DUA TINGKAT

(46)

i. Melakukan pengulangan pengujian hingga 3 kali.

j. Selanjutnya melakukan pengulangan dari langkah (d) hingga (j) dengan variasi sudut sudu kincir yang berbeda.

3.7 Cara Pengolahan Data

Setelah semua data hasil pengujian terkumpul, maka langkah selanjutnya lakukan pengolahan data. Berikut langkah pengolahan data:

a. Data yang diperoleh dari hasil penelitian dimasukan ke dalam Tabel.

b. Jika gaya pengimbang sudah diketahui dan jarak lengan torsi sudah di ketahui maka torsi (N m) dapat dicari dengan Persaman (5)

c. Setelah kecepatan angin (v) sudah didapatkan dari pengukuran menggunakan anemometer dan luas penampang kincir angin (A) sudah didapat maka daya angin (Pin) maka dapat dihitung dengan persaman (4).

d. Untuk mengetahui daya kincir angin (Pout) terlebih dahulu harus menghitung

kecepatan sudu (ω), selanjutnya dapat dikali dengan beban torsi (N m) maka dapat dihitung dengan persaman (8).

e. Dengan membandingkan kecepatan yang terjadi pada ujung sudu (vt) dengan kecepatan angin (v) dapat digunakan untuk menghitung tip speed ratio (λ) sesuai dengan persaman (9).

f. Untuk menghitung koefisien daya dapat dilakukan dengan cara membagi daya kincir angin (Pout) dengan daya angin (Pin) sesuai dengan persamaan (12)

g. Jika perhitungan sudah selesai dilakukan, maka dapat dilakukan pembuatan grafik untuk mengetahui karakteristik dan unjuk kerja terbaik kincir angin yang diteliti.

(47)

30 BAB IV

HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

Dalam penelitian kincir angin Savinus dua tingkat untuk variasi posisi sudut sudu 0º, 30º, 60º dan 90º mendapatkan data meliputi putaran poros (rpm) dan gaya pengimbang (N).

Pengambilan data dilakukan sebanyak tiga kali dan dilakukan perhitungan rata-rata pada setiap variasi. Untuk hasil rata-rata kincir angin Savonius dua tingkat sudut 0º ditampilkan pada Tabel 4.1, hasil rata-rata kincir angin Savonius dua tingkat sudut 30º ditampilkan pada Tabel 4.2, hasil rata-rata kincir angin Savonius dua tingkat sudut 60º ditampilkan pada Tabel 4.3, hasil rata-rata kincir angin Savonius dua tingkat sudut 90º ditampilkan pada Tabel 4.4

Tabel 4.1 Data hasil pengujian kincir angin Savonius dua tingkat dengan sudut 0º pada kecepatan angin 7,5 m/s.

No Gaya Pembebanan [N] Putaran Poros [rpm]

1 0,00 226 0,00 221 0,00 225 2 0,90 184 0,90 180 0,90 183 3 1,20 174 1,20 168 1,20 170 4 1,45 154 1,45 151 1,45 148 5 1,65 139 1,65 132 1,65 133

(48)

Tabel 4.1 Data hasil pengujian kincir angin Savonius dua tingkat dengan sudut 0º pada kecepatan angin 7,5 m/s. (lanjutan).

6 1,80 125 1,80 130 1,80 126 7 1,95 106 1,95 110 1,95 112 8 2,15 94 2,15 95 2,15 90 9 2,30 82 2,30 89 2,30 80 10 2,50 72 2,50 70 2,50 76 11 3,18 56 3,18 60 3,18 55 12 2,95 49 2,95 40 2,95 44 13 3,10 37 3,10 40 3,10 32 14 3,30 30 3,30 30 3,30 31 15 3,55 26 3,55 22 3,55 31 16 3,85 21 3,85 26 3,85 23 17 4,05 15 4,05 20 4,05 17

(49)

Tabel 4.2 Data hasil pengujian kincir angin Savonius dua tingkat dengan sudut 30º pada kecepatan angin 7,5 m/s.

1 0,00 222 0,00 210 0,00 215 2 1,00 187 1,00 185 1,00 189 3 1,20 170 1,20 173 1,20 169 4 1,45 147 1,45 145 1,45 149 5 1,70 127 1,70 130 1,70 123 6 1,90 106 1,90 110 1,90 100 7 2,10 81 2,10 90 2,10 89 8 2,25 80 2,25 71 2,25 77 9 2,50 63 2,50 58 2,50 60 10 2,65 55 2,65 59 2,65 53 11 2,95 45 2,95 42 2,95 53

(50)

Tabel 4.2 Data hasil pengujian kincir angin Savonius dua tingkat dengan sudut 30º pada kecepatan angin 7,5 m/s (lanjutan).

12 3,20 34 3,20 41 3,20 35 13 3,35 29 3,35 33 3,35 32 14 3,50 23 3,50 30 3,50 32 15 3,70 19 3,70 25 3,70 21

Tabel 4.3 Data hasil pengujian kincir angin Savonis dua tingkat dengan sudut 60º pada kecepatan angin 7,5 m/s.

1 0,00 218 0,00 215 0,00 220 2 0,85 182 0,85 184 0,85 190 3 1,20 165 1,20 171 1,20 166 4 1,35 147 1,35 148 1,35 152 5 1,50 130 1,50 125 1,50 126

(51)

Tabel 4.3 Data hasil pengujian kincir angin Savonis dua tingkat dengan sudut 60º pada kecepatan angin 7,5 m/s (lanjutan).

No Gaya pembebanan [N] Putaran Poros [rpm]

6 1,75 120 1,75 116 1,75 115 7 2,00 104 2,00 107 2,00 104 8 2,20 92 2,20 88 2,20 90 9 2,40 76 2,40 82 2,40 76 10 2,65 65 2,65 66 2,65 70 11 3,00 57 3,00 55 3,00 61 12 3,20 50 3,20 46 3,20 47 13 3,40 37 3,40 40 3,40 35 14 3,65 34 3,65 31 3,65 30 15 3,80 32 3,80 28 3,80 27 16 4,00 25 4,00 21 4,00 19

(52)

Tabel 4.4 Data hasil pengujian kincir angin Savonis dua tingkat dengan sudut 90º pada kecepatan angin 7,5 m/s.

1 0,00 214 0,00 213 0,00 212 2 0,95 190 0,95 183 0,95 184 3 1,20 170 1,20 166 1,20 169 4 1,40 146 1,40 141 1,40 145 5 1,55 126 1,55 130 1,55 125 6 1,70 115 1,70 108 1,70 110 7 1,95 97 1,95 98 1,95 100 8 2,25 88 2,25 81 2,25 82 9 2,40 74 2,40 78 2,40 75 10 2,60 63 2,60 66 2,60 60 11 2,90 54 2,90 53 2,90 57

(53)

Tabel 4.4 Data hasil pengujian kincir angin Savonis dua tingkat dengan sudut 90º pada kecepatan angin 7,5 m/s (lanjutan).

No Gaya Pembebanan [N] Putaran potos [rpm]

13 3,30 41 3,30 39 3,30 40 14 3,50 41 3,50 33 3,50 35 15 3,75 31 3,75 29 3,75 30 16 3,95 28 3,95 30 3,95 24

4.2 Perhitungan Olah Data

Berikut contoh untuk mengolah data-data hasil pengujian kincir angin Savonius dua tingkat, contoh perhitungan diambil dari Tabel 4.1 nomer 10. Sedangkan untuk pengolahan data menggunakan beberapa asumsi untuk memudahkan dalam proses perhitungan, sebagai berikut:

a. Panjang lengan tursi : 0,2 m b. Masa jenis udara : 1,18 kg/m3 c. Luas tangkap angin : 0,557 m2 d. Kecepatan angin : 7,5 m/s

(54)

4.2.1 Perhitungan Kecepatan Sudu

Dalam perhitungan kecepatan sudu, sebagai contoh data diambil pada Tabel 4.1 nomor 10 langkah percobaan pertama kincir angin Savonius dua tingkat dengan variasi sudut 0º. Data yang diperlukan kecepatan poros (n) sebesar 72 rpm.

Kecepatan sudu dapat dihitung menggunakan persamaan (7) sebagai berikut: 𝜔 = (2. π.n)/60

= (2.3,14.72)/60 = 7,54 rad/s 4.2.2 Perhitungan Torsi

Dalam perhitungan torsi, sebagai contoh data diambil pada Tabel 4.1 nomor 10 langkah percobaan pertama kincir angin Savonius dua tingkat dengan variasi sudut 0º. Data yang diperoleh gaya pembebanan (F) sebesar 2,50 N dan panjangan lengan torsi 0,2 m.

Torsi dapat dihitung menggunakan persamaan (5) sebagai berikut:

T = F.L

= (2,50 N).(0,2 m) = 0,5 N m

Dari perhitungan diatas besar torsi yang dihasilkan sebesar 0,5 N m 4.2.3 Perhitungan Daya Angin

Dalam perhitungan daya angin, sebagai contoh data diambil pada Tabel 4.1 nomor 10 langkah percobaan pertama kincir angin Savonius dua tingkat dengan variasi sudut 0º. Pada percobaan ini diketahui luas tangkap angin (A) sebesar 0,557 m2, kecepatan angin (v) 7,5 m/s dan massa jenis udara (𝜌) 1,18 kg/m3. Daya angin dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (4) sebagai berikut:

𝑃𝑖𝑛 = 1 2𝜌 𝐴 𝑣 3 = (1 2).((1,18 𝑘𝑔 m3).(0,557 m 2_).(7,5𝑚 𝑠) 3₎ = 138,6 watt

(55)

4.2.4 Perhitungan Daya Kincir Angin

Untuk menghitung daya kincir angin, sebagai contoh data diambil pada Tabel 4.1 nomor 10 langkah percobaan pertama kincir angin Savonius dua tingkat dengan variasi sudut 0º. Diperoleh kecepatan poros (n) sebesar 72 rpm. Setelah mengetahui besar kecepatan kincir angin (𝜔) dan torsi 0,5 N m maka daya kincir angin dapat dihitung menggunakan persamaan (6) sebagai berikut:

𝑃𝑜𝑢𝑡= T((2.π.n)/60)

= 0,5 ((2.3,14.72)/(60) = 3,76 watt

Dari perhitungan diatas daya kincir angin yang dihasilkan sebesar 3,76 watt 4.2.5 Perhitungan Tip Speed Rasio

Untuk menghitung tip speed rasio, sebagai contoh data diambil pada Tabel 4.1 nomor 10 langkah percobaan pertama kincir angin Savonius dua tingkat dengan variasi sudut 0º. Untuk jari–jari kincir angin (r) sebesar 0,32 m, kecepatan putar poros kincir angin (n) sebesar 74 rpm dan kecepatan angin (v) 7,5 m/s. maka tip

speed rasio dapat dihitung menggunakan persamaan (9) sebagai berikut:

𝜆 =

𝜋𝑟𝑛

30.𝑣

=

𝜋.0,32.72

30.7,5

= 0,32

Dari perhitungan diatas tip speed rasio yang dihasilkan sebesar 0,32 4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya

Dalam perhitungan koefisien daya (𝐶_𝑝), sebagai contoh data diambil pada Tabel 4.1 nomor 10 langkah percobaan pertama kincir angin Savonius dua tingkat dengan variasi sudut 0º. Didapatkan nilai daya angin (𝑃𝑖𝑛) sebesar 138,6 watt dan

daya kincir angin (𝑃_𝑜𝑢𝑡) sebesar 3,76 watt. Maka koefisien daya (𝐶_𝑝) dapat dihitung menggunakan persamaan (12) sebagai berikuta:

𝐶_𝑝=𝑃𝑜𝑢𝑡

𝑃_𝑖𝑛 x 100%

=3,76

138,6 x 100%

=2,71%

(56)

4.3 Hasil Perhitungan

Hasil dari perhitungan data–data pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.5, Tabel 4.6, Tabel 4.7 dan Tabel 4.8 sebagai berikut:

Tabel 4.5 Data hasil perhitungan kincir angin Savonis dua tingkat dengan sudut 0º pada kecepatan angin 7,5 m/s.

No. Gaya pengimbang (F) Putaran poros (n) Kecepatan sudut (ω) Torsi (T) Daya kincir (𝑃_𝑖𝑛) Daya angin (𝑃_𝑜𝑢𝑡) Tip speed rasio (λ) Koefisien daya (𝐶_𝑝) (N) (rpm) (rad/s) (N m) (watt) (watt) (%)

1 0,00 226 23,65 0,00 138,6 0,00 1,01 0,00 0,00 221 23,13 0,00 138,6 0,00 0,99 0,00 0,00 225 23,55 0,00 138,6 0,00 1,00 0,00 2 0,90 184 19,26 0,18 138,6 3,47 0,82 2,50 0,90 180 18,84 0,18 138,6 3,39 0,80 2,45 0,90 183 19,15 0,18 138,6 3,45 0,82 2,49 3 1,20 174 18,21 0,24 138,6 4,37 0,78 3,15 1,20 168 17,58 0,24 138,6 4,22 0,75 3,04 1,20 170 17,79 0,24 138,6 4,27 0,76 3,08 4 1,45 154 16,12 0,29 138,6 4,67 0,69 3,37 1,45 151 15,80 0,29 138,6 4,58 0,67 3,31 1,45 148 15,49 0,29 138,6 4,49 0,66 3,24 5 1,65 139 14,55 0,33 138,6 4,80 0,62 3,40 1,65 132 13,82 0,33 138,6 4,56 0,59 3,29 1,65 133 13,92 0,33 138,6 4,59 0,59 3,31 6 1,80 125 13,08 0,36 138,6 4,71 0,56 3,40 1,80 130 13,61 0,36 138,6 4,90 0,58 3,53 1,80 126 13,19 0,36 138,6 4,75 0,56 3,42 7 1,95 106 11,09 0,39 138,6 4,33 0,47 3,12 1,95 110 11,51 0,39 138,6 4,49 0,49 3,24 1,95 112 11,72 0,39 138,6 4,57 0,50 3,30 8 2,15 94 9,84 0,43 138,6 4,23 0,42 3,05 2,15 95 9,94 0,43 138,6 4,28 0,42 3,08 2,15 90 9,42 0,43 138,6 4,05 0,40 2,92

(57)

Tabel 4.5 Data hasil perhitungan kincir angin Savonis dua tingkat dengan sudut 0º pada kecepatan angin 7,5 m/s (lanjutan).

9 2,30 82 8,58 0,46 138,6 3,95 0,37 3,22 2,30 89 9,32 0,46 138,6 4,29 0,40 3,09 2,30 80 8,37 0,46 138,6 3,85 0,36 2,78 10 2,50 72 7,54 0,50 138,6 3,77 0,32 2,72 2,50 70 7,33 0,50 138,6 3,66 0,31 2,64 2,50 76 7,95 0,50 138,6 3,98 0,34 2,87 11 3,18 56 5,86 0,54 138,6 3,17 0,25 2,28 3,18 60 6,28 0,54 138,6 3,39 0,27 2,45 3,18 55 5,76 0,54 138,6 3,11 0,25 2,24 12 2,95 49 5,13 0,59 138,6 3,03 0,22 2,18 2,95 40 4,19 0,59 138,6 2,47 0,18 1,78 2,95 44 4,61 0,59 138,6 2,72 0,20 1,96 13 3,10 37 3,87 0,62 138,6 2,40 0,17 1,73 3,10 40 4,19 0,62 138,6 2,60 0,18 1,87 3,10 32 3,35 0,62 138,6 2,08 0,14 1,50 14 3,30 30 3,14 0,66 138,6 2,07 0,13 1,49 3,30 30 3,14 0,66 138,6 2,07 0,13 1,49 3,30 31 3,24 0,66 138,6 2,14 0,14 1,54 15 3,55 26 2,72 0,71 138,6 1,93 0,12 1,39 3,55 22 2,30 0,71 138,6 1,63 0,10 1,18 3,55 31 3,24 0,71 138,6 2,30 0,14 1,66 16 3,85 21 2,20 0,77 138,6 1,69 0,09 1,22 3,85 26 2,72 0,77 138,6 2,10 0,12 1,51 3,85 23 2,41 0,77 138,6 1,85 0,10 1,34 17 4,05 15 1,57 0,81 138,6 1,27 0,07 0,92 4,05 20 2,09 0,81 138,6 1,70 0,09 1,22 4,05 17 1,78 0,81 138,6 1,44 0,08 1,04

(58)

1 0,00 222 23,24 0,00 138,6 0,00 0,99 0,00 0,00 210 21,98 0,00 138,6 0,00 0,94 0,00 0,00 215 22,50 0,00 138,6 0,00 0,96 0,00 2 1,00 187 19,57 0,20 138,6 3,91 0,84 2,82 1,00 185 19,36 0,20 138,6 3,87 0,83 2,79 1,00 189 19,78 0,20 138,6 3,96 0,84 3,22 3 1,20 170 17,79 0,24 138,6 4,27 0,76 3,08 1,20 173 18,11 0,24 138,6 4,35 0,77 3,13 1,20 169 17,69 0,24 138,6 4,25 0,75 3,06 4 1,45 147 15,39 0,29 138,6 4,46 0,66 3,22 1,45 145 15,18 0,29 138,6 4,40 0,65 3,17 1,45 149 15,60 0,29 138,6 4,52 0,67 3,26 5 1,70 127 13,29 0,34 138,6 4,52 0,57 3,26 1,70 130 13,61 0,34 138,6 4,63 0,58 3,34 1,70 123 12,87 0,34 138,6 4,38 0,55 3,16 6 1,90 106 11,09 0,38 138,6 4,22 0,47 3,04 1,90 110 11,51 0,38 138,6 4,38 0,49 3,16 1,90 100 10,47 0,38 138,6 3,98 0,45 2,87 7 2,10 81 8,48 0,42 138,6 3,56 0,36 2,57 2,10 90 9,42 0,42 138,6 3,96 0,40 3,22 2,10 89 9,32 0,42 138,6 3,91 0,40 2,82 8 2,25 80 8,37 0,45 138,6 3,77 0,36 2,72 2,25 71 7,43 0,45 138,6 3,34 0,32 2,41 2,25 77 8,06 0,45 138,6 3,63 0,34 2,62 9 2,50 63 6,59 0,50 138,6 3,30 0,28 2,38 2,50 58 6,07 0,50 138,6 3,04 0,26 2,19 2,50 60 6,28 0,50 138,6 3,14 0,27 2,26 10 2,65 55 5,76 0,53 138,6 3,05 0,25 2,20 2,65 59 6,18 0,53 138,6 3,27 0,26 2,36 2,65 53 5,55 0,53 138,6 2,94 0,24 2,12

(59)

11 2,95 45 4,71 0,59 138,6 2,78 0,20 2,00 2,95 42 4,40 0,59 138,6 2,59 0,19 1,87 2,95 53 5,55 0,59 138,6 3,27 0,24 2,36 12 3,20 34 3,56 0,64 138,6 2,28 0,15 1,64 3,20 41 4,29 0,64 138,6 2,75 0,18 1,98 3,20 35 3,66 0,64 138,6 2,34 0,16 1,69 13 3,35 29 3,04 0,67 138,6 2,03 0,13 1,47 3,35 33 3,45 0,67 138,6 2,31 0,15 1,67 3,35 32 3,35 0,67 138,6 2,24 0,14 1,62 14 3,50 23 2,41 0,70 138,6 1,69 0,10 1,22 3,50 30 3,14 0,70 138,6 2,20 0,13 1,59 3,50 32 3,35 0,70 138,6 2,34 0,14 1,69 15 3,70 19 1,99 0,74 138,6 1,47 0,08 1,06 3,70 25 2,62 0,74 138,6 1,94 0,11 1,40 3,70 21 2,20 0,74 138,6 1,63 0,09 1,17

1 0,00 218 22,82 0,00 138,6 0,00 0,97 0,00 0,00 215 22,50 0,00 138,6 0,00 0,96 0,00 0,00 220 23,03 0,00 138,6 0,00 0,98 0,00 2 0,85 182 19,05 0,17 138,6 3,24 0,81 2,34 0,85 184 19,26 0,17 138,6 3,27 0,82 2,36 0,85 190 19,89 0,17 138,6 3,29 0,85 2,44 3 1,20 165 17,27 0,24 138,6 4,14 0,74 2,99 1,20 171 17,90 0,24 138,6 4,30 0,76 3,10 1,20 166 17,37 0,24 138,6 4,17 0,74 3,01

(60)

No. Gaya pengimbang (F) Putaran poros (n) Kecepatan sudut (ω) Torsi (T) Daya kincir (𝑃_𝑖𝑛) Daya angin (𝑃_𝑜𝑢𝑡) Tip speed rasio (λ) Koefisien daya (𝐶_𝑝) (N) (rpm) (rad/s) (N m) (watt) (watt) (%) 4 1,35 147 15,39 0,27 138,6 4,15 0,66 3,00 1,35 148 15,49 0,27 138,6 4,18 0,66 3,02 1,35 152 15,91 0,27 138,6 4,30 0,68 3,10 5 1,50 130 13,61 0,30 138,6 4,08 0,58 2,94 1,50 125 13,08 0,30 138,6 3,93 0,56 2,83 1,50 126 13,19 0,30 138,6 3,96 0,56 3,22 6 1,75 120 12,56 0,35 138,6 4,40 0,54 3,17 1,75 116 12,14 0,35 138,6 4,25 0,52 3,07 1,75 115 12,04 0,35 138,6 4,21 0,51 3,04 7 2,00 104 10,89 0,40 138,6 4,35 0,46 3,14 2,00 107 11,20 0,40 138,6 4,48 0,48 3,23 2,00 104 10,89 0,40 138,6 4,35 0,46 3,14 8 2,20 92 9,63 0,44 138,6 4,24 0,41 3,06 2,20 88 9,21 0,44 138,6 4,05 0,39 2,92 2,20 90 9,42 0,44 138,6 4,14 0,40 2,99 9 2,40 76 7,95 0,48 138,6 3,82 0,34 2,75 2,40 82 8,58 0,48 138,6 4,12 0,37 2,97 2,40 76 7,95 0,48 138,6 3,82 0,34 2,75 10 2,65 65 6,80 0,53 138,6 3,61 0,29 2,60 2,65 66 6,91 0,53 138,6 3,66 0,29 2,64 2,65 70 7,33 0,53 138,6 3,88 0,31 2,80 11 3,00 57 5,97 0,60 138,6 3,58 0,25 2,58 3,00 55 5,76 0,60 138,6 3,45 0,25 2,49 3,00 61 6,38 0,60 138,6 3,83 0,27 2,76 12 3,20 50 5,23 0,64 138,6 3,35 0,22 2,42 3,20 46 4,81 0,64 138,6 3,08 0,21 2,22 3,20 47 4,92 0,64 138,6 3,15 0,21 2,27 13 3,40 37 3,87 0,68 138,6 2,63 0,17 1,90 3,40 40 4,19 0,68 138,6 3,22 0,18 2,05 3,40 35 3,66 0,68 138,6 2,49 0,16 1,80 14 3,65 34 3,56 0,73 138,6 2,60 0,15 1,87 3,65 31 3,24 0,73 138,6 2,37 0,14 1,71 3,65 30 3,14 0,73 138,6 2,29 0,13 1,65 15 3,80 32 3,35 0,76 138,6 2,55 0,14 1,84 3,80 28 2,93 0,76 138,6 2,23 0,13 1,61 3,80 27 2,83 0,76 138,6 2,15 0,12 1,55 16 4,00 25 2,62 0,80 138,6 2,09 0,11 1,51 4,00 21 2,20 0,80 138,6 1,76 0,09 1,27 4,00 19 1,99 0,80 138,6 1,59 0,08 1,15

(61)

1 0,00 214 22,40 0,00 138,6 0,00 0,96 0,00 0,00 213 22,29 0,00 138,6 0,00 0,95 0,00 0,00 212 22,19 0,00 138,6 0,00 0,95 0,00 2 0,95 190 19,89 0,19 138,6 3,78 0,85 2,73 0,95 183 19,15 0,19 138,6 3,64 0,82 2,62 0,95 184 19,26 0,19 138,6 3,66 0,82 2,64 3 1,20 170 17,79 0,24 138,6 4,27 0,76 3,08 1,20 166 17,37 0,24 138,6 4,17 0,74 3,01 1,20 169 17,69 0,24 138,6 4,25 0,75 3,06 4 1,40 146 15,28 0,28 138,6 4,28 0,65 3,09 1,40 141 14,76 0,28 138,6 4,13 0,63 2,98 1,40 145 15,18 0,28 138,6 4,25 0,65 3,07 5 1,55 126 13,19 0,31 138,6 4,09 0,56 2,95 1,55 130 13,61 0,31 138,6 4,22 0,58 3,04 1,55 125 13,08 0,31 138,6 4,06 0,56 2,93 6 1,70 115 12,04 0,34 138,6 4,09 0,51 2,95 1,70 108 11,30 0,34 138,6 3,84 0,48 2,77 1,70 110 11,51 0,34 138,6 3,91 0,49 2,82 7 1,95 97 10,15 0,39 138,6 3,96 0,43 2,86 1,95 98 10,26 0,39 138,6 4,00 0,44 2,89 1,95 100 10,47 0,39 138,6 4,08 0,45 2,94 8 2,25 88 9,21 0,45 138,6 4,14 0,39 2,99 2,25 81 8,48 0,45 138,6 3,82 0,36 2,75 2,25 82 8,58 0,45 138,6 3,86 0,37 2,79 9 2,40 74 7,75 0,48 138,6 3,72 0,33 2,68 2,40 78 8,16 0,48 138,6 3,92 0,35 2,83 2,40 75 7,85 0,48 138,6 3,77 0,33 2,72 10 2,60 63 6,59 0,52 138,6 3,43 0,28 2,47 2,60 66 6,91 0,52 138,6 3,59 0,29 2,59 2,60 60 6,28 0,52 138,6 3,27 0,27 2,36

(62)

No. Gaya pengimbang (F) Putaran poros (n) Kecepatan sudut (ω) Torsi (T) Daya kincir (𝑃_𝑖𝑛) Daya angin (𝑃_𝑜𝑢𝑡) Tip speed rasio (λ) Koefisien daya (𝐶_𝑝) (N) (rpm) (rad/s) (N m) (watt) (watt) (%)

11 2,90 54 5,65 0,58 138,6 3,28 0,24 2,36 2,90 53 5,55 0,58 138,6 3,22 0,24 2,32 2,90 57 5,97 0,58 138,6 3,40 0,25 2,50 12 3,10 49 5,13 0,62 138,6 3,18 0,22 2,29 3,10 50 5,23 0,62 138,6 3,24 0,22 2,34 3,10 48 5,02 0,62 138,6 3,11 0,21 2,25 13 3,30 41 4,29 0,66 138,6 2,83 0,18 2,04 3,30 39 4,08 0,66 138,6 2,69 0,17 1,94 3,30 40 4,19 0,66 138,6 2,76 0,18 1,99 14 3,50 41 4,29 0,70 138,6 3,00 0,18 2,17 3,50 33 3,45 0,70 138,6 2,42 0,15 1,74 3,50 35 3,66 0,70 138,6 2,56 0,16 1,85 15 3,75 31 3,24 0,75 138,6 2,43 0,14 1,76 3,75 29 3,04 0,75 138,6 2,28 0,13 1,64 3,75 30 3,14 0,75 138,6 2,36 0,13 1,70 16 3,95 28 2,93 0,79 138,6 2,32 0,13 1,67 3,95 30 3,14 0,79 138,6 2,48 0,13 1,79 3,95 24 2,51 0,79 138,6 1,98 0,11 1,43

4.4 Grafik Hasil Perhitungan

Setelah data pengujian diperoleh dan dilakukan perhitungan maka data tersebut diolah kembali menjadi bentuk grafik untuk mengetahui hubungan antara kecepatan poros kincir (n) dengan torsi (T) dan mengetahui hubungan antaran koefisien daya (𝐶𝑝) dengan tip speed rasio (λ). Grafik dibuat sesuai dengan variasi

(63)

4.4.1 Grafik Hasil Perhitungan Kincir Angin Savonius Dua Tingkat Dengan Variasi Sudut 0º

a. Grafik hubungan kecepatan poros (n) dengan torsi (T)

Pada Gambar 4.1 bisa disimpulkan semakin besar gaya pengimbang yang diberikan kepada kincir angin maka torsi yang dihasilkan semakin besar, sedangkan kecepatan putar kincir angin akan semakin rendah seiring bertambahnya beban. Pada penelitian kincir angin Savonius dua tingkat dengan variasi 0º menggunakan kecepatan angin 7,5 m/s menghasilakn torsi maksimal sebesar 0,81 N m pada kecepatan putar 20 rpm, sedangkan untuk kecepatan optimal tanpa beban mencapai 226 rpm.

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara kecepatan putar kincir dengan torsi kincir angin Savonius dua tingkat dengan sudut 0º

0 50 100 150 200 250 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Ke ce pa tan putar kincir , n (r pm) Torsi, T (N m)

(64)

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara koefisien daya (𝐶𝑝) dengan tip speed rasio (λ)

kincir angin Savonius dua tingkat dengan sudut 0º

b. Grafik hubungan antara koefisien daya (𝐶𝑝) dengan tip speed rasio (λ)

Pada Gambar 4.2 grafik hubungan antara koefisien daya (𝐶_𝑝) dengan tip

speed rasio ( λ) diperoleh persamaan 𝐶_𝑝 = -12,881λ2_{+ 13,295λ - 0,0809. Persamaan}

tersebut digunakan untuk mencari tip speed rasio maksimum untuk menghasilkan koefisien daya maksimum dengan cara sebagai berikut:

𝐶_𝑝 = -12,881 λ 2 + 13,295 λ - 0,0809 𝑑𝐶𝑝 𝑑 λ = 2(-12,881) + 13,295 0 = 25,762 + 13,295 λ = 13,295 25,762 = 0,519

Setelah nilai tip speed rasio diketahui sebesar 0,519 maka disubstitusikan kedalam persamaan 𝐶_𝑝= -12,881λ2 + 13,295λ + 0,0809 untuk mengetahui koefisien daya maksimal. 𝐶_𝑝= -12,881λ2_{+ 13,385λ - 0,0809} 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Koe fisien da y a, 𝐶𝑝 (% )

(65)

𝐶_𝑝 = -12,881λ2_{+ 13,295λ - 0,0809}

= -12,881(0,519)2 + 13,295(0,519) - 0,0809 = -3,409 + 6,946 - 0,0809

= 3,40

Dari perhitungan diatas diperoleh koefisien daya maksimal sebesar 3,40%, pada saat nilai tip speed rasio sebesar 0,519

4.4.2 Grafik Hasil Perhitungan Kincir Angin Savonius Dua Tingkat Dengan Variasi Sudut 30º

a. Grafik hubungan kecepatan poros (n) dengan torsi (T)

Pada Gambar 4.3 dapat disimpulkan semakin besar gaya pengimbang yang diberikan kepada kincir angin maka torsi yang dihasilkan semakin besar, sedangkan kecepatan putar kincir angin akan semakin rendah seiring bertambahnya beban. Pada penelitian kincir angin Savonius dua tingkat dengan variasi 30º menggunakan kecepatan angin 7,5 m/s menghasilakn torsi maksimal sebesar 0,74 N m pada kecepatan putar 25 rpm, sedangkan untuk kecepatan optimal tanpa beban mencapai 222 rpm .

Gambar 4.3 Grafik hubungan antara kecepatan putar kincir dengan torsi kincir angin Savonius dua tingkat dengan sudut 30º

0 50 100 150 200 250 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Ke ce pa tan putar kincir , n (r pm) Torsi, T (N m)

(66)

Gambar 4.4 Grafik hubungan antara koefisien daya (𝐶_𝑝) dengan tip speed rasio (λ) kincir angin Savonius dua tingkat dengan sudut 30º

b. Grafik hubungan antara koefisien daya (𝐶_𝑝) dengan tip speed rasio (λ) Pada Gambar 4.4 grafik hubungan antara koefisien daya (𝐶_𝑝) dengan tip

speed rasio (λ) diperoleh persamaan 𝐶_𝑝= -12,567λ2 + 13,106λ - 0,124. Persamaan tersebut digunakan untuk mencari tip speed rasio maksimum untuk menghasilkan koefisien daya maksimum dengan cara sebagai berikut:

𝐶𝑝 = -12,567 λ 2 + 13,106 λ - 0,124 𝑑𝐶𝑝 𝑑 λ = 2(-12,567)+ 13,106 0 = 25,134 + 13,106 λ = 12,106 25,134 = 0,521

Setelah nilai tip speed rasio diketahui sebesar 0,521 maka disubstitusikan kedalam persamaan 𝐶𝑝 = -12,567λ2 + 13,106λ - 0,124 untuk mengetahui koefisien daya

maksimal. 𝐶_𝑝= -12,567λ2_{+ 13,106λ - 0,124} 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Koe fisien da y a, 𝐶𝑝 (% )