i
UNJUK KERJA KINCIR AIR SAVONIUS POROS
HORIZONTAL 3 SUDU DENGAN VARIASI SUDUT
DEFLEKTOR
SKRIPSI
Untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin
Disusun oleh :
DANIEL WIBOWO
145214002
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
PERFORMANCE OF THE 3 BLADES HORIZONTAL
SAVONIUS WATER WHEEL WITH VARIATION OF ANGLE
DEFLECTORS
FINAL PROJECT
Presented as fullilment of the Requirements As to Obtain the Sarjana Teknik Degrees in Mechanical Engineering Study Program
Presented by :
DANIEL WIBOWO
145214002
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
FACULTY OF SAINS AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
vii
INTISARI
Penelitian ini tentang kincir air Savonius untuk memanfaatkan energi air pada saluran air di lingkungan sekitar. Pemanfaatan kincir air itu sendiri adalah dengan mengkonversi energi aliran air menjadi energi lain yang dalam hal ini berupa putaran poros. Diamati performa yang akan dihasilkan kincir berdasarkan konfigurasi sudut deflektor yang digunakan.
Metode yang digunakan adalah metode eksperimen dengan membuat alat berupa kincir air tipe Savonius dengan poros horizontal dengan diameter (D) 0,7 m dan tinggi (H) 1,85 m yang diuji pada aliran sungai. Digunakan satu pengarah aliran air pada bagian bawah kerangka kincir dengan variasi sudut 30˚, 45˚ dan 60˚. Penelitian dilakukan pada aliran sungai yang dianggap stabil dengan kecepatan aliran ± 0,6 m/s.
Diperoleh hasil bahwa besar sudut pengarah aliran air berpengaruh terhadap kemampuan menumpu beban. Kincir air Savonius poros horizontal dengan menggunakan sudut pengarah aliran air 60˚ diperoleh koefisien daya sebesar 0,57 dengan daya yang dihasilkan sebesar 83,43 watt.
viii
ABSTRACT
This research is about Savonius waterwheels to utilize water energy in waterways in the surrounding environment. Utilization of the waterwheel itself is by converting water flow energy into other energy in this case in the form of a shaft rotation. Observed the performance that will be produced by the wheel based on the configuration of the deflector angle used.
The method used was an experimental method by making a tool in the form of a Savonius waterwheel with a horizontal shaft with a diameter (D) of 0.7 m and a height (H) of 1.85 m tested in a river flow. A water flow guide is used at the bottom of the wheel frame with angular variations of 30˚, 45˚ and 60˚. The study was conducted on river flows that are considered stable with a flow rate of ± 0.6 m / s.
The results show that the directional angle of the water flow affects the ability to support the load. Savonius waterwheel horizontal shaft by using a directional angle of water flow 60˚ obtained a power coefficient of 0.57 with the resulting power of 83.43 watts.
ix
KATA PENGANTAR
Puji Syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena berkat rahmat karunia-Nya penulis bisa menyelesaikan penulisan Tugas Ahir yang berjudul, “Ujuk Kerja Kincir Air Savonius Poros Horizontal 3 Sudu Dengan Variasi Sudut Deflektor” dengan baik. Tugas Akhir merupakan salah satu persyaratan wajib untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.
Tugas Akhir ini dapat penulis selesaikan berkat bantuan, dukungan, dan nasehat dari berbagai pihak, maka pada kesempatan ini perkenankan penulis mengucapkan trimakasih kepada :
1. Sudi Mungkasi, Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi 2. Budi Setyahandana, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin 3. Stefan Mardikus, S.T., M.Si., seelaku dosen pembimbing akademik. 4. RB. Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si., selaku dosen pembimbing Tugas Akhir. 5. Segenap dosen dan laboran program studi Teknik Mesin Universitas
Sanata Dharma.
6. Kedua orang tua, keluarga dan kerabat penulis yang telah memberi semangat, dukungan materi, dan nasehat kepada penulis.
7. Keluarga Campus Awakening, Kingdom Family Yogyakarta, Kingdom Family Network, Borneo Family, GPdI Murung Pudak, Bethany Solo Baru, PMK Oikumene serta seluruh keluarga Yogyakarta yang sering membantu saya selama pelayanan dan perkuliahan.
8. Pathenus, Robby, Rumah Bakpao Karakter yang memberi tempat tinggal selama penulisan Tugas Akhir.
Dalam penulisan naskah Tugas Akhir ini, penulis menyadari sepenuhnya bahwa masih memiliki banyak kekurangan akibat keterbatasan dalam pengetahuan dan informasi yang penulis miliki. Oleh karna itu penulis membuka diri untuk segala kritik dan saran yang bersifat membangun untuk kesempurnaan naskah Tugas Akhir ini di masa yang akan datang.
x
Semoga naskah Tugas Akhir ini bermanfaat bagi teman-teman mahasiswa Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan pembaca lainnya. Apabila terjadi kesalahan pada penulisan naskah Tugas Akhir ini penulis mohon maaf dan sekali lagi penulis mengucapkan trima kasih.
Yogyakarta, ... Desember 2019 Penulis,
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v
LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi
INTISARI ... vii
ABSTRACT ... viii
KATA PENGANGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR SIMBOL ... xv BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Identifikasi Masalah ... 2 1.3 Perumusan Masalah ... 2 1.4 Batasan Masalah ... 3
1.5 Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 3
1.5.1 Tujuan Penelitian ... 3
1.5.2 Manfaat Penelitian ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI ... 5
2.1 Tinjauan Pustaka ... 5
2.2 Dasar Teori ... 6
2.2.1 Energi Air ... 6
2.2.2 Daya Kincir... 8
2.2.3 Kincir Air Savonius ... 9
xii
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 14
3.1 Penelitian ... 14
3.2 Diagram Alur Penelitian ... 15
3.3 Alat Yang Digunakan ... 16
3.3.1 Skema Rangkaian Alat ... 16
3.3.2 Bagian-bagian Kincir Air ... 17
3.3.3 Alat Pengambilan Data ... 21
3.4 Langkah Penelitian ... 23
3.5 Analisis Data ... 24
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 25
4.1 Data Hasil Penelitian ... 25
4.2 Hasil Analisis ... 28
4.2.1 Perhitungan Data ... 28
4.2.2 Hasil Pengolahan Data... 31
4.3 Grafik Hasil Perhitungan ... 32
4.3.1 Grafik Hubungan Pembebanan Terhadap Putaran ... 32
4.3.2 Grafik Hubungan Pembebanan Terhadap Daya Listrik ... 34
4.3.3 Grafik Hubungan Tip Speed Ratio Terhadap Koefidien Daya ... 35
4.3.4 Grafik Hubungan Tip Speed Ratio Terhadap Koefidien Torsi ... 37
4.4 Perbandingan Hasil Penelitian ... 38
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 41
5.1 Kesimpulan ... 41
5.2 Saran ... 41
DAFTAR PUSTAKA ... 42
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Pengambilan data rata-rata pada sudut 30˚ ... 26
Tabel 4.2 Pengambilan data rata-rata pada sudut 45˚ ... 26
Tabel 4.3 Pengambilan data rata-rata pada sudut 60˚ ... 27
Tabel 4.4 Pengolahan data untuk sudut 30˚ ... 31
Tabel 4.5 Pengolahan data untuk sudut 45˚ ... 31
Tabel 4.6 Pengolahan data untuk sudut 60˚ ... 32
Tabel 4.7 Tabel Dimensi Kincir Savonius yang Digunakan ... 39
Tabel 4.8 Tabel Data dari Referensi ... 39
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.3 : Diagram Betz Limit... 8
Gambar 2.2 : Rotor Savonius dengan gaya drag celah sudu tertutup tope U ... 9
Gambar 3.1 : Skema kincir air Savonius ... 16
Gambar 3.2 : Ukuran-ukuran kincir air ... 17
Gambar 3.3 : Ukuran sudu kincir air ... 18
Gambar 3.4 : Ukuran-ukuran poros kincir ... 18
Gambar 3.5 : Rancangan sudut deflektor ... 19
Gambar 3.7 : Generator listrik ... 20
Gambar 3.8 : Takometer elektrik ... 21
Gambar 3.9 : Multimeter ... 21
Gambar 3.10 Current Velocity Meter... 22
Gambar 3.11 : Pembebanan lampu ... 23
Gambar 4.1 : Grafik hubungan pembebanan terhadap putaran kincir pada 3 variasi pengarah aliran air ... 33
Gambar 4.2 : Grafik hubungan pembebanan terhadap daya listrik pada 3 variasi pengarah aliran air ... 34
Gambar 4.3 : Grafik hubungan Tip Speed Ratio terhadap koefisien daya pada 3 variasi pengarah aliran air ... 36
Gambar 4.4 : Grafik hubungan Tip Speed Ratio terhadap koefisien torsi pada 3 variasi pengarah aliran air ... 37
xv
DAFTAR SIMBOL
U = Kecepatan Aliran Air (m/s) A = Luas Permukaan Kincir (m2) D = Diameter Kincir (m)
d = Diameter Sudu (m)
ρ = Masa Jenis Fluida (kg/m3) n = Kecepatan Putar Poros Pa = Daya Aliran Air (watt) Pe = Daya Elektrik (watt) V = Voltase (volt)
I = Arus Listrik (ampere) CP = Koefisien Daya CT = Koefisien Torsi Λ = TSR
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANGSebagai negara berkembang, kebutuhan akan energi di Indonesia semakin meningkat. Kebutuhan listrik di indonesia diperkirakan dapat tumbuh rata-rata 6,0% per tahun hingga tahun 2020 (Outlook Energi Indonesia 2018), maka pemanfaatan sumber energi sebagai pembangkit listrik harus di kembangkan. Ketersediaan energi di Indonesia yang masih di topang dengan penggunaan energi fosil untuk membangkitkan listrik tentu tidak dapat menjadi jaminan akan terus ada. Sumber energi minyak bumi, gas alam dan batu bara sangat terbatas, apabila digunakan secara terus menerus suatu saat sumber energi tersebut akan habis dan diperlukan waktu yang cukup lama supaya alam dapat kembali menyediakan energi fosil ini.
Indonesia sebenarnya banyak memiliki sumber daya alam yang dapat di manfaatkan sebagai penghasil energi listrik, contohnya seperti energi surya, energi air, energi panas bumi dan lainnya. Selain untuk memenuhi kebutuhan energi listrik pemanfaatan energi tersebut lebih mudah diperbaharui dan lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan energi fosil.
Pembangkit Listrik tenaga air merupakan salah satu energi terbarukan yang dapat di optimalkan di Indonesia. Dengan banyaknya sungai dan bendungan yang ada di Indonesia maka kincir air menjadi salah satu pembangkit listrik tenaga air yang perlu di pertimbangkan. Menurut data yang dimiliki Kementrian ESDM potensi tenaga air di Indonesia sebesar 75.000 MW. Namun saat ini pemanfaatan melalui penyediaan energi listrik Nasional baru mencapai 10,1% (Direktorat Jendral Energi Baru Terbarukan dan Konversasi Energi 2014).
Secara umum, kincir atau turbin air dapat diterapkan pada aliran air manapun dengan volume cukup. Melalui aliran air yang bebas dari sungai, danau dan
saluran irigasi dapat di jadikan sumber energi terbarukan yang memiliki potensi cukup untuk dapat menghasilkan energi listrik.
Kincir air yang umum digunakan adalah kincir air jenis Savonius. Kincir ini menjadi pilihan karna dengan luas aliran yang sempit dan kecepatan aliran yang rendah pun mampu menghasilkan energi(A.C. Purnama et al, 2013), sehingga kincir ini dapat bekerja tanpa bantuan tenaga dari luar. Selain itu kincir ini memiliki dsain yang sederhan.
Berdasarkan penjelasan tersebut, penulis ingin melakukan sebuah penelitian tentang kinerja kincir air. penelitian tentang kincir air yang akan penulis lakukan membahas mengenai koefisien daya yang dihasilkan oleh kincir. Kincir air
Savonius yang digunakan akan menggunakan poros horizontal dengan memvariasi
sudut pengarah aliran.
1.2 IDENTIFIKASI MASALAH
Kincir air Savonius dapat bekerja pada selokan yang memiliki kecepatan aliran air yang rendah. Sehingga, dibutuhkan juga penambahan pengarah aliran pada kincir agar kecepatan putar kincir menjadi lebih cepat sehingga akan meningkatkan nilai Koefisien Daya (Cp), Koefisien Torsi (Ct), dan Tip Speed
Ratio (TSR).
1.3 PERUMUSAN MASALAH
1. Bagaimana pengaruh pengarah aliran terhadap kecepatan putar poros kincir?
2. Bagaimana pengaruh pengarah aliran terhadap efisiensi kincir air? 3. Bagaimana pengaruh pengarah aliran terhadap nilai Ct vs TSR?
1.4 BATASAN MASALAH
Dalam penelitian ada beberapa hal yang dibatasi oleh penulis, yaitu : 1. Material yang digunakan tidak membahas masalah korosi.
2. Ukuran desain dan model kincir adalah lebar 1850mm (1,85m), dan diameter 350mm (0,35m).
3. Kecepatan aliran air sebelum menggunakan pengarah aliran akan dianggap konstan.
4. Jumlah pengarah aliran yang digunakan hanya 1 buah.
5. Variasi sudut pengarah aliran yang digunakan adalah 30˚, 45˚, dan 60˚. 6. Variasi sudu yang akan digunakan hanya menggunakan 4 sudu.
7. Pembebanan yang digunakan pada kincir air menggunakan beberapa lampu.
1.5 TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN 1.5.1 Tujuan Penelitian
Penelitian ini diadakan dengan tujuan-tujuan sebagai berikut:
1 Dapat mengetahui apakah pengaruh sudut pengarah aliran air terhadap daya yang dihasilkan.
2 Mengetahui pengaruh penggunaan pengarah aliran terhadap perbandingan nilai Koefisien Daya (Cp) vs Tip Speed Ratio (TSR).
3 Dapat mengetahui Koefisien Daya (Cp) tertinggi kincir air Savonius pada penggunaan sudut pengarah aliran air 30 ˚, 45 ˚ dan 60˚.
1.5.2 Manfaat Penelitian
Manfaat-manfaat yang diharapkan penulis dengan penelitian ini yaitu :
1. Menambah kepustakaan teknologi tentang pemanfaatan sumber daya energi air dengan kincir air poros horizontal tipe Savonius dengan menggunakan variasi sudut 30˚, 45˚ dan 60˚ pada deflektor.
2. Dapat memberikan informasi sebagai tambahan refrensi yang ingin melakukan riset secara khusus di bidang konversi energi.
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1 TINJAUAN PUSTAKA
Seperti pada penelitian menurut Adia Cahya Purnama, dkk. Rancang Bangun Turbin Air Sungai Poros Vertikal Tipe Savonius Dengan Menggunakan Deflektor, dengan hasil penelitian yaitu; U = 0,30 ; 0,57 ; 0,85 dan 1,08 m/s, dengan overlap = 0,2 m, tanpa pemandu arah aliran Cp = 0,04 ; 0,10 ; 0,06 dan 0,05, dengan menggunakan pemandu aliran air Cp = 0.12 ; 0.13, ; 0,08 dan 0,06,
Tip Speed Ratio maksimum yaitu 1,36 dengan pengaruh memandu menjadi 1,53.
Menyimpulkan penggunaan pemandu arah aliran pada kincir air Savonius berperngaruh terhadap peningkatan kecepatan aliran air. Adia Cahya Purnama mengatakan penggunaan pengarah aliran pada kincir air Savonius berperngaruh terhadap peningkatan kecepatan aliran air.
Ari prasetyo, Budi Kristiawan, dll.pada 2018 melakukan penelitian tentang “The Effect of Deflektor Angel in Savonius Water Turbine with Hotizontal Axis on
the Power Output of Water Flow in Pipe”. Pada penelitian tersebut mencari
pengaruh variasi sudut pengarah aliran terhadap daya yang dihasilkan oleh turbin air Savonius. Variasi sudut pengarah aliran yang digunakan adalah 20˚, 30˚, 40˚ dan 50˚. Desain sudu turbin menggunakan 5 buah sudu, sudu yang digunakan tidak berbentuk lingkaran sempurna melainkan menggunakan kurva sudut 70˚. Hasil penelitian tersebut menunjukan bahwa turbin yang dilengkapi dengan pengarah aliran 30˚ memiliki kinerja turbin paling optimal dengan output daya 18,4 Watt, TSR 1,12 dan koefisien daya 1,127.
Kailash Golech, T.I Eldo, S.V.Prabhu pada 2012 melakukan penelitian tentang “Performance Study of Modified Savonius Water Turbine with Two
Deflektor Plates”. Pada pencobaan tersebut menggunakan turbin air Savonius
horizontal dengan diameter 245 milimeter dan tinggi 170 milimeter. Konfigurasi dengan dua pengaruh yang digunakan pada percobaan tersebut adalah satu
pengaruh dengan sudut yang tetap dan satu pengarah yang dapat diubah-ubah. Pada pengarah yang yang sudutnya dapat diubah digunakan 8 konfigurasi yang berbeda. Dari percobaan yang telah dilakukan, didapatkan jika Cp maksimum dari dari turbin savonius tersebut diperoleh pada konfigurasi dengan sudut sebesar 50˚ dan jarak 1.8 kali jari-jari dari sumbu turbin air tersebut. Selain itu jika dibandingkan dengan satu pengarah dan tanpa pengarah pada keadaan Cp maksimum, turbin dengan dua pengarah aliran mendapatkan nilai yang lebih tinggi pada TSR dan koefisien torsinya.
2.2 DASAR TEORI
2.2.1 Energi Air
Energi merupakan suatu kekuatan yang dimiliki oleh suatu zat sehingga zat tersebut mempunyai pengaruh pada keadaan sekitarnya. Energi bersifat abstrak, sulit dibuktikan namun dapat dirasakan keberadaannya. Hukum Termodinamika pertama dikenal juga sebagai hukum kekekalan energi bahwasannya energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan tetapi hanya dapat dialihkan dari satu bentuk lainnya (Arif, E., 2011).
Air merupakan sumber energi ramah lingkungan, murah dan relatif mudah didapat, karna pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air mengalir). Energi yang terdapat dalam air adalah Energi Kinetik, Energi Potensial dan Energi Aliran.
a) Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda akibat pergerakan benda tersebut. Energi kinetik dipengaruhi oleh massa fluida air dan kecepatan gerak air, yang dapat dituliskan :
Keterangan:
EK = Energi Kinetik (Joule) m = Massa fluida (kg) U = Kecepatan fluida (m/s) b) Energi Potensial
Energi potensial adalah energi yang mempengaruhi benda karna posisi (ketinggian) benda tersebut yang mana kecenderungan tersebut menuju tak terhingga dengan arah dari gaya yang ditimbulkan dari energi potensial tersebut . persamaan energi potensial dapat dirumuskan sebagai berikut :
Ep = ṁ g h (2)
Keterangan :
EP = Energi Potensial (Joule) ṁ = Laju aliran massa (kg/s) g = Percepatan gravitasi (m/s2
) h = Ketinggian (m)
c) Energi Mekanis
Energi Mekanis adalah energi yang muncul saat suatu alat menangkap Energi Kinetik dan Energi Potensial pada aliran fluida.
2.2.2 Daya Kincir
Daya kincir adalah daya yang dihasilkan oleh poros kincir akibat daya fluida yang melintasi sudu-sudu kincir. Fisikiawan Jerman Albert Betz menyimpulkan bahwa tidak ada turbin yang dapat mengkonversikan energi kinetik fluida ke dalam bentuk energi yang mengerakan rotor (kinetik) lebih dari 59,3%. Dan hal tersebut dikenal dengan Hukum Bezt atau Betz Limit. Batasan ini tidak ada hubungannya dengan ketidak efisienan generator, tapi lebih kepada turbin angin itu sendiri.
Gambar 2.3 : Diagram Betz Limit
(Erich Hau, Wind Turbines, 2nd ed., 2006, Figure 5.10, page 101) Hubungan diagram Betz dengan Kincir Savonius adalah seberapa besar koefisien daya (Cp) dan Tip Speed Ratio (TSR) yang dapat dihasilkan oleh kincir Savonius yang seharusnya. Diagram Betz ini adalah diagram yang diteliti dengan aliran fluida yaitu angin sebagai mediumnya, pada penelitian ini menggunakan aliran fluida yaitu air sebagai mediumnya.
2.2.3Kincir Air Savonius
Kincir Savonius diciptakan oleh Sirgurd Johannes Savonius pada tahun 1922. Kincir Savonius bekerja karna terjadinya perbedaan gaya antar masing-masing sudu. Kincir ini dapat dimanfaatkan pada aliran sungai dengan kecepatan aliran air yang rendah dan potensi ketinggian air yang rendah. Kincir ini mampu mendapatkan koefisien daya yang cukup tinggi pada aliran air dengan kondisi tersebut.
Gambar 2.2 : Rotor Savonius dengan gaya drag celah sudu tertutup tope U. (Sumber : Frederikus W, 2014, hal. 299)
Bagian cekung sudu rotor ini menangkap dan mengkonversikan energi kinetik yang dihasilkan oleh aliran fluida yang berupa udara atau air. Kemudian sudu rotor savonius memiliki gaya drag yang sedikit saat bergerak akibat aliran fluida atau Fcovex dibandingkan dengan sudu yang bergerak oleh aliran
Fconvace. Rotor Savonius ini terdiri dari dua sudu yang membentuk seperti huruf
S jika dilihat dari atas. Prinsip kerja rotor Savonius vertikal yaitu ketika rotor berputar sekitar sepertiga dari resolusinya, sudu yang terrbuka menerima aliran fluida akan berada dibelakang, kemudian sudu selanjutnya akan berputar dan menerima aliran fluida, proses ini akan terus berulang-ulang selama ada aliran fluida. Rotor Savonius terdiri dari tiga bagian utama yaitu: plat, poros, dan sudu.
2.2.4 Landasan Teori Rotor Savonius
Performa dari kincir model savonius dapat ditentukan dengan persamaan-persamaan berikut:
a) Luas penampang frontal
Adalah nilai koefisien proyeksi kincir yang menghadap arah datangnya aliran air. Persamaan yang digunakan :
A = H × D (4)
Keterangan :
H = Tinggi rotor Savonius D = Diameter rotor Savonius
b) Kecepatan sudut
Kita juga dapat menentukan kecepatan sudut dari kincir air berdasarkan kecepatan poros kincir dengan menggunakan persamaan :
(5)
Keterangan :
n = Kecepatan poros kincir t = Waktu
c) Daya kincir air
Daya kincir dapat diukur menggunakan nilai daya elektrik. Daya elektrik dapat diukur menggunakan nilai tegangan dan kuat arus yang dihasilkan oleh generator.
Pe = V × I (6) Bisa juga dengan menggunakan persamaan berikut :
Pe = T × ω (7) Keterangan :
V = Tegangan Arus I = Arus listrik T = Torsi
d) Tip Speed Ratio (λ)
Tip Speed Ratio λ atau TSR pada kincir angin (pada kasus ini kincir aliran
air) adalah rasio antara kecepatan rotasi pada ujung sudu dan kecepatan aktual dari aliran air yang akan kemudian berpengaruh terhadap kecepatan putar rotor (Hayashi et al., 2005). Tip Speed Ratio λ atau TSR dengan menggunakan untuk diameter rotor dapat didefinisikan sebagai berikut:
(8)
Keterangan :
e) Daya air
Daya air adalah daya yang terdapat dalam aliran air yang dapat memutar kincir air. Daya air dapat dicari dengan persamaan :
Pa = 0,5 ρ A U3
(9)
Keterangan :
ρ = Masa jenis air
f) Torsi
Menurut (Victor.L, 1996), rumus untuk mendapatkan torsi dapat diketahui dengan persamaan :
T = F × r (10)
Untuk mencari nilai torsi bisa juga dengan menggunakan persamaan lainnya, yaitu :
(11)
g) Koefisien Torsi (Ct)
Koefisien torsi adalah perbandingan antar nilai torsi pada kincir dengan nilai torsi yang terkandung pada aliran air yang menabrak kincir.
Nilai koefisien torsi dapat dirumuskan sebagai berikut :
h) Koefisien Daya (Cp)
Koefisien daya adalah nilai perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir air dengan daya yang dimiliki oleh air yang melewati kincir tersebut.
14
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 PENELITIAN
Pada penelitian ini, metode yang di pakai adalah metode eksperimen. Eksperimen ini akan dilakukan dengan membuat alat berupa kincir air tipe Savonius dengan poros horizontal yang nantinya akan diuji coba dan digunakan pada aliran sungai. Pada penelitian ini akan diberikan beberapa variasi agar dapat diketahui bagaimana unjuk kerja kincir.
Penelitian ini meneliti mengenai pengaruh variasi sudut 30˚, 45˚ dan 60˚ pada pemandu aliran air. Pemandu aliran air yang digunakan hanya 1 buah, yaitu deflektor pada bagian bawah kerangka kincir. Penelitian dilakukan pada aliran sungai yang tidak stabil dengan kecepatan aliran ± 0,6 m/s.
Data yang yang didapatkan akan diolah untuk mendapatkan Koefisien Daya (Cp), Koefisien Torsi (Ct), Daya (Watt) dan Tip Speed Ratio (TSR) (λ) sebagai data perbandingan dengan penelitian kincir air Savonius sebelumnya.
3.2 DIAGRAM ALUR PENELITIAN
Pada proses persiapan materi hingga pengerjaan alat dan bahan dapat diketahui dengan menggunakan diagram alur dibawah ini :
Mulai
Melakukan penelitian dengan variasi:
1. Kincir Savonius tiga sudu dengan pengarah 30˚ dan pembebanan pertama hingga pembebanan ke delapan 2. Kincir Savonius tiga sudu dengan pengarah 45˚ dan
pembebanan pertama hingga pembebanan ke delapan 3. Kincir Savonius tiga sudu dengan pengarah 60˚dan
pembebanan pertama hingga pembebanan ke delapan
Belum
Pengambilan data
Olah data Studi Pustaka
Perancangan alat kincir air dengan lebar 1850mm (1,85m), dan diameter 350mm
Pembuatan alat
Merangkai alat
Sudah Pengolahan data, analisa data, pembahasan, kesimpulan dan saran
3.3 ALAT YANG DIGUNAKAN
3.3.1 Skema Rangkaian Alat
Pada penelitian ini, peneliti akan menguji alat kincir air Savonius menggunakan 3 sudu dengan pemandu aliran air.
Gambar 3.1 : Skema kincir air Savonius
Kincir air Savonius yang akan di uji akan menggunakan variasi sudut pemandu aliran air dan akan menghasilkan keluaran daya listrik. Bagian-bagian alat adalah : a. Generator b. Multimeter c. Transmisi d. Sudu kincir e. Deflektor f. Tongkat ukur g. Current meter
3.3.2 Bagian-bagian Kincir Air
Bagian-bagian utama dari kincir air Savonius sendiri adalah sudu, poros, pengarah, dan kerangka. Berikut merupakan gambar rancangan dari kincir air Savonius yang menjadi objek penelitian
a. Ukuran-ukuran kincir
b. Sudu kincir
Gambar 3.3 : Ukuran sudu kincir air
Ukuran lembar dari sudu kincir adalah 1850mm (1,85m), dan diameter 350mm (0,35m) dengan ketebalan plat 3mm
c. Poros kincir air
Gambar 3.4 : Ukuran-ukuran poros kincir
Poros kincir air ini berasal dari poros pejal yang memiliki diameter 4cm dan memiliki panjang 2,25m. Berfungsi sebagai tumpuan putaran kincir air yang nantinya dihubungkan dengan trasmisi ke generator.
d. Pengarah Aliran Air
Pengarah aliran air merupakan objek yang menjasi variasi dari penelitian yang dilakukan. Pengarah aliran air akan memandu aliran air menuju sudu kincir air dengan begitu akan mengurangi torsi negatif pada sisi cembung dan menambah torsi positif pada sisi cekung (Kailash G, 2012).
Untuk pengarah aliran air yang digunakan terbuat dari plat besi berbentuk segi empat dan memiliki penyangga untuk menempatkan pada bagian kerangka. Ukuran pengarah aliran air adalah tinggi 440 mm dan panjang 2020 mm.
Gambar 3.5 : Rancangan sudut pengarah aliran air
Pada penelitian ini, kincir air akan dipasang sudu dengan jumlah 3 sudu, variabel penelitian lainnya adalah dengan variasi pengarah aliran air yang akan dipasang pada bagian bawah kerangka alat, jumlah variasi deflektor ada 3 yaitu:
a. Sudut 30˚ b. Sudut 45˚ c. Sudut 60˚
e. Generator Listrik
Generator yang digunakan pada penelitian bertujuan untuk mengkonversikan energi mekanik menjadi aliran listrik. Generator yang digunakan merupakan generator sepeda listrik dengan keluaran listrik 3 fase. Pada saat kincir bekerja, generator akan terhubung dengan rangkaian lampu pembebanan.
Gambar 3.7 : Generator listrik
f. Trasmisi
Trasnmisi pada penelitian ini digunakan untuk menyalurkan putaran turbin air ke generator listrik. Trasnmisi yang dipakai menggunakan 2 tingkat dengan nilai rasio (i) 7,2 dengan menggunakan gir, pinion dan rantai. Trasmisi yang digunakan (gir, rantai, pinion) merupakan trasmisi sepeda karena jika menggunakan trasmisi gir dan pinion motor,nilai (i) yang tersedia sudah tetap dan tidak bisa memilih sendiri nilai rasio yang diinginkan. Trasnmisi dengan menggunakan rantai bertujuan dapat mengurangi slip yang terjadi dan penggunaan gir dan rantai dinilai lebih baik jika dinandingkan dengan pulli dan belt.
3.3.3 Alat Pengambilan Data
Dalam pengambilan data, ada beberapa alat yang digunakan untuk mendapat data pengujian. Alat yang digunakan saat pengujian sebagai berikut:
a. Takometer
Takometer merupakan alat yang gunakan untuk mengukur kecepatan putar generator. Cara penggunaanya dengan menempelkan magnet terlebih dahulu ke poros yang berputar, selanjutnya sensor takometer diarahkan ke poros yang terdapat magnet yang berputar.
Gambar 3.8 : Takometer elektrik b. Multimeter
Multimeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besarnya kelistrikan yang dihasilkan. Multimeter akan disambungkan ke beban lampu agar dapat mengetahui besarnya tegangan dan arus listrik saat tanpa beban maupun pada saat pembebanan.
c. Current Velocity Meter
Gambar 3.10 Current Velocity Meter
Current Velocity Meter merupakan peralatan yang digunakan untuk
mengukur besarnya arus air yang akan melewati turbin. Alat ini dipasang tepat didepan deflektor
d. Stopwatch
Stopwatch digunakan untuk menghitung lama waktu pada saat pengambilan data.
e. Beban lampu
Gambar 3.11 : Pembebanan lampu
Pembebanan yang digunakan pada penelitian ini menggunakan pembebanan elektrik, yaitu dengan menggunakan pembebanan lampu. Lampu yang digunakan berjumlah 10 lampu dengan spesifikasi 1 lampu = 14 volt & 10 watt
3.4 LANGKAH PENELITIAN
Didalam melakukan penelitian ini ada langkah-langkah yang perlu dilakukan dalam penelitian dan pengambilan data, yaitu:
1. Penelitian akan diawali dengan membuat dsain alat seperti pada gambar 3.1.
2. Melakukan set up sudut deflektor, kemudian kincir di masukan ke aliran aliran sungai.
3. Menyambungkan rangkaian kabel generator, beban lampu, dan multimeter. 4. Menyiapkan stopwatch dan takometer elektrik.
5. Memasang Current Velocity Meter pada jalur aliran air untuk mencatat kecepatan airan.
6. Setelah semua terpasang, segera melakukan pengambilan data terhadap parameter-parameter penelitian. Pengambilan data dilakukan sebanyak 3 kali sesuai dengan banyaknya variasi deflektor.
7. Pengambilan data dilakukan selama 2 menit per pembebanan.
8. Setelah selesai, set up alat pengukuran dibongkar dan kincir dinaikan ke atas permukaan air.
9. Data parameter-parameter yang telah didapatkan segera diolah sehingga dapat data daya elektrik (Pe), koefisien torsi (Cm), koefisien daya (Cp), dan Tip Speed Ratio (TSR)
3.5 ANALISIS DATA
Parameter-parameter yang perlu dicatat selama pengambilan data adalah sebagai berikut :
1. Kecepatan aliran air 2. Putaran poros kincir air
3. Besarnya tegangan dan arus listrik
Dari beberapa parameter yang telah disebutkan diatas nantinya data yang dihasilkan dapat dianalisa untuk dapat mengetahui unjuk kerja kincir, beberapa data yang diharapkan dapat diketahui melalui analisa adalah sebagai berikut :
1. Koefisien torsi 2. Koefisien daya 3. Putaran poros kincir 4. Nilai Tip speed Ratio 5. Pengaruh sudut deflektor
Saat proses analisa data, data yang sudah didapatkan akan dianalisa bagaimana unjuk kerjanya dan nantinya hasil analisa akan diberikan dengan sebuah table dan grafik
25
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Hasi perhitungan dan pembahasan dalam penelitian mengenai varian pengauh kincir air Savonius sudu tiga dengan pemasangan pengarah aliran air 30˚, 44˚, 60˚ pada aliran sungai akan di bahas dalam Bab ini, dimana data yang diolah untuk mendpatkan hasil mengenai : Koefisien daya (Cp), koefisien torsi (Ct), Tip Speed Ratio (TSR), daya (W) yang kemudian akan di bandingkan dengan penelitian yang sudah ada.
Tabel pengambilan data akan di tampilkan pada sub Bab 4.1 dengan setiap variasi sudu kincir. Data hasil perhitungan akan di sajikan dalam Tabel 4.4 sampai 4.6. Kemudian grafik-grafik akan disajikan dengan beberapa hubungan untuk menjawab tujuan pada Bab 1.
Penelitia ini dilakukan dengan melihat penelitian yang telah dilakukan sebelumnya sebagai referensi, untuk melihat perbedaan hasil yang telah dilakukan. Perbandingan data hasil penelitian tersebut akan di bahas pada sub Bab 4.7.
4.1 DATA HASIL PENELITIAN
Setelah melakukan beberapa kali pengujian pengambilan data, akhirnya didapatkan beberapa data yang dicatat dari alat ukur yang meliputi pengukuran voltase yang dihasilkan generator, arus listrik yang dihasilkan generator, kecepatan putar poros yang dihasilkan oleh kincir, dan kecepatan arus air.
Dari data yang diambil maka diambil rata-rata dari setiap variasi pembebanan yang dilakukan dan didapatlah hasil yang ditampilkan pada tabel. Data-data dari pengambilan dengan sudut pengarah aliran air 30˚, 44˚ dan 60˚ ditampilkan pada Tabel 4.1, Tabel 4.2, dan Tabel 4.3
Tabel 4.1 : Pengambilan data rata-rata pada sudut 30˚ Pembebanan Lampu Putaran Generator (Rpm) Kecepatan Sudu (Rpm) Arus Listrik (ampere) Tegangan Listrik (volt) V air (m/s) 1 225,22 31,28 2,69 20,43 0,61 2 220,00 30,56 3,30 18,07 0,62 3 210,38 29,22 3,79 16,19 0,62 4 203,49 28,26 4,20 14,80 0,61 5 195,85 27,20 4,52 13,50 0,60 6 189,17 26,27 5,20 11,04 0,59 7 179,55 24,94 5,41 10,25 0,59 8 165,00 22,92 5,57 9,50 0,61
Tabel 4.2 : Pengambilan data rata-rata pada sudut 45˚
Pembebanan Lampu Putaran Generator (Rpm) Kecepatan Sudu (Rpm) Arus Listrik (ampere) Tegangan Listrik (volt) V air (m/s) 1 234,67 32,59 2,76 21,18 0,59 2 229,29 31,85 3,49 18,16 0,59 3 223,08 30,98 4,41 15,14 0,59 4 217,67 30,23 4,71 14,91 0,59 5 206,22 28,64 5,06 13,23 0,59 6 198,15 27,52 5,60 11,82 0,59 7 181,20 25,17 5,50 10,70 0,59 8 176,47 24,51 5,48 10,37 0,59
Tabel 4.3 : Pengambilan data rata-rata pada sudut 60˚ Pembebanan Lampu Putaran Generator (Rpm) Kecepatan Sudu (Rpm) Arus Listrik (ampere) Tegangan Listrik (volt) V air (m/s) 1 252,00 35,00 2,93 23,30 0,61 2 248,33 34,49 3,41 22,50 0,61 3 241,93 33,60 3,92 20,77 0,61 4 230,67 32,04 4,50 18,56 0,61 5 216,67 30,09 5,00 16,53 0,61 6 208,00 28,89 5,99 13,08 0,61 7 196,67 27,31 6,23 12,43 0,61 8 184,67 25,65 6,20 11,74 0,61
4.2 HASIL ANALISIS
4.2.1 Perhitungan Data
Dari data yang telah diperoleh, kemudian data akan diolah kembali kedalam grafik untuk mengetahui hubungan tentang koefisien torsi (Cm), aliran air. Data yang digunakan pada contoh diambil pada tabel 4.3 pada penggunaan deflektor 60˚ baris ke 1.
1. Putaran kincir
Pada penelitian ini, putaran kincir tidak dapat diketahui karena bagian kincir sepenuhnya berada pada kedalaman air, sehingga tidak bisa diukur dengan pasti. Kecepatan putar kincir dapat diketahui dengan pembagian antara putaran antar generator dengan rasio trasmisi yang digunakan saat penelitian.
2. Daya yang dihasilkan
Daya yang dihasilkan dapat diketahui dengan menghitung daya yang dihasilkan oleh generator (daya elektrik). Daya yang dihasilkan generator dapat diketahui dari voltase dan ampere yang diukur. Persamaan yang digunakan adalah Pe = V . I
Pe = 23,3 x 2,93 Pe = 68,22 watt
Dari perhitungan diatas, maka daya yang dihasilkan sebesar 85,947 watt.
3. Daya pada aliran air
Daya pada aliran air adalah daya yang terkandung pada kecepatan air yang mengalir melewati kincir.
Pa = 0,5 × ρ × A × U3
Pa = 0,5 × 1000 × 1,3 × 0,613 Pa = 148,99 watt
Daya yang terkandung pada kecepatan air mengalir adalah 159,276 watt.
4. Kecepatan sudut kincir
5. Torsi T = 18,623 6. Koefisien torsi
Koefisien torsi adalah perbandingan antara nilai torsi pada kincir dengan nilai dorongan yang terkandung pada aliran yang menabrak kincir.
7. Koefisien daya
Koefisien daya adalah perbandingan daya yang dihasilkan dengan daya yang mengenai kincir. Karna daya yang dihasilkan dan daya aliran sudah diketahu maka dapat dicari koefisien dayanya dengan persamaan :
Dari data diatas, maka diketahu nilai koefisien daya sebesar 0,462.
8. Tip speed ratio
Tip speed ratio adalah rasio antar kecepatan rotasi pada ujung sudu dan
kecepatan aktual dari aliran air yang akan mengenai rotor. Pada penelitian ini, diameter rotor yang digunakan adalah 0,7 meter. Maka nilai TSR dapat diperoleh sebagai berikut :
4.2.2 Hasil Pengolahan Data
Setelah mendapatkan data-data yang diperlukan, selanjutnya data-data itu dapat diolah agar mendapatkan hasil penelitian yang diinginkan. Hasil pengolahan data akan ditampilkan dengan tabel 4.4, 4.5, 4.6 untuk variasi pengarah aliran air sudut 30˚, 40˚, 60˚ dan dikerjakan menggunakan perangkat lunak excel.
Tabel 4.4 Pengolahan data untuk sudut 30˚
Pembebanan Lampu ω Kincir (rad/s) Daya Listrik (watt) Daya Air (watt) Ct Cp TSR 1 3,27 54,92 146,57 0,20 0,37 1,88 2 3,20 59,59 158,44 0,21 0,38 1,79 3 3,06 61,37 152,43 0,23 0,40 1,74 4 2,96 62,21 144,65 0,25 0,43 1,71 5 2,85 61,00 137,61 0,27 0,44 1,67 6 2,75 57,43 133,04 0,26 0,43 1,63 7 2,61 55,47 131,25 0,27 0,42 1,56 8 2,40 52,96 147,54 0,26 0,36 1,38
Tabel 4.5 Pengolahan data untuk sudut 45˚
Pembebanan Lampu ω Kincir (rad/s) Daya Listrik (watt) Daya Air (watt) Ct Cp TSR 1 3,41 58,51 132,14 0,22 0,44 2,03 2 3,33 63,34 131,69 0,24 0,48 1,99 3 3,24 66,77 133,95 0,26 0,50 1,92 4 3,16 70,15 136,69 0,28 0,51 1,86 5 3,00 66,94 136,43 0,28 0,49 1,77 6 2,88 66,14 135,31 0,29 0,49 1,70 7 2,63 58,84 130,80 0,29 0,45 1,57 8 2,57 56,81 133,04 0,28 0,43 1,52
Tabel 4.6 Pengolahan data untuk sudut 60˚ Pembebanan Lampu ω Kincir (rad/s) Daya Listrik (watt) Daya Air (watt) Ct Cp TSR 1 3,66 68,22 147,54 0,22 0,46 2,10 2 3,61 76,62 147,54 0,25 0,52 2,07 3 3,52 81,38 147,54 0,27 0,55 2,02 4 3,35 83,43 147,54 0,29 0,57 1,92 5 3,15 82,64 147,54 0,31 0,56 1,81 6 3,02 78,40 147,54 0,31 0,53 1,73 7 2,86 77,43 147,54 0,32 0,52 1,64 8 2,68 72,74 147,54 0,32 0,49 1,54
4.3 GRAFIK HASIL PERHITUNGAN
Dari data yang sudah diperoleh, maka data tersebut akan diolah kembali kedalam bentuk grafik agar nanti bisa diketahui nilai-nilai perbandingan yang saling berkaitan antar data satu dengan yang lainnya. Berikutnya adalah grafik yang menggambarkan perbandingan dari data-data yang telah didapatkan dan diolah :
4.3.1 Grafik Hubungan Pembebanan Terhadap Putaran
Berdasarkan dari hasil pengolahan data yang telah dilakukan dan
ditampilkan pada Tabel 4.1 sampai Tabel 4.6 dapat dibuat grafik hubungan antara beban yang diberikan berupa lampu terhadap kecepatan putar poros yang
dihasilkan oleh kincir.
Dari hasil perhitungan yang sudah dilakukan, didapatkan grafik pembanding dari berbagai variasi sudut pengarah aliran air grafik sebagai berikut :
Gambar 4.1 : Grafik hubungan pembebanan terhadap putaran kincir pada 3 variasi pengarah aliran air
Pada grafik di atas, diketahui bahwa pembebanan lampu berpengaruh terhadap kecepatan poros. Terlihat bahwa kecepatan poros kincir akan mengalami penurunan apabila diberi beban. Hal ini disebabkan pemberian beban akan meningkatkan gaya lawan pada generator yang selanjutnya ditrasmisikan ke kincir. Pembebanan ini akan membuat poros kincir seperti mengalami pengereman sehingga kecepatan putar poros semakin lama akan menurun.
Pada grafik tersebut didapati kecepatan putar kincir pada sudut pengarah aliran air 60˚ memiliki nilai yang lebih tinggi dibandingkan sudut yang lainnya. Akan tetapi pada sudut pengarah aliran air 60˚ memiliki nilai gradien lebih kecil, dengan kata lain penambahan beban lebih berpengaruh terhadap penurunan nilai putaran kincir.
Dalam grafik di atas juga terlihat bahwa kecepatan poros dengan sudut pengarah aliran air 60˚ mempunyai nilai yang lebih tinggi dibanding dengan variasi lainnya. Sesuai dengan hasil penelitian Prawira, hal ini karena penggunaan sudut 60˚ dapat lebih menutupi bagian cembung kincir sehingga dorongan air
y = -0,8274x + 252,37 y = -0,8739x + 265,15 y = -1,0065x + 287,79 0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 0 20 40 60 80 100 120 Pu tar an K in ci r (R PM ) Beban (Watt)
yang mengarah ke sisi cekung lebih besar dibandingkan 2 variasi lainnya (Kailash, G., Eldho, T. I. and Prabu, S. V 2012). Nilai putaran tertinggi pada sudut 60˚ adalah 35,00 rpm, sedangkan pada sudut 45˚ memiliki nilai putaran tertinggi sebesar 32,59 rpm dan pada sudut 30˚ memiliki putaran tertinggi sebesar 31,28 rpm. Nilai ketiganya berada pada pembebanan lampu pertama.
4.3.2 Grafik Hubungan Pembebanan Terhadap Daya Listrik
Berdasarkan dari hasil pengolahan data yang telah dilakukan dan ditampilkan pada tabel 4.1 sampai Tabel. 4.6 dapat dibuat grafik hubungan antara beban yang diberikan berupa lampu terhadap daya elektrik yang mampu dihasilkan oleh generator.
Gambar 4.2 : Grafik hubungan pembebanan terhadap daya listrik pada 3 variasi pengarah aliran air
Pada grafik diatas, diketahui bahwa hubungan pembebanan lampu berpengaruh terhadap besar daya listrik yang dihasilkan. Grafik diatas
0,000 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000 70,000 80,000 90,000 0 20 40 60 80 100 120 D ay a (w att ) Beban (Watt)
menunjukan bahwa penggunaan pengarah aliran air dapat mempengaruhi daya yang dihasilkan. Data diatas menunjukan daya yang dihasilkan cenderung meninggkat terlebih dahulu ke titik tertinggi yang dapat dihasilkan, selanjutnya daya tersebut akan mengalami penurunan hingga ke titik terendah.
Pada grafik diatas nilai daya tertinggi terdapat pada sudut 60˚, pada sudut ini nilai daya elektrik tertinggi yang didapatkan sebesar 83,43 watt pada pembebanan keempat, dan nilai daya terendah pada beban kedelapan dengan daya sebesar 72,74 watt. Untuk sudut 45˚ daya listrik tertinggi sebesar 70,15 watt pada beban keempat dan nilai daya listrik terendah sebesar 56,81 watt pada beban kedelapan. Sedangkan untuk sudut 30˚ nilai daya tertinggi sebesar 62,21 watt pada pembebanan kedua dan nilai terendah daya yang dihasilkan sebesar 52,96 watt pada beban kedelapan.
Dengan hasil pengujian yang didapatkan maka sudut 60˚ memiliki nilai tertinggi dari semua variasi. Hal ini disebabkan pada sudut 60˚ dorongan air yang mengarah ke kincir lebih besar karna kemiringan pengarah aliran air sangat berpengaruh. Kemiringan tersebut dapat menutupi sisi cembung sirip sehingga lebih banyak air yang mengarah ke sisi cekung sirip (Prawira, Y. P. dan Wihadi, R. B. D. 2019).
4.3.3 Grafik Hubungan Tip Speed Ratio Terhadap Koefisien Daya
Berdasarkan dari hasil pengolahan data yang telah dilakukan dan ditampilkan pada Tabel 4.1 sampai Tabel 4.6 dapat dibuat grafik hubungan antara
Gambar 4.3 : Grafik hubungan Tip Speed Ratio (TSR) terhadap koefisien daya pada 3 variasi pengarah aliran air
Pada grafik diatas, diketahui bahwa hubungan nilai Tip Speed Ratio (TSR) dengan nilai Koefisien Daya (Cp) yang dihasilkan. Grafik diatas dapat menunjukan bahwa penggunaan pengarah aliran air dapat mempengaruhi besarnya nilai koefisien daya yang dihasilkan. Dapat dilihat pada grafik bahwa nilai Cp akan mengalami kenaikan ke titik maksimum dan selanjutnya akan mengalami penurunan seiring jumlah pembebana yang ditambahkan.
Pada grafik diatas, nilai Cp tertinggi berada pada pada variasi sudut 60˚ dengan nilai sebesar 0,57 pada TSR 1,92, untuk sudut 45˚ memiliki nilai Cp tertinggi sebesar 0,51 pada TSR 1,86 dan pada variasi sudut 30˚ memiliki Cp tertinggi sebesar 0,44 pada TSR 1,67. Dari data tersebut diketahui bahwa yang memiliki efisiensi tertingi pada ke 3 variasi pengarah aliran air adalah variasi sudut 60˚.
Hal ini disebabkan oleh kemiringan sudut 60˚ sehingga air yang mengalir banyak yang akan mengarah ke sisi cekung rotor dibandingkan sisi cembung rotor
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 Cp TSR
dan pada sudut 60˚ ini juga memiliki rasio putaran kincir yang lebih besar dibandingkan dengan variasi sudut lainnya.
Meskipun kincir dengan pengarah 30˚ memiliki efisiensi paling rendah, tetapi mampu menghasilkan daya pada TSR paling rendah dibandingkan sudut pengarah yang lain. Hal tersebut mengindikasikan bahwa kincir masih dapat bekerja pada putaran yang lebih rendah.
4.3.4 Grafik Hubungan Tip Speed Ratio Terhadap Koefisien Torsi
Berdasarkan dari hasil pengolahan data yang telah dilakukan dan ditampilkan pada Tabel 4.1 sampai Tabel 4.6 dapat dibuat grafik hubungan antara
Tip Speed Ratio terhadap koefisien torsi.
Gambar 4.4 : Grafik hubungan Tip Speed Ratio terhadap koefisien torsi pada 3 variasi pengarah aliran air
0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300 0,350 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 Ct TSR
Pada grafik diatas, diketahu bahwa hubungan nilai Tip Speed Ratio (TSR) dengan nilain Koefisien Torsi (Ct) yang dihasilkan. Grafik diatas dapat menunjukan bahwa penggunaan pengarah aliran air dapat mempengaruhi besarnya nilai koefisien torsi yang dihasilkan. Pada grafik diatas, nilai Ct akan mengalami kenaikan ke titik maksimum seiring dengan penambahan pembebanan. Pada grafik diatas, nilai Ct tertinggi berada pada variasi sudut 60˚ dengan nilai sebesar 0,32 pada TSR 1,54. Untuk sudut 45˚ memiliki nilai Ct tertinggi sebesar 0,29 pada TSR 1,7 dan pada variasi sudut 30˚ memiliki nilai Ct tertinggi 0,27 pada TSR 1,56. Dari data tersebut diketahui bahwa yang memiliki koefisien torsi tertinggi pada ke 3 variasi pengaruh sudut aliran air adalah variasi sudut 60˚.
4.4 PERBANDINGAN HASIL PENELITIAN
Hasil penelitian yang didapat dari penelitan ini akan dibandingkan dengan data referensi. Data referensi yang dipakai adalah data hasil penelitian yang sudah ada terlebih dahulu. Refrensi yang dipakai adalah penelitian yang dilakukan Yesa Anugrah Ujuk Kerja Kincir Air Savonius Poros Horizontal Dengan Variasi Sudut Deflektor pada tahun 2019. Pada penelitian tersebut menggunakan saluran dan kincir air yang sama dengan peneliti, yang membedakan hanyalah jumlah sudu pada kincir air, peneliti menggunakan sudu tiga sedangkan referensi menggunakan sudu empat. Untuk data yang ditampilkan merupakan data-data dari pengambilan dengan sudut pengarah aliran air 30˚, 45˚, 60˚.
Data yang ditampilkan merupakan nilai tertinggi yang disajikan oleh masing-masing penelitian. Dimensi dari masing-masing alat penelitian disajikan dengan tabel dibawah ini.
Tabel 4.7 Tabel Dimensi Kincir Savonius yang Digunakan
D (mm) H (mm) Jumlah Sudu Sudut Pengarah Aliran Air Referensi 700 1850 4 30˚, 45˚, 60
Peneliti 700 1850 3 30˚, 45˚, 60
Berdasarkan pembanding di atas, hasil referensi dengan penelitian yang dilakukan penulis akan disajikan Tabel 4.7 dan Tabel 4.8 dengan menampilkan nilai tertinggi yang dihasilkan.
Tabel 4.8 Tabel Data dari Referensi Sudut Pengarah
Aliran Air
Daya yang Dihasilkan (watt)
Cp TSR
30˚ 78,51 0,45 1,32
45˚ 87,97 0,48 1,41
60˚ 94,62 0,6 1,64
Tabel 4.9 Tabel Data dari Penelitian Sudut Pengarah
Aliran Air
Daya yang Dihasilkan (watt)
Cp TSR
30˚ 62,21 0,43 1,7
45˚ 70,151 0,51 1,86
Pada hasil koefisien daya(Cp) yang didapatkan dapat disimpulkan bahwa Cp yang yang terdapat pada referensi lebih besar dari data dihasilkan peneliti. Dan semakin besar sudut deflektor tidak selalu mempengaruhi peningkatan nilai pada Cp. Hal itu terlihat pada hasil penelitian referensi deflektor 60˚ yang memiliki nilai Cp tertinggi yaitu 0,6.
42
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian mengenai kincir air Savonius yang telah dilakukan dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Dengan penggunaan sudut pengarah aliran air yang berbeda pada kincir air savonius menghasilkan perbedaan dalam hasil pada output daya. Pada penggunaan sudut pengarah 30˚ daya listrik tertinggi yang dihasilkan 62,21 watt, untuk sudut 45˚ daya listrik tertinggi sebesar 70,15 watt dan pada sudut 60˚ daya listrik tertinggi sebesar 83,43 watt.
2. Kincir dengan pengarah 30˚ memiliki koefisien daya paling rendah, tetapi mampu menghasilkan daya pada TSR paling rendah dibandingkan sudut pengarah yang lain. Hal tersebut mengindikasikan bahwa kincir masih dapat bekerja pada putaran yang lebih rendah.
3. Pada penggunaan sudut pengarah 30˚ diperoleh nilai koefisien daya tertinggi sebesar 0,44, pada sudut pengarah 45˚ diperoleh nilai koefisien daya tertinggi sebesar 0,51 dan pada sudut pengarah 60˚ diperoleh nilai koefisien daya (Cp) tertinggi sebesar 0,57. Sehingga koefisien daya tertinggi diperoleh pada sudut pengarah 60˚.
5.2 SARAN
Saran yang dapat diberikan setelah dilakukan penelitian ini yaitu:
1. Gunakan bahan trasmisi gir, pinion dan rantai untuk memperkecil rugi-rugi yang dihasilkan sehingga daya tersalurkan lebih optimal.
43
dengan ketebalan plat lebih dari 0,3mm agar dapat menahan aliran air yang besar.
44
DAFTAR PUSTAKA
Abadi, R. P (2018). Kincir Poros Vertikal Tipe Savonius Dua dengan Menggunakan Deflektor. Skripsi. Yogyakarta : Universitas Sanata Dharma. Anugerah, Y. (2019). Ujuk Kerja Kincir Air Savonius Poros Horizontal Empat
Sudu dengan Variasi Sudut Deflektor. Skripsi. Yogyakarta : Universitas Sanata Dharma.
Golecha, Kailash. (2011). Study on the Interaction between Two Hydrokinetic Savonius Turbines. India : Indian Institute of Technology
Kailash, G., Eldho, T. I. and Prabu, S. V (2012) Performance Study of Modified Savonius Water Turbine with Two Deflector Plates. India
Purnama, A. C., Hantoro, R. and Nugroho, G. (2013). Rancang Bangun Turbin Air Sungai Poros Vertikal Tipe Savonius dengan Menggunakan Pemandu Arah Aliran. Jurnal Teknik ITS.
Prawira, Y. P. (2019). Unjuk Kerja Kincir Air Savonius Dua Sudu dengan Variasi Tiga Sudut Deflektor. Skripsi. Yogyakarta : Universitas Sanata Dharma Prasetyo, A., Kristiawan, B., Danardono, D., & Hadi, S. (2018). The Effect of
Deflector Angle in Savonius Water Turbine with Horizontal Axis on the Power Output of Water Flow in Pipe. The 2nd International on Journal of
Physics: Conference Series 979 012043
Prawira, Y. P. dan Wihadi, R. B. D. (2019). Performance of Horizontal Axis Savonius Water Turbine Using Deflector Angle Variations. Sanata Dharma University Yogyakarta
Supandi, S., Padang, Y. A, & Nurpatria, N. (2018). Unjuk Kerja PLTMH Menggunakan Turbin Savonius dengan Variasi Sudut Deflektor. DINAMIKA
45
44
LAMPIRAN
Lampiran 1. Foto Proses Pembuatan Kincir45 Lampiran 2. Foto Kincir yang Digunakan
