UNJUK KERJA KOMBINASI KINCIR ANGIN GIROMILL TIGA SUDU DENGAN KINCIR SAVONIUS SKRIPSI

(1)

UNJUK KERJA KOMBINASI KINCIR ANGIN GIROMILL TIGA SUDU DENGAN KINCIR

SAVONIUS

SKRIPSI

Untuk Memenuhi Persyaratan Mencapai Derajat Sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin

oleh:

YUFINUS HENDRI KUNCORO NIM: 155214088

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2021

(2)

THE COMBINED PERFORMANCE OF THREE BLADES GIROMILL WINDMILL WITH SAVONIUS

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement to obtain Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

by:

YUFINUS HENDRI KUNCORO Student Number: 155214088

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE ANG TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA 2021

(3)

iii

(4)

iv

(5)

v

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Dengan ini saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa dalam skripsi yang saya tulis ini tidak terdapat karya tulis orang lain yang pernah diajukan untuk penulisan skripsi yang seolah-olah tulisan saya sendiri, kecuali yang secara tertulis diacu dalam tulisan ini dan disebutkan sumber kutipannya.

Yogyakarta, 11 Mei 2021

Yang Menyatakan,

Yufinus Hendri Kuncoro

(6)

vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKEDEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Yogyakarta:

Nama : Yufinus Hendri Kuncoro

NIM : 155214088

Menyetujui publikasi skripsi saya kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta untuk pengembangan ilmu pengetahuan yang berjudul:

Unjuk Kerja Kombinasi Kincir Angin Giromill Tiga Sudu Dengan Kincir Savonius

Saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya sebagai penulis dan memberikan royalty selama mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian penyataan yang saya buat dengan sebenarnya.

Yogyakarta, 11 Mei 2021 Yang menyatakan,

Yufinus Hendri Kuncoro

(7)

vii ABSTRAK

Kebutuhan energi akan terus meningkat, sejauh ini pasokan energi dihasilkan dari pembangkin listrik yang menggunakan bahan bakar fosil. Bahan bakar fosil cepat atau lambat akan mengalami krisis, sehingga perlu ada langkah- langkah untuk mencari sumber energi baru. Energi terbarukan menjadi pilihan untuk mengatasi permasalahan tersebut. Salah satu pilihan dari beberapa sumber energi terbarukan yang tersedia adalah energi angin. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui unjuk kerja dari tiga variasi model kombinasi kincir angin giromill tiga sudu dengan kincir Savonius.

Model kincir angin kombinasi antara giromill dan Savonius ini adalah perpaduan dua kincir angin poros vertikal menjadi satu dengan variasi sudut kemiringan sudu giromill 0°, 5°, dan -5° pada kecepatan angin rata-rata 7,5 m/s.

Data yang di proleh diolah menggunakan bantuan software Microsoft Office Excel.

Hasil penelitian ini pada sudut sudu 0° menghasilkan koefisien daya maksimal sebesar 6,427 % pada tip speed ratio optimal yaitu 0,684, dan koefisien daya maksimal yang di hasilkan pada sudut sudu 5° sebesar 0,11 % pada tip speed ratio optimal sebesar 1,464, sedangkan untuk sudut sudu kincir angin -5°

menghasilkan koefisien daya maksimal yang didapatkan adalah sebesar 3,775 % pada tip speed ratio optimal sebesar 0,523.

Kata Kunci : Kincir angin kombinasi tipe giromill dan Savonius, koefisien daya, tip speed ratio, energi terbarukan.

(8)

viii ABSTRACT

Energy needs will continue to increase, so far the energy supply generated from power plants that use fossil fuels. Fossil fuels will sooner or later experience a crisis, so steps are needed to find new energy sources. Renewable energy is an option to overcome this problem. One option from several renewable energy sources available is wind energy. The purpose of this study was to determine the performance of the three variations in the combination model of the three-blade giromill and Savonius windmills.

This combination of giromill and Savonius windmill model is a combination of two vertical axis windmills into one with a variation of the angle of inclination of the giromill blades 0 °, 5 °, and -5 ° at wind speed 7,5 m/s. The data obtained are processed using the help of Microsoft Office Excel software.

The results of this study is as follow, 0 ° blade angle resulted in a maximum power coefficient of 6.427% at the optimal tip speed ratio of 0.684, and the maximum power coefficient generated at 5 ° blade angle was 0.11% at the optimal tip speed ratio of 1.464, while for Windmill blade angle of -5 ° produces the maximum power coefficient obtained is 3.775% at the optimal tip speed ratio of 0.523,

Key words : Combined giromill and Savonius windmills, power coefficiency, tip speed ratio, renewable energy.

(9)

ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala rahmat, berkat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul “UNJUK KERJA KOMBINASI KINCIR ANGIN GIROMILL TIGA SUDU DENGAN KINCIR SAVONIUS”

Skripsi ini ditulis sebagai persyaratan penulis untuk mencapai gelar Sarjana Teknik di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Penulis juga mengucapkan terimakasih kepada pihak-pihak yang telah terlibat dalam penulisan skripsi sehingga dapat terselesaikan dengan baik dan lancar, antara lain kepada :

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

2. Bapak 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 Tugas Akhir dan Skripsi.

4. Dr. Yohanes Baptista Lukiyanto selaku Dosen Pembimbing Akademik.

5. Kedua orang tua penulis, yang telah memberikan kasih sayang, motivasi, dan dukungan dalam segala bentuk.

6. Seluruh staf pengajar serta karyawan Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.

7. Teman seperjuangan Rafael Harefa, Amonius Welly, Martinus Raymond, Oksa Frido, Arie Destianto, Adityo Emanuel dan seluruh teman-teman Teknik Mesin angkatan 2015 yang telah berjuang bersama selama masa perkuliahan.

(10)

x

8. Dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, secara langsung maupun tidak langsung telah memberikan dukungan moral kepada penulis.

Skripsi ini disadari penulis bahwa masih banyak kekurangan, maka dari itu saran dan kritik dari pembaca sangat diharapkan. Akhir kata semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis maupun pembaca. Terima Kasih.

Yogyakarta, 11 Mei 2021 Penulis,

Yufinus Hendri kuncoro

(11)

xi DAFTAR ISI

HALMAN JUDUL... i

TITLE PAGE... ii

HALAMAN PERSETUJUAN... iii

HALAMAN PENGESAHAN...iv

HALAMAN PERNYATAAN... v

LEBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI... vi

ABSTRAK... vii

ABSTRACT... viii

KATA PENGANTAR... ix

DAFTAR ISI... xi

DAFTAR TABEL...xiv

DAFTAR GAMBAR...xv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penelitian ... 3

1.4 Manfaat Penelitian ... 3

1.5 Batasan Masalah ... 4

BAB II DASAR TEORI ... 5

2.1 Energi Angin ... 5

2.2 Kincir Angin ... 5

2.2.1 Kincir Angin Poros Horizontal ... 6

2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal ... 8

2.3 Airfoil ... 11

2.4 Rumus Perhitungan ... 12

BAB III METODE PENELITIAN ... 17

3.1 Objek Penelitian ... 17

3.2 Diagram Penelitian ... 19

3.3 Bahan dan Peralatan Penelitian ... 20

(12)

xii

3.4 Perancanan Kincir Angin ... 25

3.5 Variabel yang Diukur ... 27

3.6 Parameter yang Dihitung ... 27

3.7 Sistematis pengambilan data ... 28

3.8 Prosedur Pengambilan Data ... 29

3.9 Pengolahan Data ... 30

BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN ... 31

4.1 Data Hasil Penilitian ... 31

4.2 Pengelolahan Data ... 34

4.2.1 Perhitungan Torsi ... 34

4.2.2 Perhitungan Daya Angin ... 35

4.2.3 Perhitungan Kecepatan Sudu ... 35

4.2.4 Perhitungan Daya Kincir Angin ... 36

4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio ... 36

4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya ... 37

4.3 Hasil Pengolahan Data ... 37

4.4 Grafik Hasil Pengolahan Data ... 40

4.4.1 Grafik Hasil Perhitungan Kombinasi Kincir Angin giromill Tiga sudu dengan kincir Savonius Pada Variasi Sudut sudu 0°. ... 41

4.4.2 Grafik Hasil Perhitungan Kombinasi Kincir Angin Giromill tiga sudu dengan kincir Savonius Pada Variasi Sudut Sudu 5°. ... 43

4.4.3 Grafik Hasil Perhitungan Kombinasi kincir angin giromill tiga sudu dengan kincir Savonius Pada Variasi Sudut Sudu -5°. .... 46

4.5 Grafik Pebandingan Variasi ... 48

4.5.1 Grafik Perbandingan Antara Kecepatan Putar Poros Kincir Angin (n) Dengan Beban Torsi (T) ... 49

4.5.2 Grafik Perbandingan Antara Koefisien Daya (Cp) Dengan Tip Speed Ratio (λ) ... 50

(13)

xiii

BAB V PENUTUP ... 52

5.1 Kesimpulan ... 52

5.1 Saran ... 52

DAFTAR PUSTAKA ... 53

(14)

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data Hasil Penelitian Kombinasi Kincir Angin Giromill Dan Savonius Dengan Variasi Sudut Kemiringan Sudu Giromill 0° Pada Kecepatan angin 7,5 m/s...30 Tabel 4.2 Tabel 4.2 Data Hasil Penelitian Kombinasi Kincir Angin Giromill Dan

Savonius Dengan Variasi Sudut Kemiringan Sudu Giromill 5° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s...32 Tabel 4.3 Data Hasil Penelitian Kombinasi Kincir Angin Giromill Dan Savonius

Dengan Variasi Sudut Kemiringan Sudu Giromill -5° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s...32 Tabel 4.4 Data Hasil Perhitungan Kincir Angin Giromill Dan Savonius Dengan

Sudu Giromill Tiga Sudu Pada Variasi Sudut Sudu Giromill 0° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s...36 Tabel 4.5 Data Hsil Perhitungan Kincir Angin Giromill Dan Savonius Dengan

Sudu giromill tiga sudu pada Variasi Sudut Kemiringan Sudu giromill 5° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s...38 Tabel 4.6 Data Hasil Perhitungan Kincir Angin Giromill Dan Savonius Dengan Sudu giromill tiga sudu pada Variasi Sudut Kemiringan Sudu giromill -5° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s...38

(15)

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Peta Garis Pantai Indonesia ... 2

Gambar 2.1 American Windmill ... 6

Gambar 2.2 Dutch Four Arm ... 7

Gambar 2.3 Kincir Angin Darrius ... 8

Gambar 2.4 Kincir angin Giromill ... 9

Gambar 2.5 Kincir angin Savonius ... 10

Gambar 2.6 Bagian-bagian dari airfoil... 11

Gambar 3.1 Kombinasi kincir angin giromill tiga sudu dengan kincir Savonius 17 Gambar 3.2 Skematik Airfoil Dengan Panjang Chord 20 cm ... 18

Gambar 3.3 Variasi Sudut Kemiringan Pada Penampang Sudu Giromill. (a) 5°; (b) 0°; (c)-5° ... 18

Gambar 3.4 Diagram Alur Penelitian... 19

Gambar 3.5 Anemometer ... 22

Gambar 3.6 Sistem Pengereman ... 22

Gambar 3.7 Stand Kincir Angin Poros Vertikal ... 23

Gambar 3.8 Fan Blower ... 23

Gambar 3. 9 Tachometer ... 24

Gambar 3.10 Neraca Pegas ... 24

Gambar 3.11 Desain Konbinasi Kincir Angin Giromill Dan Savonous ... 25

Gambar 3.12 Pembuatan Sudu Kincir Angin Giromill ... 26

Gambar 3.13 Pembuatan dan Perakitan Kincir Savonius ... 26

Gambar 3.14 Perakitan Kincir... 27

Gambar 3.15 Skema Pengujian kincir Angin Kombinasi Giromill Dan Savonius 28 Gambar 4.1 Grafik Hubungan Kecepatan Putar Poros Kincir Dengan Torsi Pada Model Kincir Angin Dengan Sudut Sudu 0° ... 41

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Koefisien Daya Dengan Tip Speed Ratio Pada Model Kincir Angin Dengan Sudut Sudu 0° ... 42

(16)

xvi

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Kecepatan Putar Poros Kincir Dengan Torsi Pada Model Kincir Angin Dengan Sudut Sudu 5° ... 44 Gambar 4.4 Grafik Hubungan Koefisien Daya Dengan Tip Speed Ratio Pada

Model Kincir Angin Dengan Sudut Sudu 5° ... 45 Gambar 4.5 Grafik Hubungan Kecepatan Putar Poros Kincir Dengan Torsi Pada

Model Kincir Angin Dengan Sudut Sudu -5° ... 46 Gambar 4.6 Grafik Hubungan Koefisien Daya Dengan Tip Speed Ratio Pada

Model Kincir Angin Dengan Sudut Sudu -5° ... 47 Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Semua Variasi Antara Torsi Dengan Kecepatan

Putar Kincir Angin ... 49 Gambar 4. 8 Grafik Perbandingan Semua Variasi Antara Koefisien Daya Dengan

Tip Speed Ratio ... 50

(17)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan energi pada umumnya terus meningkat dikarenakan pertumbuhan penduduk yang semakin pesat serta pola konsumsi energi itu sendiri. Hal ini dipengarahi tingginya kebutuhan bahan bakar fosil yang tidak diiringi oleh kenaikan kapasitas produksi. Sejauh ini pasokan energi listrik dihasilkan dari pembangkin listrik yang menggunakan bahan bakar fosil. Bahan bakar fosil cepat atau lambat akan mengalami krisis. Mulai menipisnya jumlah yang dimiliki, sehingga ada kemungkinan cepat atau lambat akan habis.

Langkah-langkah untuk mencari sumber energi baru dan terbarukan menjadi pilihan yang harus segera dilakukan untuk mengatasi permasalahan kebutuhan energi tersebut. Salah satu pilihan dari beberapa sumber energi terbarukan yang tersedia adalah energi angin. Saat ini sudah banyak negara yang memanfaatkan energi terbarukan dari pada energi fosil. Salah satu energi terbarukan yang banyak digunakan saat ini adalah energi angin. Dapat dilihat pada tabel sepuluh besar negara dengan kapasitas kumulatif Mega Watt dihasilkan dari kincir angin yang bisa dilihat pada website Global Wind Energy Council (GWEC). 60,4 GW kapasitas energi angin dipasang secara global pada 2019, peningkatan 19 persen dari instalasi pada 2018 dan tahun terbaik kedua untuk energi angin secara historis. Total kapasitas energi angin global sekarang lebih dari 651 GW, meningkat 10 persen dibandingkan pada tahun 2018. China dan AS tetap menjadi pasar angin darat terbesar di dunia, bersama-sama menyumbang lebih dari 60 persen kapasitas baru pada tahun 2019. Angin lepas pantai memainkan peran yang semakin penting dalam mendorong instalasi angin global, dengan sektor ini memasang rekor 6,1 GW pada tahun 2019, yang merupakan bagian dari 10 persen instalasi baru. (Sumber:

gwec.net)

Pemanfaatan energi angin khususnya di Indonesia harus dioptimalkan, dapat dilihat pada Gambar 1.1 menunjukan bahwa Indonesia adalah negara kepulauan

(18)

2

yang 2/3 wilayahnya adalah lautan dan mempunyai garis pantai terpanjang di dunia yaitu ± 99,093 km, serta memiliki dataran tinggi yang strategis. Lokasi-lokasi tersebut memiliki kecepatan angin yang bisa dimanfaatkan untuk pengembangan pembangkit listrik tenaga angin.

Gambar 1.1 Peta Garis Pantai Indonesia

Penelitian ini mengambil judul “Unjuk Kerja Kombinasi Kincir Angin Giromill Tiga Sudu Dengan Kincir Savonius”. Dengan mengkombinasi dari kedua kincir angin tersebut diharapkan agar bisa mengasilkan energi listrik tanpa menggunakan bahan bakar fosil sehingga dapat memenuhi kebutuhan energi di Indonesia.

1.2 Rumusan Masalah

Kebutuhan energi pada umumnya terus meningkat hal ini dikarenakan pertumbuhan penduduk yang semakin pesat, serta pola konsumsi energi itu sendiri.

Hal ini dipengaruhi tingginya kebutuhan bahan bakar fosil yang tidak diiringi oleh kenaikan kapasitas produksi. Salah satunya belum optimalnya penggunaan energi terbarukan seperti energi angin. Pemanfaatan energi angin dengan menggunakan kombinasi kincir angin Giromill dan Savonius diharapkan bisa menghasilkan energi dalam jumblah besar dengan bagaimanakah merancang dan merakit kincir angin kombinasi antara Giromill dan Savonius dengan variasi sudut sudu Giromill 0°, 5°, dan -5° tersebut? Bagaimana hubungan torsi dengan kecepatan putar pada kincir angin

(19)

3

kombinasi Giromill dan Savonius dengan variasi sudut sudu Giromill 0°, 5°, dan -5°?

Bagaimana unjuk kerja hubungan koefisien daya dengan tip speed ratio pada kincir angin kombinasi tipe Giromill dan Savonius dengan variasi sudut sudu giromill 0°, 5°, dan -5°?

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitianan unjuk kerja kombinasi kincir angin Giromill tiga sudu dengan kincir Savonius ini adalah sebagai berikut:

a. Membuat kombinasi kincir angin giromill tiga sudu dengan kincir Savonius pada variasi sudut sudu giromill 0°, 5°, dan -5°.

b. Mengetahui koefisien daya dan tip speed ratio dari setiap variasi model kincir angin yang diteliti.

c. Mengetahui model kincir angin yang terbaik diantara tiga variasi yang diteliti.

1.4 Manfaat Penelitian

Penelitian unjuk kerja kombinasi kincir angin Giromill tiga sudu dengan kincir Savonius ini diharapkan dapat memberikan beberapa manfaat, antara lain:

1. Hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai referensi pada percobaan selanjutnya atau pengembangan penelitian.

2. Memberikan data untuk perkembangan ilmu pengetahuan dalam bidang konversi energi terbarukan melalui kincir angin.

3. Terciptanya sumber energi listrik alternatif, berupa model kincir angin kombinasi Giromill dan Savonius. Sumber energi alternatif ini tidak berasal dari bahan fosil sehingga lebih ramah lingkungan.

4. Dengan bahan baku kincir yang mudah dicari dan pengetahuan tentang rancangan kincir angin yang efisien dari penelitian ini, maka diharapkan akan diperoleh teknologi yang tepat guna bagi perkembangan teknologi konversi energi.

5. Menjadi bahan bacaan ataupun referensi sehingga dapat menambah wawasan dan memajukan pengetahuan dibidang konversi energi dengan kincir angin

(20)

4

6. Mendukung pemerintah dalam pengembangan sumber energi terbarukan di Indonesia.

1.5 Batasan Masalah

Dalam penelitian ini, batasan masalah yang akan digunakan adalah sebagai berikut:

a. Model kincir angin yang dibuat menggunakan sumbu vertikal dengan kombinasi antara giromill dan Savonius.

b. Model kincir angin yang dibuat adalah pengabungan 2 kincir angin yaitu kincir angin Savonius dengan kincir angin Giromill dengan spesifikasi kincir sebagai berikut:

1) Spesifikasi kincir angin Giromill Jumblah Sudu : 3

Variasi sudut sudu : 0°, 5°, dan -5°.

Tinggi : 50 cm

2) Spesifikasi kincir angin Savonius

Jumblah kincir : 2 (atas dan bawah) Jumblah sudu : 2

Diameter : 40 cm

Diameter bilah : 20 cm

Tinggi : 35 cm

c. Pengujian kincir angin di lakukan di laboratorium Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

d. Pengujian model kincir angin kombinasi Giromill dan Savonius mengunakan sumber angin yang berasal dari fan blower dengan kecepatan angin diatur pada jangkauan 7,5 m/s.

e. Pengukuran dilakukan untuk mengetahui koefisien daya dan tip speed ratio.

(21)

BAB II DASAR TEORI

2.1 Energi Angin

Energi merupakan kemampuan suatu benda yang dapat melakukan usaha atau gerak. Sedangkan angin adalah aliran udara dalam jumlah yang besar diakibatkan oleh rotasi bumi dan juga karena adanya perbedaan tekanan udara di sekitarnya.

Angin bergerak dari tempat bertekanan udara tinggi ke bertekanan udara rendah.

Kemampuan udara yang bergerak tersebut disebut dengan energi angin. Energi angin merupakan sumber daya alam yang terbarukan yang memiliki jumlah tidak terbatas di sekitar permukaan bumi. Energi angin berasal dari energi matahari.

Pemanasan bumi oleh sinar matahari menyebabkan perbedaan massa jenis (ρ) pada udara. Perbedaan massa jenis ini menyebabkan perbedaan tekanan pada udara sehingga akan terjadi aliran fluida dan menghasilkan angin. Kondisi aliran angin dipengaruhi oleh medan atau permukaan bumi yang dilalui oleh aliran angin dan perbedaan temperatur permukaan bumi.

Energi angin sudah cukup lama digunakan oleh umat manusia. Sebelum adanya motor pengerak, perahu menggunakan layar untuk memanfaatkan dorongan yang dihasilkan dari energi angin. Energi angin dapat dikonversikan menjadi energi lain, yaitu energi mekanik yang selanjutnya dapat diubah ke dalam energi lainnya, proses pengubahan energi disebut konversi energi angin dan alat yang melakukan konversi energi angin disebut sistem konversi energi angin.

2.2 Kincir Angin

Kincir angin adalah sebuah alat yang digerakan oleh tenaga angin sehingga menghasilkan energi mekanik atau gerak. Kincir angin dulunya banyak ditemukan di negara-negara Eropa. Khususnya Belanda dan Denmark yang waktu itu banyak digunakan untuk irigasi, menumbuk hasil pertanian, penggilingan gandum dan digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik.

(22)

6

Secara umum kincir angin digolongkan menjadi dua jenis menurut porosnya:

kincir angin poros horizontal dan kincir angin poros vertikal.

2.2.1 Kincir Angin Poros Horizontal

Kincir angin poros horizontal atau propeller adalah kincir angin yang memiliki poros sejajar dengan tanah dan arah poros utama sesuai dengan arah angin.

Kincir angin poros horizontal ini memiliki jumlah sudu lebih dari dua, kincir angin ini dapat berputar dikarenakan adanya gaya aerodinamis yang bekerja pada suatu kincir.

Beberapa jenis kincir dengan poros horizontal:

1. American Windmill

American windmill atau wind engine dirancang oleh Daniel Halladay pada tahun 1854. Sebagian besar digunakan untuk mengangkat air dari sumur, sedangkan untuk versi yang lebih besar digunakan untuk penggilingan gabah serta memotong jerami. Kincir angin model american windmill dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 American Windmill

(Sumber :https://images.app.goo.gl/RPWtWqL9qu5w4gsZ9)

(23)

7 2. Dutch Four Arm

Desain rancangan kincir angin ini bisa dibilang sederhana, karena bentuk dan bahan materialnya tebuat dari kayu dan tanah liat. Model dari kincir angin dutch four arm ini dapat dilihat pada Gambar 2.2 dan sangat terkenal di Belanda.

Gambar 2.2 Dutch Four Arm

(Sumber :https://images.app.goo.gl/BdY6gApx4KeMu3JP6) Kekurangan dan kelebihan kincir angin poros horizontal

Kelebihan kincir angin poros horizontal :

a. Memiliki faktor keamanan yang lebih baik karena posisi sudu berada di atas menara.

b. Tidak memerlukan sudut orientasi.

c. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi.

d. Setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan angin meningkat 20% ke atas.

e. Tidak memerlukan karakteristik angin karena arah angin langsung menuju rotor.

f. Banyak digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik.

Kekurangan kincir angin poros horizontal :

a. Kontruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menahan generator dan gearbox yang berat.

b. Perlu adanya mekanisme tambahan untuk menyesuaikan dengan arah angin.

c. Biaya pembuatan yang mahal

(24)

8 2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal

Kincir angin poros vertikal adalah salah satu jenis kincir yang posisi porosnya lurus dengan arah angin atau dengan kata lain kincir jenis ini dapat mengkonversi tenaga angin dari segala arah kecuali arah angin dari atas atau bawah. Kincir jenis ini menghasilkan torsi yang lebih besar dari pada kincir angin poros horizontal.

Beberapa jenis kincir angin poros vertikal:

1. Kincir Angin Darrius

Kincir angin Darrius sama seperti model Savonius namun desain sudu menggunakan sistem aerofoil. Desain ini dipatenkan oleh Georges Jean Marie Darrieus, seorang insinyur aeronautika dari Perancis pada tahun 1931. Ada jenis lain yang menyerupai kincir angin Darrieus hanya sudunya yang tegak lurus dan aerofoil di sudunya, dinamakan Giromill atau H-Rotor. Model kincir angin darrius dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Kincir Angin Darrius

(Sumber : https://images.app.goo.gl/BSN4xLE2q8dHXtvm7)

(25)

9 2. Kincir Angin Giromill

Kincir angin giromill mempunyai konstruksi dan karakteristik yang mirip dengan tipe darrius, bedanya hanya pada posisi rotor, dimana untuk kincir angin giromill, sudu sama–sama menggunakan profil propeller dan dipasang tegak sejajar dengan poros. Sedangkan pada tipe darrius, sudu propeller dipasangkan melengkung. Dalam aplikasi kincir angin Giromill umumnya memerlukan kecepatan angin awal yang lebih tinggi untuk start up dan kadang-kadang memerlukan penggerak mula (prime mover) untuk start up dan penggerak mula akan berhenti setelah dicapai batas minimum untuk menggerakan kincir secara mandiri. Model kincir angin giromill dapat dilihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Kincir angin Giromill

(Sumber : https://images.app.goo.gl/CUCRDoirWAAYFEHQA) 3. Kincir Angin Savonius

Kincir angin Savonius adalah salah satu jenis kincir angin axis vertikal yang mampu mengubah energi angin horizontal menjadi energi kinetik rotasi. Kincir ini dikembangkan oleh insinyur asal Finlandia Sigurd Johannes Savonius pada tahun 1922. Kincir Savonius adalah salah satu kincir yang paling sederhana. Secara aerodinamis, ini adalah perangkat tipe tarik, yang terdiri dari dua atau tiga sendok. Menatap rotor dari atas, mesin dua sendok akan terlihat seperti bentuk "S"

pada penampang. Karena kelengkungannya, scoop mengalami lebih sedikit

(26)

10

hambatan ketika bergerak melawan angin dari pada ketika bergerak dengan angin. Tarik diferensial menyebabkan kincir Savonius berputar. Karena mereka adalah perangkat tipe seret, kincir Savonius mengekstraksi tenaga angin jauh lebih sedikit daripada kincir tipe lift berukuran serupa lainnya. Sebagian besar area sapuan rotor Savonius mungkin berada di dekat tanah. Model kincir angin Savonius dapat dilihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Kincir angin Savonius

(Sumber : https://images.app.goo.gl/GR7KSnkQFMeBXw2M6) Kelebihan dan kekurangan kincir angin poros vertikal:

Kelebihan kincir angin poros vertikal :

a. Dapat menerima arah angin dari segala arah.

b. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.

c. Memiliki torsi yang besar pada putaran rendah.

d. Tidak perlu mengatur sudut-sudut untuk menggerakan sebuah generator.

Kekurangan kincir angin poros vertikal :

a. Bekerja pada putaran rendah sehingga energi yang dihasilkan kecil.

b. Hanya dapat mengkonversi energi angin 50% dikarenakan adanya gaya drag tambahan.

(27)

11

c. Dipasang ditempat yang rendah sehingga faktor keselamatan perlu diperhatikan.

2.3 Airfoil

Airfoil biasa digunakan untuk bentuk penampang sayap, sudu, dan layar.

Bentuk dari airfoil menghasilkan gaya aerodinamis fluida. Pada penampang airfoil terdapat gaya lift yaitu gaya yang tegak lurus dengan arah gerak fluida. Gaya drag adalah gaya yang sejajar dengan arah gerak fluidanya. Karakteristik bentuk dari airfoil adalah bagian muka yang melengkung diikuti dengan ujung belakang yang meruncing, seringkali dengan bentuk melengkung yang simetris pada permukaan bagian atas dan bawah.

Gambar 2.6 Bagian-bagian dari airfoil

(Sumber: http.gws_rd=cr,ssl&ei=CY3zV9jKE8XpvAS54L4Bw#q) Dari Gambar 2.6 , dapat dijelaskan terminologi airfoil sebagai berikut : a. Leading edge, merupakan bagian permukaan paling depan dari airfoil.

b. Trailing edge, merupakan bagian permukan paling belakang dari airfoil.

c. Mean chamber line, merupakan garis pertengahan yang membagi antara permukaan bagian atas dan permukaan bagian bawah dari airfoil.

d. Chord line, merupakan garis lurus yang menghubungkan leading edge dan

(28)

12 trailing edge.

e. Chord, merupakan perpanjangan dari chord line mulai dari leading edge hingga trailing edge. Dengan kata lain, chord adalah karakteristik dimensi longitudinal dari suatu airfoil.

f. Maximum chamber, merupakan jarak antara mean chamber line dengan chord line. Maximum chamber membantu mendefinisikan bentuk dari mean chamber line.

g. Maximum thickness, merupakan ketebalan maksimum dari suatu airfoil, dan menunjukkan persentase dari chord. Maximum thickness membantu mendefinisikan bentuk dari airfoil dan juga performa dari airfoil tersebut.

2.4 Rumus Perhitungan

Rumus perhitungan yang digunakan untuk menghitung parameter-parameter yang yang dibutuhkan sebagai berikut:

a. Daya Pada Angin

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

𝐸𝑘 =1

2 𝑚 𝑣² (2.1)

dengan keterangan sebagai berikut:

Ek : Energi kinetik (joule) m : massa udara (kg) v : kecepatan angin (m/s)

(29)

13

Daya adalah energi persatuan waktu, sehingga dapat dituliskan sebagai berikut:

𝑃_𝑖𝑛 =1

2 ṁ 𝑣² (2.2)

Pin : daya angin (watt)

ṁ : massa udara persatuan waktu (kg/s)

ṁ = ρAv (2.3)

ρ : adalah massa jenis udara (kg/m³)

A : luas penampang yang membentuk sebuah lingkungan (m²)

Dengan menggunakan Persamaan (2.3), sehingga daya angin (Pin) dapat dihitung menggunkan rumusan sebagai berikut:

Pin = ¹

2

(

^{ρ A v ) 𝑣}² ^(2.4)

sehingga dapat disederhanakan sebagai berikut:

𝑃_𝑖𝑛 =1

2𝜌 𝐴 𝑣³ (2.5)

P_in : Daya yang terdapat dalam angin (watt) ρ : Densitas udara atau massa jenis (kg/m³) A : Swept area atau luasan frontal kincir (m²) v : Kecepatan angin (m/s)

(30)

14 b. Daya Kincir Angin

Daya kincir angin adalah daya yang dihasilkan oleh poros kincir akibat energi angin yang melewati sudu-sudu. Rumus daya kincir angin dapat ditulis sebagai berikut:

Pout = 𝑇 . 𝜔 (2.6)

P_out : Daya yang dihasilkan kincir angin (watt) T : Torsi yang dihasilkan kincir angin (N.m) ω : Kecepatan sudut (rad/s)

Untuk menghitung Pout perlu diketahui dahulu besar nilai dari kecepatan sudut yang dapat dihitung menggunakan rumus, yaitu :

𝜔 =𝑛 . 𝜋 30

(2.7) dengan keterangan sebagai berikut:

n : Kecepatan putaran (rpm) c. Torsi Kincir Angin

Torsi adalah sebuah gaya yang dihasilkan oleh gaya dorong kincir angin, dimana gaya dorong ini memiliki jarak terhadap sumbu poros yang berputar dirumuskan menjadi:

T : Besar torsi (Nm)

F : Gaya yang dihasilkan kincir angin (N) l : Panjang lengan torsi (m)

(31)

15 d. Tip Speed Ratio (TSR)

Kecepatan bagian terluar/ujung sudu tidak terlalu sama dengan kecepatan angin. Perbandingan kecepatan linier ujung sudu dengan kecepatan angin biasa disebut dengan tip speed ratio (TSR) yang dapat dihitung dengan rumus perhitungan di bawah ini:

v

t

= ω.r

^(2.9)

vt : Kecepatan ujung sudu ω : Kecepatan sudut (rad/s) r : Jari-jari kincir angin (m)

dengan demikian tip speed ratio dapat dirumuskan sebagai berikut:

λ =

^{2.𝜋𝑟𝑛}

60.𝑣

(2.10)

dapat di sederhanakan sebagai berikut:

λ = ^𝜋𝑟𝑛 30.𝑣

λ : tip speed ratio r : jari-jari kincir (m)

n : kecepatan putar poros kincir angin (rpm) v : kecepatan angin (m/s)

e. Swept area

Swept area atau luasan frontal kincir angin dapat dicari dengan mengukur luas muka dari kincir angin yang dibuat oleh rotor kincir angin saat berputar. Di bawah ini adalah rumus perhitungan swept area.

𝐴 = ℎ . 𝑑 (2.12)

h : Tinggi sudu kincir angin (m) d : Diameter kincir (m)

(32)

16 f. Koefisien Daya

Koefisien daya (power coefficient / Cp), digunakan untuk menggantikan istilah efisiensi atau untuk kerja. Koefisien daya adalah bilangan tak berdimensi yang menunjukan perbandingan antara daya yang tersedia dengan daya yang dihasilkan oleh sistem kincir angin. Perhitungan koefisien daya dirumuskan sebagai berikut:

Cp =^{𝑃𝑜𝑢𝑡}

𝑃𝑖𝑛 100 % (2.14)

Cp : Koefisien daya kincir angin

Pout : Daya yang dihasilkan kincir angin (watt) P_in : Daya yang terdapat pada angin (watt) g. Jumlah sudu

Untuk kincir angin giromill, torque ripple dapat dikurangi jika jumlah sudunya yang digunakan tiga atau lebih. Dilain sisi, variasi pembebanan yang merata pada kincir angin diperoleh apabila menggunakan sudu yang berjumlah tiga atau lebih. Untuk jenis micro vertical axis wind kincire jumlah sudu optimal yang bias digunakan pada umumnya yaitu tiga sudu.

(33)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Objek Penelitian

Objek yang akan diteliti adalah kombinasi antara kincir angin giromill dan Savonius dengan sudu giromill tiga sudu seperti pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Kombinasi kincir angin giromill tiga sudu dengan kincir Savonius

Sudu giromill yang digunakan pada penelitian ini adalah airfoil berbentuk simetris dengan panjang chord dibuat sebesar 20 cm dan lebar 7 cm. Skematik bentuk dari sudu airfoil digambarkan pada Gambar 3.2

(34)

18

Gambar 3.2 Skematik Airfoil Dengan Panjang Chord 20 cm

Pada penelitian ini menggunakan variasi sudut kemiringan pada sudu giromill 0°, 5°, dan -5° seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.3.

(a) (b) (c)

Gambar 3.3 Variasi Sudut Kemiringan Pada Penampang Sudu Giromill. (a) 5°; (b) 0°; (c)-5°

(35)

19 3.2 Diagram Penelitian

Langkah kerja dalam penelitian ini meliputi perencanaan kincir hingga analisis data. Langkah kerja dalam penelitian ini dalam bentuk gambar diagram alir seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Diagram Alur Penelitian

Ada tiga jenis perlakuan metode untuk melakukan penelitian ini, yaitu : 1. Penelitian Kepustakaan (Library Research)

Penelitian kepustakaan dilakukan dengan membaca literatur–literatur yang berhubungan dengan penulisan tugas akhir ini serta dapat dipertanggung jawabkan kebenarannya.

(36)

20 2. Pembuatan Alat

Pembuatan alat uji kincir angin tipe propeller dilakukan di Laboratorium konversi energi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Kincir yang sudah jadi dipasang pada Stand kincir angin poros vertikal dan motor listrik sebagai sumber tenaga untuk menghasilkan tenaga angin untuk memutar kincir.

3. Pengamatan Secara Langsung (Observasi)

Metode observasi ini dilakukan dengan mengamati secara langsung terhadap objek yang diteliti yaitu kincir angin.

3.3 Bahan dan Peralatan Penelitian

Dalam proses pembuatan kombinasi kincir angin giromill dan Savonius dengan sudu giromill tiga sudu memerlukan alat dan bahan sebagai berikut:

3.3.1 Bahan Kincir Angin

Bahan yang dibutuhkan untuk pembuatan komponen kincir angin dalam penelitian sebagai berikut:

1. Papan Triplek (Plywood)

Papan triplek ini dibantuk sesuai pola dan digunakan sebagai penampang serta sebagai kerangka airfoil. Ketebalan yang dibutuhkan sebesar 1 cm.

2. Pipa Besi ø 3 cm

Pipa ini digunakan sebagai poros dari kincir angin. Bahan besi dipilih agar dapat dilakukan proses penyambungan dengan las.

3. Kayu

Digunakan sebagai kerangka pada sudu dengan bentuk batangan.

4. Seng Lembaran

Seng lembaran digunakan untuk menutup rangka sudu atau sebagai selimut dari sudu Giromill dan juga kincir angin Savonius.

5. Paku

Paku digunakan untuk mengikat seng lembaran pada rangka sudu kincir angin Giromill dan juga Savonius.

6. Isolasi

Penggunaan isolasi untuk merekatkan seng lembaran yang membentuk rongga

(37)

21 pada bagian belakang sudu.

7. Mur, Baut, dan Ring.

Digunakan sebagai pengikat dari kerangka kincir angin giromill dan Savonius.

8. Plat

Plat ini terbuat dari besi yang digunakan sebagai penghubung Giromill dan poros.

9. Socket Sock Paralon PVC

Bahan ini digunakan untuk menambah diameter dari pipa poros agar dapat dipasang dan dikunci pada bearing stand kincir angin poros vertikal

10. Gear freewheel 18T

Penggunaan gear freewheel 18T ini untuk menghubungkan kincir Savonius terhadap poros kincir. Selain itu agar kincir Savonius tidak membebanin kincir angin giromill pada saat kecepatan putar poros tinggi.

3.3.2 Peralatan Pendukung Penelitian

Beberapa peralatan yang dibutuhkan dalam penelitian adalah sebagai berikut:

1. Mesin Bor 2. Mesin Gerinda 3. Mesin Las 4. Mesin Bubut 5. Gergaji 6. Palu

7. Kunci Pass Dan Kunci Ring 8. Jangka Sorong

9. Meteran 10. Anemometer

Anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan angin, dan juga digunakan untuk mengukur suhu angin di sekitar lingkungan. Gambar 3.5 menunjukan bentuk dari anemometer.

(38)

22

Gambar 3.5 Anemometer 11. Sistem Pengereman

Sistem pengereman seperti pada Gambar 3.6 berfungsi sebagai beban pada putaran kincir. Sistem pengereman ini digunakan untuk mengetahui besarnya torsi dan kecepatan putaran kincir angin. Mekanisme pengereman poros kincir yang berputar dihubungkan dengan mekaisme pengereman yang diberi pembeban.

Gambar 3.6 Sistem Pengereman 12. Stand Kincir Angin Poros Vertikal

Alat ini digunakan sebagai tempat berdirinya atau dipasangnya kincir angin untuk melakukan pengujian seperti ditunjukan pada Gambar 3.7. Poros

(39)

23

dari kincir angin diletakan dan dikunci pada bantalan (bearing) agar mudah berputar.

Gambar 3.7 Stand Kincir Angin Poros Vertikal 13. Fan Blower

Fan blower berfungsi untuk menghisap udara yang akan disalurkan ke wind tunnel, fan blower dengan daya penggerak motor 5,5 kW. Gambar 3.8 akan menunjukan bentuk dari fan blower.

Gambar 3.8 Fan Blower 14. Tachometer

Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan putaran poros kincir yang dinyatakan dalam satuan rpm (revolution per

(40)

24

minute). Jenis tachometer yang digunakan adalah digital tachometer, cara kerjanya cukup sederhana meliputi 3 bagian, yaitu: sensor,pengolah data dan penampil. Gambar 3.9 menunjukan bentuk tachometer.

Gambar 3. 9 Tachometer 15. Neraca Pegas

Neraca pegas digunakan untuk mengetahui beban pengereman pada kincir pada saat kincir angin berputar. Gambar 3.10 menunjukan bentuk dari neraca pegas yang digunakan dalam penelitian. Neraca pegas ini diletakan pada bagian sistem pengereman dan dihubungkan dengan kopling dengan jarak yang telah disesuaikan.

Gambar 3.10 Neraca Pegas

(41)

25 3.4 Perancanan Kincir Angin

Tahap-tahap pengerjaan yang dilakukan dalam pembuatan kincir angin giromill dan Savonius pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Perancangan dan desain kincir angin

Gambar 3.11 Desain Konbinasi Kincir Angin Giromill Dan Savonous

(42)

26

2. Pembuatan dan perakitan sudu kincir angin giromill

Gambar 3.12 Pembuatan Sudu Kincir Angin Giromill

3. Pembuatan dan perakitan kincir Savonius

Gambar 3.13 Pembuatan dan Perakitan Kincir Savonius

(43)

27 4. Perakitan kincir

Gambar 3.14 Perakitan Kincir 3.5 Variabel yang Diukur

Proses pengambilan data atau variabel yang diukur dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

a. Kecepatan angin (m/s) b. Putaran poros (rpm) c. Gaya pengimbang (N)

3.6 Parameter yang Dihitung

Untuk mendapat karakteristik yang diperoleh saat penelitian digunakanlah parameter sebagai berikut :

a. Daya angin (Pin) b. Daya kincir (Pout) c. Beban Torsi (T) d. Koefisien daya (Cp)

(44)

28 e. Tip Speed Ratio (tsr)

f. Kecepatan Sudu (ω)

3.7 Sistematis Pengambilan Data

Untuk mempermudah memahami proses pengambilan data pada model kincir angin kombinasi antara giromill dan Savonius, disajikan skematis peletakan alat ukur saat pengambilan data seperti pada Gambar 3.15.

Gambar 3.15 Skema Pengujian kincir Angin Kombinasi Giromill Dan Savonius Dari Gambar 3.15 tersebut, skema pengujian kincir angin kombinasi giromill dan Savonius dapat dijelaskan sebagai berikut :

a. Fan Blower

Angin yang berada dibelakang fan blower dihembuskan ke depan dengan Fan Blower. Sehingga angin berhembus dari fan blower menuju kincir angin. Kecepatan putar fan blower dapat diatur dengan invertor.

b. Tiang anemometer

Angin yang berhembus dapat dideteksi kecepatannya dengan indikator Anemometer. Diusahakan kecepatan angin yang berhembus sesuai dengan kecepatan angin yang diinginkan dalam pengambilan data.

(45)

29 c. Sistim pengereman

Poros kincir angin yang berputar diberi mekanisme pengereman, adanya pengereman menyebabkan torsi, besarnya torsi dapat dihitung dengan cara gaya tangensial dikali panjang lengan torsi. Besarnya gaya tangensial dapat dilihat pada neraca pegas. Mekanisme pembebanan yang dilakukan berangsur-angsur hingga kincir angin berhenti.

3.8 Prosedur Pengambilan Data

Prosedur yang dilakukan untuk mendapatkan data dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Mempersiapkan kincir angin yang telah dibuat dan peralatan yang menunjang pengambilan data penelitian.

2. Memasang kincir angin pada porosnya dengan dikencangkan menggunakan baut pada bantalan (bearing) stand kincir angin.

3. Anemometer dipasang tepat di depan muka kincir angin yang berhadapan dengan blower.

4. Memulai penelitian dengan menyalakan blower. Kemudian mengatur kecepatan angin yang dihasilkan blower dengan inverter untuk mendapatkan kecepatan angin 7,5 m/s. Kemudian tunggu sesaat sampai hembusan angin dari blower dan putaran kincir steady.

5. Jika kecepatan angin sudah sesuai langkah selanjutnya mengatur sistem pembebanan. Untuk menambah pembebanan dilakukan dengan cara penambahan karet.

6. Lakukan pengambilan data kecepatan putar poros kincir angin (n) setiap dilakukan penambahan beban, pengukuran dilakukan pada bagian poros yang sudah diberi lakban aluminium foil dengan menggunakan tachometer.

7. Lakukan pengambilan data pengukuran beban (N) dari tanpa beban (beban nol) hingga beban maksimal atau hingga kincir angin berhenti.

8. Lakukan pengulangan pengujian hingga 3 kali dan mencatat data yang terukur pada tachometer, dan neraca pegas.

(46)

30

9. Menambahkan beban secara bertahap pada mekanisme pembebanan. Setiap penambahan beban, lakukan kembali langkah 6, 7, dan 8 sampai kincir angin berhenti berputar.

10. Matikan blower jika kincir berhenti berputar karena pembebanan.

11. Selanjutnya lakukan pengulangan dari langkah 4-9 dengan mengubah variasi sudut sudu giromill sampai semua pengambilan data dari setiap variasi selesai.

12. Jika sudah selesai matikan, dan merapikan seluruh peralatan penelitian.

3.9 Pengolahan Data

Berikut adalah beberapa cara yang digunakan untuk mengolah data sebagai berikut:

a. Data yang diperoleh dari hasil penelitian dimasukan ke dalam Tabel 4.1, 4.2, dan 4.3.

b. Jika gaya pengimbang sudah diketahui dan jarak lengan torsi sudah di ketahui maka torsi (N.m) dapat dicari dengan Persaman (2.8).

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 (2.5).

d. Untuk mengetahui daya kincir angin (Pout) terlebih dahulu harus menghitung kecepatan sudu (ω), selanjutnya dapat dikali dengan beban torsi (N.m).

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 (2.11).

f. Untuk menghitung koefisien daya dapat dilakukan dengan cara membandingkan daya kincir angin (Pout) dengan daya angin (Pin).

g. Jika perhitungan sudah selesai dilakukan maka dapat dilakukan pembuatan grafik untuk mengetahui karakteristik kincir angin.

(47)

BAB IV

ANALISIS DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Penilitian

Dari hasil pengujian kincir angin didapatkan data yang meliputi: kecepatan angin yang menerpa kincir angin (v ; m/s), besar beban yang diterima kincir angin (F ; newton), dan kecepatan putaran yang dihadikan kincir angin (n ; rpm). Data yang diambil menggunakan tiga variasi sudut kemiringan sudu Giromill sebesar 0o, 5o, dan -5o dengan kecepatan angin yang dihasilkan oleh blower 7,5 m/s.

Pengambilan data pengujian dilakukan sebanyak tiga kali dari setiap variasi sudut kemiringan sudu.

Pada sudut kemiringan sudu sebesar 0o, 5o, dan -5o, data yang dihasilkan dari pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.1, Tabel 4.2, dan Tabel 4.3. Data hasil pengujian pada ketiga table tersebut diolah menggunakan bantuan software Microsoft Office Excel untuk menghitung parameter yang dibutuhkan, yaitu meliputi: besar torsi yang diberikan (T; Nm), kecepatan sudut kincir angin (ω;

rad/s), daya yang terdapat dalam angin (Pin; watt), daya yang dihasilkan kincir angin (Pout; watt), tip speed ratio (TSR), dan koefisien daya atau bisa disebut effisiensi kincir angin (Cp; %).

Tabel 4.1 Data Hasil Penelitian Kombinasi Kincir Angin Giromill Dan Savonius Dengan Variasi Sudut Kemiringan Sudu Giromill 0° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s

No Putaran Poros (rpm) Gaya Penyeimbang (N) 1

240 0,0

237 0,0

235 0,0

2

205 0,7

204 0,7

(48)

32

Tabel 4.1 Data Hasil Penelitian Kombinasi Kincir Angin Giromill Dan Savonius Dengan Variasi Sudut Kemiringan Sudu Giromill 0° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s (lanjutan) No Putaran Poros (rpm) Gaya Penyeimbang (N)

3

185 0,6

186 0,6

4

170 2,0

174 2,0

168 2,0

5

163 2,5

162 2,5

163 2,5

6

150 2,8

149 2,8

153 2,8

7

146 3,1

145 3,1

146 3,1

8

134 3,3

133 3,3

132 3,3

9

127 3,6

123 3,6

125 3,6

10

119 3,8

120 3,8

115 3,8

11

101 4,0

88 4,0

94 4,0

12

75 4,1

65 4,1

13

40 4,3

38 4,3

(49)

33

Tabel 4.2 Data Hasil Penelitian Kombinasi Kincir Angin Giromill Dan Savonius Dengan Variasi Sudut Kemiringan Sudu Giromill 5° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s

No Putaran Poros (rpm) Gaya Pengimbang (N) 1

65 0,0

2

45 0,5

47 0,5

44 0,5

3

38 1,1

4

30 1,5

Tabel 4.3 Data Hasil Penelitian Kombinasi Kincir Angin Giromill Dan Savonius Dengan Variasi Sudut Kemiringan Sudu Giromill -5° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s

No Putaran Poros (rpm) Gaya Pengimbang (N) 1

180 0,0

177 0,0

179 0,0

2

150 0,9

151 0,9

159 0,9

3

129 1,9

128 1,9

4

108 2,5

5

100 3,0

99 3,0

(50)

34

Tabel 4.3 Data Hasil Penelitian Kombinasi Kincir Angin Giromill Dan Savonius Dengan Variasi Sudut Kemiringan Sudu Giromill -5° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s (lanjutan) No Putaran Poros (rpm) Gaya Pengimbang (N)

6

86 3,4

7

80 3,7

79 3,7

80 3,7

8

72 4,0

73 4,0

71 4,0

9

59 4,0

63 4,0

55 4,0

10

44 4,1

45 4,1

44 4,1

11

32 4,3

4.2 Pengelolahan Data

Dalam perhitungan data diambil dari Tabel 4.1 pada langkah percobaan ke dua (2) dan pembebanan lima (5). Sedangkan untuk pengolahan data menggunakan beberapa asumsi untuk mempermudah dalam proses perhitungan, sebagai berikut:

a. Panjang lengan torsi : 20 cm b. Masa jenis udara : 1,18 kg/m³ c. Luas tangkap angin : 0,4 m² d. Kecepatan angin : 7,5 m/s

4.2.1 Perhitungan Torsi

Dalam perhitungan torsi sebagai contoh diambilkan data pada Tabel 4.1 pembebanan ke lima (5) pada langkah percobaan ke dua (2). Data yang diperoleh

(51)

35

gaya pengimbang (F) sebesar 2,50 N dan panjang lengan torsi (l) 0,2 m. Torsi dapat dihitung menggunakan persamaan (2.8) sebagai berikut:

T = F. l

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

= 0,5 N.m

Jadi torsi yang dihasilkan pada percobaan tersebut adalah 0,5 N.m 4.2.2 Perhitungan Daya Angin

Dalam perhitungan daya angin, sebagai contoh diambilkan data pada Tabel 4.1 pembebanan ke lima (5) pada langkah percobaan ke dua (2). Data yang diperoleh gaya pengimbang (F) sebesar 2,50 N, kecepatan putar poros (n) sebesar 162 rpm, luas tangkap angin (A) sebesar 0,4 m², kecepatan angin (v) 7,5 m/s dan massa jenis udara (ρ) 1,18 kg/m³. Jika sudah diketahui variasi tersebut maka daya angin dapat dihitung sesuai persamaan (2.5) sebagai berikut:

Pin = ¹

2ρ A v³

= ( ¹

2).(1,18 kg/m³).(0,4 m²).(7,5 m/s)³ = 99,56 watt

Jadi daya angin yang dihasilkan sebesar 99,56 watt 4.2.3 Perhitungan Kecepatan Sudu

Dalam perhitungan kecepatan sudu, sebagai contoh diambilkan data pada Tabel 4.1 pembebanan ke lima (5) pada langkah percobaan ke dua (2). Data yang diperoleh gaya pengimbang (F) sebesar 2,50 N, dan kecepatan putar poros (n) sebesar 162 rpm.

(52)

36

Sehingga kecepatan sudu dapat dihitung menggunakan persamaaan (2.7) sebagai berikut:

𝜔 =

^{𝑛 .𝜋}

30

=

^{162 . 𝜋}

30

=

16,96 rad/s Jadi kecepatan sudu yang dihasilkan sebesar 16,96 rad/s 4.2.4 Perhitungan Daya Kincir Angin

Dalam perhitungan daya kincir angin sebagai contoh diambilkan data pada Tabel 4.1 pembebanan ke lima (5) pada langkah percobaan ke dua (2). Data yang diperoleh gaya pengimbang (F) sebesar 2,50 N, kecepatan putar poros (n) sebesar 162 rpm, dan torsi (T) sebesar 0,50 N.m, dan kecepatan sudu kincir angin (ω) sebesar 16,96 rad/s. Sehingga daya kincir angin dapat dihitung dengan persamaan (2.6) sebagai berikut :

Pout = 𝑇 . 𝜔

= 0,50 N.m .16,96 rad/s

= 8,48 watt

Jadi daya kincir angin yang dihasilkan sebesar 8,48 watt 4.2.5 Perhitungan Tip Speed Ratio

Dalam perhitungan tip speed ratio sebagai contoh diambilkan data pada Tabel 4.1 pembebanan ke lima (5) pada langkah percobaan ke dua (2). Data yang diperoleh gaya pengimbang (F) sebesar 2,50 N, kecepatan putar poros (n) sebesar 162 rpm, jari-jari kincir angin (r) sebesar 0,40 m , dan kecepatan angin angin (v) sebesar 7,5 m/s. Untuk mengetahui nilai tip speed ratio (λ) dapat dihitung dengan persamaan (2.11) sebagai berikut:

λ = ^𝜋𝑟𝑛

30.𝑣

= (𝜋 .0,40 𝑚 .162 𝑟𝑝𝑚) (30.7,5 𝑚/𝑠)

= 0,90 Jadi tip speed ratio yang dihasilkan sebesar 0,90

(53)

37 4.2.6 Perhitungan Koefisien Daya

Dalam koefisien daya sebagai contoh diambilkan data pada Tabel 4.1 pembebanan ke lima (5) pada langkah percobaan ke dua (2). Data yang diperoleh gaya pengimbang (F) sebesar 2,50 N, kecepatan putar poros (n) sebesar 162 rpm.

Sehingga nilai yang diproleh daya angin (Pin) sebesar 99,56 watt dan daya kincir angin (Pout) sebesar 8,48 watt. Untuk menghitung nilai koefisien daya (C^p) dapat dilakukan sesuai persamaan (2.14) sebagai berikut:

Cp =^{𝑃𝑜𝑢𝑡}

𝑃𝑖𝑛 100 %

=

^{8,48 𝑤𝑎𝑡𝑡}

99,56 𝑤𝑎𝑡𝑡 100 %

= 8,52 % Jadi koefisien daya yang dihasilkan sebesar 8,52 %

4.3 Hasil Pengolahan Data

Tabel 4.4 Data Hasil Perhitungan Kombinasi Kincir Angin Giromill Tiga Sudu Dengan Kincir Savonius Pada Variasi Sudut Kemiringan Sudu Giromill 0° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s

No

Gaya Pengimbang

(F)

Putaran Poros

(n)

Kecepatan Sudut (ω)

Beban Torsi (T)

Daya Input (Pin)

Daya Output

(Pout)

Tip Speed Ratio (tsr)

Koefisien Daya

(Cp)

(N) (rpm) (rad/s) N.m Watt Watt %

1

0,00 240 25,12 0,00 99,56 0,00 1,34 0,00

0,00 237 24,81 0,00 99,56 0,00 1,32 0,00

0,00 235 24,60 0,00 99,56 0,00 1,31 0,00

2

0,70 205 21,46 0,14 99,56 3,00 1,14 3,02

0,70 204 21,35 0,14 99,56 2,99 1,14 3,00

3

0,60 185 19,36 0,12 99,56 2,32 1,03 2,33

0,60 186 19,47 0,12 99,56 2,34 1,04 2,35

(54)

38

Tabel 4.4 Data Hasil Perhitungan Kombinasi Kincir Angin Giromill Tiga Sudu Dengan Kincir Savonius pada Variasi Sudut Kemiringan Sudu Giromill 0° Pada Kecepatan Angin 7,5 m/s (lanjutan)

NO

Gaya Pengimbang

(F)

Putaran Poros

(n)

Kecepatan Sudut (ω)

Beban Torsi (T)

Daya Input (Pin)

Daya Output

(Pout)

Tip Speed Ratio (tsr)

Koefisien Daya

(Cp)

(N) (rpm) (rad/s) N.m Watt Watt %

4

2,00 170 17,79 0,40 99,56 7,12 0,95 7,15

2,00 174 18,21 0,40 99,56 7,28 0,97 7,32

2,00 168 17,58 0,40 99,56 7,03 0,94 7,06

5

2,50 163 17,06 0,50 99,56 8,53 0,91 8,57

2,50 162 16,96 0,50 99,56 8,48 0,90 8,52

2,50 163 17,06 0,50 99,56 8,53 0,91 8,57

6

2,80 150 15,70 0,56 99,56 8,79 0,84 8,83

2,80 149 15,60 0,56 99,56 8,73 0,83 8,77

2,80 153 16,01 0,56 99,56 8,97 0,85 9,01

7

3,10 146 15,28 0,62 99,56 9,47 0,82 9,52

3,10 145 15,18 0,62 99,56 9,41 0,81 9,45

3,10 146 15,28 0,62 99,56 9,47 0,82 9,52

8

3,30 134 14,03 0,66 99,56 9,26 0,75 9,30

3,30 133 13,92 0,66 99,56 9,19 0,74 9,23

3,30 132 13,82 0,66 99,56 9,12 0,74 9,16

9

3,60 127 13,29 0,72 99,56 9,57 0,71 9,61

3,60 123 12,87 0,72 99,56 9,27 0,69 9,31

3,60 125 13,08 0,72 99,56 9,42 0,70 9,46

10

3,80 119 12,46 0,76 99,56 9,47 0,66 9,51

3,80 120 12,56 0,76 99,56 9,55 0,67 9,59

3,80 115 12,04 0,76 99,56 9,15 0,64 9,19

11

4,00 101 10,57 0,80 99,56 8,46 0,56 8,49

4,00 88 9,21 0,80 99,56 7,37 0,49 7,40

4,00 94 9,84 0,80 99,56 7,87 0,52 7,91

12

4,10 75 7,85 0,82 99,56 6,44 0,42 6,47

4,10 65 6,80 0,82 99,56 5,58 0,36 5,60

13

4,30 40 4,19 0,86 99,56 3,60 0,22 3,62

4,30 38 3,98 0,86 99,56 3,42 0,21 3,44