i
PENGARUH KELENGKUNGAN SUDU TERHADAP KECEPATAN
PUTARAN DAN DAYA LISTRIK PADA KINERJA KINCIR ANGIN SAVONIUS TIPE U
SKRIPSI
Diajukan untuk Melengkapi dan Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan
Oleh :
SIGIT SURYONO
NIM. 0801130134
INSTITUT AGAMA ISLAM NEGERI PALANGKA RAYA FAKULTAS TARBIYAH DAN ILMU KEGURUAN
JURUSAN PENDIDIKAN MIPA PRODI TADRIS FISIKA
ii
PERSETUJUAN SKRIPSI
Judul : PENGARUH KELENGKUNGAN SUDU TERHADAP
KECEPATAN PUTAR DAN DAYA LISTRIK PADA KINERJA KINCIR ANGIN SAVONIUS TIPE U
Nama : Sigit Suryono
NIM : 0801130134
Jurusan : Pendidikan MIPA
Program Studi : Tadris Fisika
Jenjang : Strata Satu ( S.1 )
Palangka Raya, September 2016
Menyetujui,
Pembimbing I Pembimbing II
Suhartono, M.Pd.Si Sri Fatmawati, M.Pd NIP.19810305 200604 1 005 NIP.19841111 201101 2 012
Mengetahui,
Wakil Dekan Ketua Jurusan Bidang Akademik Pendidikan MIPA
Dra. Hj. Rodhatul Jennah, M.Pd Sri Fatmawati, M.Pd
iii
NOTA DINAS
Hal : Permohonan Ujian Skripsi Palangka Raya, 01 September 2016
saudara Sigit Suryono
Kepada
Yth. Ketua Jurusan Pendidikan
MIPA FTIK IAIN Palangka Raya
di-
Palangka Raya
Assalamu’alaikum Wr.Wb
Setelah membaca, memeriksa dan mengadakan perbaikan seperlunya, maka kami berpendapat bahwa Skripsi saudara.
NAMA : Sigit Suryono
NIM : 0801130134
JUDUL : Pengaruh Kelengkungan Sudu terhadap Kecepatan Putar dan Daya Listrik pada Kinerja Kincir Angin Savonius Tipe U
Sudah dapat diujikan untuk memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan Islam. Demikian atas perhatiannya diucapkan terimakasih.
Wassalamu’alaikum Wr.Wb
Pembimbing I Pembimbing II
Suhartono, M.Pd.Si Sri Fatmawati, M.Pd NIP.19810305 200604 1 005 NIP.19841111 201101 2 012
iv
PENGESAHAN
Skripsi yang berjudul PENGARUH KELENGKUNGAN SUDU TERHADAP
KECEPATAN PUTAR DAN DAYA LISTRIK PADA KINERJA KINCIR ANGIN SAVONIUS TIPE U ”.Oleh Sigit Suryono, NIM: 080 1130 134 telah
dimunaqasyahkan pada Tim Munaqasyah Skripsi FTIK Institut Agama Islam Negeri (IAIN) Palangka Raya, Pada:
Hari : Senin
Tanggal : 10 Oktober 2016 M 09 Muharram 1438 H
Palangka Raya, 10 Oktober 2016
Tim Penguji:
1. Gito Supriadi, M.Pd (……….…………)
Ketua Sidang / Penguji
2. Drs. M. Nawir, M. Si (……….…) Anggota 1 / Penguji 3. Suhartono, M.Pd, Si (……….…) Anggota 2 / Penguji 4. Sri Fatmawati, M.Pd (……….) Sekretaris / Penguji
Dekan Fakultas Tarbiyah Dan Ilmu Keguruan IAIN Palangka Raya
Drs. Fahmi, M.Pd
v
PENGARUH KELENGKUNGAN SUDU TERHADAP KECEPATAN
PUTAR DAN DAYA LISTRIK PADA KINERJA KINCIR ANGIN SAVONIUS TIPE U
ABSTRAK
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh variasi sudut kelengkungan sudu pada setiap kecepatan angin terhadap perubahan kecepatan putar kincir, untuk mengetahui pengaruh variasi sudut kelengkungan sudu pada setiap kecepatan angin terhadap perubahan daya listrik dan untuk mengetahui kinerja kincir angin dalam menghasilkan daya listrik pada masing-masing kecepatan angin.
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah eksperimental. Kegiatan yang dilakukan meliputi persiapan dan pembuatan kincir Savonius tipe U dengan variasi sudut kelengkungan sudu 60o, 70o, 80o, 90o dan 100o. Sedangkan, pengambilan data dilakukan dengan mengukur banyaknya putaran kincir per menit dan seberapa besar daya listrik yang dihasilkan untuk setiap variasi sudut kelengkungan sudu. Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Prodi Tadris FTIK IAIN Palangka Raya. Penelitian dilaksanakan dari bulan Juni 2015 sampai dengan bulan Juni 2016.
Hasil penelitian menunjukan sudut kelengkungan sudu sangat berpengaruh terhadap perubahan kecepatan putar kincir dan daya listrik. Kecepatan putar kincir dan daya listrik maksimum terjadi pada sudu 700 dengan kecepatan putar sebesar 37,88 rpm dan daya listrik sebesar 0,17 watt pada kecepatan angin 3,58 m/s, sedangkan efesiensi kinerja kincir angin maksimum dalam menghasilkan daya listrik terjadi pada sudu 800 sebesar 2,34% pada kecepatan angin 1,69 m/s.
vi
THE BLADE CURVATURE EFFECT ROTATIONAL SPEED AND POWER ON SAVANIUS WINDMILL U-TYPE PERFORMANCE
ABSTRACT
The objectives of this study were to determine the effect of variations in angle of curvature of the blade at any wind speed to changes in the rotational speed of the mill, to determine the effect of variations in angle of curvature of the blade at any wind speed against the change of power and to determine the performance of a windmill to generate power at each wind speed.
The method used in this study was experimental. The activities included the preparation and manufacture of turbines Savonius U-type variable-angle blade curvature 60o, 70o, 80o, 90o and 100o. Meanwhile, data collection was done by measuring the amount of wheel rotation per minute and how much electrical power was generated for each variation of the angle of blade curvature. This research was conducted at the Prodi Tadris Laboratory, Faculty of Teacher Training and Education, IAIN Palangkaraya. The research was conducted from June 2015 to June, 2016.
The results showed that the angle of blade curvature was very influential to the change wheel rotational speed and power. Rotational speed mill and the largest electric power possessed by the blade 700 with a rotational speed of 37.88 rpm and a power of 0.17 watts at a wind speed of 3.58 m/s, while the performance efficiency of the largest turbines in generating electrical power occurred on the blade 800 amounted to 2.34% at a wind speed of 1.69 m/s.
vii
KATA PENGANTAR
Dengan mengucapkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya, serta shalawat dan salam kepada Nabi Muhammad SAW, sehingga penulis diberi kemudahan dalam menyusun dan menyelesaikan skripsi dengan judul: PENGARUH KELENGKUNGAN SUDU
TERHADAP KINERJA KINCIR ANGIN SAVONIUS TIPE U, penulisan skripsi
ini adalah sebagai salah satu persyaratan memperoleh gelar Sarjana Pendidikan Islam ( S.Pd.I ) pada Program Studi Tadris Fisika Jurusan Pendidikan MIPA FTIK IAIN Palangka Raya.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan ini tidak lepas dari bantuan pemikiran dan materi dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapankan terimakasih kepada:
1. Bapak Dr. Ibnu Elmi Pelu, SH, MH, selaku Rektor IAIN Palangka Raya yang telah memberikan izin untuk melaksanakan penelitian.
2. Ibu Sri Fatmawati, M.Pd, selaku Ketua Jurusan Pendidikan MIPA FTIK IAIN Palangka Raya.
3. Ibu Atma Yuliani, M.Pd, selaku Ketua Program Studi Tadris Fisika.
4. Para pembimbing yakni, bapak Suhartono, M.Pd.Si selaku Pembimbing I serta Ibu Sri Fatmawati, M.Pd, selaku Pembimbing II yang juga sebagai Pembimbing Akademik yang telah memberikan bimbingan dan arahan dalam penelitian ini. 5. Bapak Arif Romadhoni, S.Si, selaku pengelola Laboratorium Fisika IAIN
Palangka Raya yang telah memberikan izin penggunaan ruangan Laboratorium beserta peralatannya selama proses penelitian.
viii
6. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada teman-teman yang telah memberi dukungan dan membantu dalam penelitian ini.
7. Terakhir, penulis mengucapkan terima kasih kepada seluruh keluarga yang telah bersabar di dalam memberikan do’a dan perhatiannya.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Untuk itu, saran dan kritik yang membangun dari semua pihak sangat diharapkan guna penelitian di masa-masa mendatang dan semoga skripsi ini bermanfaat bagi semua pihak. Amin.
Palangka Raya, Agustus 2016 Penulis,
ix
PERNYATAAN ORISINALITAS
Bismillahirrahmanirrahim
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi dengan judul PENGARUH
KELENGKUNGAN SUDU TERHADAP KECEPATAN PUTAR DAN DAYA LISTRIK PADA KINERJA KINCIR ANGIN SAVONIUS TIPE U, adalah benar
karya saya sendiri dan bukan hasil penjiplakan dari karya orang lain dengan cara yang tidak sesuai dengan etika keilmuan.
Jika dikemudian hari ditemukan adanya pelanggaran maka saya siap menggung resiko atao sanksi sesuai dengan peraturan yang berlaku
Palangka Raya, 01 September 2016 Yang Membuat Pernyataan,
Sigit Suryono
x MOTTO
5. Hanya Engkaulah yang kami sembah[6], dan Hanya kepada Engkaulah kami meminta pertolongan[7]. ( Q.S. Al-Faatihah : 5 )1
[6] Na'budu diambil dari kata 'ibaadat: kepatuhan dan ketundukkan yang ditimbulkan oleh
perasaan terhadap kebesaran Allah, sebagai Tuhan yang disembah, Karena berkeyakinan bahwa Allah mempunyai kekuasaan yang mutlak terhadapnya.
[7] Nasta'iin (minta pertolongan), terambil dari kata isti'aanah: mengharapkan bantuan untuk
dapat menyelesaikan suatu pekerjaan yang tidak sanggup dikerjakan dengan tenaga sendiri.
1
xi DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
PERSETUJUAN SKRIPSI ... ii
NOTA DINAS ... iii
LEMBAR PENGESAHAN ... iv
ABSTRAK ... v
ABSTRACK ... vi
KATA PENGANTAR ... vii
PERNYATAAN ORISINALITAS ... ix
MOTTO ... x
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR TABEL ... xv
DAFTAR GRAFIK ... xvi
DAFTAR LAMPIRAN ... xvii
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang ... 1 B. Rumusan Masalah ... 6 C. Batasan Masalah ... 6 D. Tujuan Penelitian ... 7 E. Manfaat Penelitian ... 7
F. Definisi Oprasional Variabel ... 8
G. Sistematika Penulisan ... 9
BAB II KAJIAN PUSTAKA A. Penelitian Sebelumnya ... 10
xii
B. Definisi Angin ... 11
C. Kincir Angin ... 22
D. Sistem Konversi Energi Angin ... 26
E. Aliran Fluida ... 26
F. Turbulensi ... 29
G. Persamaan Kontinuitas ... 29
H. Teori Momentum Elementer Betz ... 32
I. Tip Speed Ratio (TSR) ... 34
J. Kincir Angin Savonius ... 35
K. Aerodinamika Drag pada Kincir Angin Sumbu Vertikal ... 37
L. Benda Tegar ... 37
M. Brake Horse Power (BHP) ... 45
N. Efisiensi ... 46
BAB III METODE PENELITIAN A. Metode Penelitian ... 47
B. Tempat dan Waktu ... 47
C. Alat dan Bahan ... 47
D. Prosedur Penelitian ... 49
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN A. Pengujian Kincir Angin ... 55
B. Hasil Pengukuran ... 59
C. Pembahasan ... 62
D. Analisis Konversi Energi Angin ... 69
E. Beberapa Hal yang Mempengaruhi Putaran Kincir ... 72
F. Spisifikasi Alat ... 73
BAB V PENUTUP A. Kesimpulan ... 76
B. Saran ... 77
xiii
DAFTAR GAMBAR
2.1 Skema Terjadinya Angin ... 12
2.2 Angin Darat dan Angin Laut ... 20
2.3 Angin Lembah dan Angin Gunung ... 21
2.4 Angin Fohn ... 22
2.5 Kincir Angin Sumbu Horizontal ... 23
2.6 Kincir Angin Sumbu Vertikal ... 24
2.7 Tabung Alir Fluida ... 27
2.8 Aliran Udara Sekitar Benda ... 28
2.9 Tabung Alir dengan Perubahan Luas Penampang ... 30
2.10 Asumsi Kecepatan Angin Melewati Penampang Kincir ... 32
2.11 Variasi TSR dan Koefisien Daya pada Berbagai ... 35
2.12 Tipe Rotor Savonius ... 36
2.13 Rotor Savonius U dan Rotor Savonius L ... 36
2.14 Profil Kecepatan untuk Rotor Tipe Drag ... 37
2.15 Sketsa Momen Gaya yang Bekerja pada Benda ... 42
2.16 Benda Bergerak Melingkar ... 44
3.1 Prosedur Penelitian ... 49
3.2 Kincir Angin ... 50
3.3 Skema Jarak Anemometer dan Sumber Angin ... 52
3.4 Skema Jarak Kincir dan Sumber Angin ... 52
3.5 Skema Peletakan Gerbang Cahaya ... 53
3.6 Skema Pengukuran Tegangan Listrik dan Arus Listrik ... 53
4.1 Jarak dan Anemometer terhadap Sumber Angin ... 55
xiv
4.3 Kerangka dan Pengatur Kelengkungan Sudu ... 57
4.4 Penempatan Kincir Angin terhadap Sumber Angin ... 57
4.5 Pemasangan Gerbang Cahaya dan Timet Counter ... 58
xv
DAFTAR TABEL
2.1 Skala Beaufort Moderen ... 18
2.2 Momen Inersia Beberapa Benda ... 41
3.1 Alat yang digunakan ... 48
3.2 Bahan Kincir Angin ... 48
3.3 Alat yang digunakan dalam Pengambilan Data ... 49
3.4 Spesifikasi Rancangan Kincir Angin Savonius Tipe U ... 51
4.1 Hasil Pengukuran Kecepatan Putar Kincir ... 59
4.2 Hasil Pengukuran Daya Listrik ... 60
4.3 Efisiensi Kinerja Kincir dalam Menghasilkan Daya Listrik ... 61
4.4 Hasil Perhitungan pada Sudut Kelengkungan Sudu 600 ... 70
4.5 Hasil Perhitungan pada Sudut Kelengkungan Sudu 700 ... 70
4.6 Hasil Perhitungan pada Sudut Kelengkungan Sudu 800 ... 71
4.7 Hasil Perhitungan pada Sudut Kelengkungan Sudu 900 ... 71
4.8 Hasil Perhitungan pada Sudut Kelengkungan Sudu 1000 ... 71
4.9 Komponen Kincir Angin ... 73
xvi
DAFTAR GRAFIK
4.1 Hubungan Kecepatan Angin terhadap Kecepatan Putar Kincir ... 59 4.2 Hubungan Kecepatan Angin terhadap Daya Kincir ... 60 4.3 Hubungan Kecepatan Angin terhadap Efisiensi ... 61
xvii
DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN I
Data Beberapa Gaya yang Bekerja pada Kincir ... 80
LAMPIRAN II
Data Kecepatan Angin ... 81
LAMPIRAN III
Rekaman Data ... 82
LAMPIRAN IV
Dokumentasi ... 94
LAMPIRAN V
