UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN SAVONIUS
ENAM TINGKAT DENGAN VARIASI BENTUK SUDU
Tugas Akhir
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
Program Studi Teknik Mesin
Oleh :
DIONISIUS JOHAN PRIMANANDA
NIM : 075214021
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
THE PERFORMANCE OF SIX-STAGE SAVONIUS
WIND TURBINE MODEL WITH VARIATION IN
BLADE
Final Project
Presented as fulfillment of the Requirements To obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering Study Programme
By :
DIONISIUS JOHAN PRIMANANDA
Student ID Number : 075214021
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMME SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA
T]NJTJK
KER'A
MOI}EL
KINCIR
AI\TGIN
SAVOMUS
ENAM TINGKAT
DENGAI{
VARHSI
BENTUK
SUDU
Disusun Oleh :
DIOMSIUS JOHAN PRIMANANDA
IYIM: 075214021
Yogyarcarta
*
!.*gXE...'?b
CI Telah disetujui oletqDosen Pembimbing TA :
lll
UNJUK KERJA MODEL
KINCIR
AFIGIN SAVON'IUS
ENAM TINGKAT DENGAI\
VARIASI
BENTUK
SUDU
Dipersiapkan dan disusun oleh:
NAMA
: DIOIVSIUS JOHAN PRIMANAI\IDAI\UM
:075214021Telah dipertahankan didepan Dewan Penguji pada tanggal Seniru 14 Januari 2013
Susunan Dewan Penguji Nama Lengkap
Ketua
: Ir. PK. Purwadi. M.T.Sekretaris
: Doddy Purwadiantq S.T., M.T.Tanda Tangan
Anggota
: Ir. Rines, M.T.Tugas Akhir ini telah diterima sebagai salah satu untuk mermperoleh gelar Sarjana Teknik
Yogyakarta .
?.?.,In
...?9tg
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta
Prima Ros4 S.Si., M.Sc.)
PERNYATAAN
KtrASLIAN
TUGAS
AKHIR
Dengan ini saya (penulis) menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam
Tugas Akhir yang berjudul :
UNJUK KERJA MODEL
KINCIRANGIN
SAVONIUS
ENAM TINGKAT DENGAN VARIASI BENTUK
SUDU
Tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di perguruan tinggi manapun, dan selama saya menulis Tugas Akhir
ini
tidak terdapat karya atau pendapat 'yang pernah ditulis orang lain, kecuali bagianjnformasinya diacu dan disebutkan dalarn daftarpustaka.
Yogyakarta, 10 Januari 2013
LEN{BAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA
ILMIAH
UNTUK KEPENTINGAN AKADEMISYang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dhanna :
Nama : Dionisius Johan Primananda NomorMahasiswa :015214021
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan
Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :
UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN SAVONIUS ENAM TINGKAT
DENGAN VARIASI BENTUK SUDU
besefia perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan
ini,
saya memberikankepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma
hak
untuk
menyimpan,mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya di internet atau media lain
untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta
ijin
dari saya atau memberiroyalty kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenamya.
Dibuat di Yogyakarta
Padatanggal : 10 Januai2013
Yang menyatakan,
(Dionisius Johan Primananda)
vii
INTISARI
Ketergantungan akan energi listrik terus meningkat dan ketersediaan energi fosil saat ini mengalami penurunan maka diperlukan sumber energi baru yang terbarukan dan ramah lingkungan. Salah satu energi yang dapat dimanfaatkan adalah energi angin. Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan unjuk kerja model kincir angin Savonius enam tingkat dengan dua variasi bentuk sudu.
Kedua model variasi kincir angin tersebut diatas dibuat dalam enam tingkat, dengan ukuran yang sama yakni 0,7 m x 0,75 m. Variasi pertama adalah kincir angin Savonius dengan bentuk sudu standard dan model variasi kedua dengan bentuk sudu modifikasi. Setiap model kincir angin diuji untuk mengetahui torsi, putaran poros, daya kincir, dan koefisien daya.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa model kincir Savonius dengan bentuk sudu modifikasi memberikan koefisien daya (Cp) maksimal (16,2 % pada tip
speed ratio 1,13) dan daya maksimal (22,2 watt pada kecepatan angin 7,53 m/s
dengan torsi 0,89 Nm) tertinggi diantara kedua model kincir yang diteliti. Model kincir angin Savonius dengan bentuk sudu standard menghasilkan koefisien daya maksimal 13,9 % pada tip speed ratio 1,01 menghasilkan daya 19 watt pada kecepatan angin 7,72 m/s dengan torsi 0,78 Nm.
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena berkat rahmat karuniaNya penulis bisa menyelesaikan penelitian Tugas Akhir yang berjudul, “Unjuk Kerja Model Kincir Angin Savonius Enam Tingkat dengan
Variasi Bentuk Sudu” dengan baik. Tugas Akhir merupakan salah satu persyaratan
wajib untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.
Tugas Akhir ini dapat penulis selesaikan berkat bantuan, dukungan, dan nasihat dari berbagai pihak, maka pada kesempatan ini perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
2. Ir. PK. Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.
3. RB. Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si., selaku dosen pembimbing akademik. 4. Ir. Rines M.T., selaku dosen pembimbing Tugas Akhir.
5. Segenap dosen dan laboran program studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.
6. Aloysius Agus Priyono, Maryanah Yoanna Fransisca, Yasinta Osy Petriana, dan Vincencia Sari Wulaningtyas serta semua saudara-saudara penulis yang telah memberi semangat dan nasehat kepada penulis.
7. Wara Budi Harno dan Sugeng Budi Prasetyo, selaku teman sekelompok pengerjaan Tugas Akhir.
8. Semua teman-teman mahasiswa jurusan Teknik Mesin Univeritas Sanata Dharma dan semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu terima kasih penulis ucapkan atas semua bantuannya.
Penulis menyadari naskah Tugas Akhir ini jauh dari sempurna dan masih perlu pembenahan. Oleh karena itu kritik dan saran yang membangun dari semua pihak akan penulis terima dengan senang hati.
ix
Semoga naskah Tugas Akhir ini bermanfaat bagi teman-teman mahasiswa Teknik mesin Universitas Sanata Dharma dan para pembaca lainnya. Apabila terdapat kesalahan dalam naskah Tugas Akhir ini penulis mohon maaf dan sekali lagi penulis mengucapkan terima kasih.
Berkah dalem.
Yogyakarta, 10 Januari 2012
x
DAFTAR ISI
Halaman Judul ... i
Title Page ... ii
Halaman Pengesahan ... iii
Daftar Dewan Penguji ... iv
Pernyataan Keaslian Karya ... v
Lembar Pernyataan Persetujuan Publikasi Karya Ilmiah ... vi
Intisari ... vii
Kata Pengantar ... viii
Daftar Isi ... x
Daftar Gambar ... xii
Daftar Tabel ... xiv
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 1
1.3. Batasan Masalah ... 2
1.4. Manfaat Penelitian ... 2
1.5. Tujuan Penelitian ... 3
BAB II DASAR TEORI 2.1. Energi Angin ... 4
2.2. Kincir Angin ... 4
2.3. Rumus-Rumus Perhitungan ... 7
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Diagram Alir Penelitian ... 13
3.2. Objek Penelitian ... 14
3.3. Perancangan Kincir Angin Savonius ... 14
3.4. Peralatan dan Bahan ... 14
3.5. Variabel Penelitian ... 21
xi
3.7. Langkah Pengolahan Data ... 23
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1. Data Hasil Penelitian ... 25
4.2. Pengolahan Data dan Perhitungan ... 25
4.3. Data Hasil Perhitungan ... 32
4.4. Grafik Hasil Perhitungan ... 34
4.5. Pembahasan ... 38 BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan ... 39 5.2. Saran ... 40 DAFTAR PUSTAKA ... 41 LAMPIRAN ... 43
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kincir angin poros horisontal ... 5
Gambar 2.2 Kincir angin poros vertikal ... 6
Gambar 2.3 Penampang turbin Savonius ... 7
Gambar 2.4 Grafik hubungan Cp dan tip speed ratio (tsr) beberapa jenis kincir . 10 Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ... 13
Gambar 3.2 Model kincir angin Savonius ... 14
Gambar 3.3 Plat batas sudu ... 15
Gambar 3.4 Bilah penguat ... 16
Gambar 3.5 Poros kincir ... 16
Gambar 3.6 Terowongan angin ... 17
Gambar 3.7 Fan blower ... 18
Gambar 3.8 Generator ... 18
Gambar 3.9 Neraca pegas ... 19
Gambar 3.10 Tachometer ... 19
Gambar 3.11 Anemometer ... 20
Gambar 3.12 Rangkaian lampu pembebanan ... 20
Gambar 3.13 Kabel-Kabel ... 21
Gambar 3.14 Stopwatch ... 21
Gambar 4.1. Grafik hubungan antara torsi dan putaran poros untuk kincir angin Savonius dengan variasi sudu standard ... 34
Gambar 4.2. Grafik hubungan antara torsi dan daya kincir untuk kincir angin Savonius dengan variasi sudu standard ... 35
Gambar 4.3. Grafik hubungan antara Cp dan tsr untuk kincir angin Savonius dengan variasi sudu standard ... 35
Gambar 4.4. Grafik hubungan antara torsi dan putaran poros untuk kincir angin Savonius dengan variasi sudu modifikasi ... 36
Gambar 4.5. Grafik hubungan antara torsi dan daya kincir untuk kincir angin Savonius dengan variasi sudu modifikasi ... 37
xiii
Gambar 4.6. Grafik hubungan antara Cp dan tsr untuk kincir angin Savonius
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data percobaan kincir angin Savonius dengan sudu standard ... 30 Tabel 4.2 Data percobaan kincir angin Savonius dengan sudu modifikasi ... 31 Tabel 4.3 Data hasil perhitungan kincir angin Savonius dengan sudu standard .. 38 Tabel 4.4 Data hasil perhitungan kincir angin Savonius dengan sudu
modifikasi ... 39 Tabel L.1 Tabel sifat udara ... 44
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Pada masa kini ketergantungan akan energi listrik terus meningkat dan ketersediaan energi fosil saat ini mengalami penurunan. Dimulai dari revolusi industri, kebutuhan akan energi fosil meningkat tajam yang berbanding terbalik dengan ketersediaan bahan bakar fosil yang ada. Kebutuhan akan energi fosil masih besar, sebagian besar digunakan dalam bidang industri, transportasi, dan rumah tangga terutama untuk mencukupi kebutuhan energi listrik.
Sebagai mahasiswa yang mempunyai visi mengembangkan energi terbarukan dan konservasi energi penulis mempunyai pemikiran untuk membuat alat pembangkit listrik menggunakan energi alternatif. Salah satu sumber energi alternatif yang dapat digunakan sebagai pembangkit listrik adalah energi angin, mengingat bahwa Indonesia adalah negara kepulauan yang mempunyai potensi energi angin cukup besar namun angin mempunyai kelemahan yaitu dinamis atau tidak konstan. Untuk mengubah energi angin menjadi energi listrik memerlukan proses dan metode tertentu. Salah satu alat yang dapat mengubah energi kinetik angin menjadi energi mekanik adalah kincir angin yang ditransmisikan dengan generator untuk menghasilkan listrik.
Kincir angin jenis Savonius adalah jenis kincir yang mampu menerima angin dari semua arah. Dengan menggunakan kincir angin Savonius, diharapkan energi listrik yang dihasilkan dapat membantu mengurangi ketergantungan terhadap penggunaan energi fosil. Berdasarkan hal-hal diatas maka dilakukanlah penelitian ini.
1.2. Rumusan Masalah
Permasalahan yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah:
1. Alat untuk mengkonversikan energi angin masih perlu dikembangkan. 2. Angin merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang murah,
3. Negara Indonesia merupakan negara dengan potensi angin yang melimpah namun energi angin tersebut belum dimanfaatkan secara maksimal.
4. Diperlukan model kincir angin yang mampu mengkonversi energi angin dengan efisiensi maksimal.
1.3. Batasan Masalah
Permasalahan dalam penelitian ini dibatasi pada:
1. Model kincir angin yang digunakan adalah kincir angin Savonius enam tingkat berdiameter 70 cm dan tinggi 75 cm dengan dua sudu pada setiap tingkatnya.
2. Penelitian dilakukan dengan mengoperasikan model kincir angin didalam terowongan angin yang tersedia di Universitas Sanata Dharma. 3. Jangkauan kecepatan angin disesuaikan dengan kondisi terowongan
angin yang digunakan.
4. Data yang diambil pada saat penelitian adalah kecepatan angin, temperatur udara, putaran poros kincir, dan gaya pengimbang torsi. 5. Variasi pada penelitian ini adalah bentuk sudu.
1.4. Manfaat Penelitian
Manfaat yang dapat diambil dalam penelitian ini adalah:
1. Dapat menjadi sumber informasi mengenai unjuk kerja kincir angin Savonius enam tingkat dengan dua sudu pada setiap tingkatnya.
2. Dapat dipergunakan sebagai sumber informasi bagi masyarakat yang membutuhkan sumber energi alternatif selain sumber energi fosil.
3. Menjadi sumber referensi bagi masyarakat di daerah dengan potensi energi angin yang besar untuk memberdayakan energi terbarukan.
4. Dapat menambah literature (pustaka) mengenai kincir angin yang dapat digunakan untuk pembangkit tenaga listrik dan bagi perkembagan teknologi energi terbarukan, khususnya energi angin.
3
1.5. Tujuan Penelitian
Tujuan melakukan penelitian ini adalah:
1. Membuat model kincir angin Savonius enam tingkat dengan dua variasi kelengkungan sudu.
2. Mengetahui koefisien daya maksimal yang dihasilkan oleh model kincir angin Savonius enam tingkat dengan dua variasi kelengkungan sudu. 3. Mengetahui daya output maksimal yang dihasilkan oleh model kincir
4
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Energi Angin
Angin adalah udara yang bergerak, gerakan ini disebabkan oleh perbedaan massa jenis udara itu sendiri. Massa jenis udara yang rendah akan menyebabkan tekanan udara ditempat itu menjadi rendah sehingga akan diisi oleh tekanan udara yang lebih tinggi yang memiliki massa jenis udara yang lebih tinggi. Tinggi rendahnya massa jenis udara disebabkan oleh temperatur sedangkan perbedaan temperatur disebabkan oleh perbedaan pemanasan dari sinar matahari karena perbedaan permukaan bumi.
2.2. Kincir Angin
Kincir angin adalah sebuah mesin yang digerakkan oleh tenaga angin untuk menumbuk biji-bijian. Kincir angin juga digunakan untuk memompa air untuk mengairi sawah. Kincir angin modern adalah mesin yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik, disebut juga dengan turbin angin. Turbin angin kebanyakan ditemukan di Eropa dan Amerika Utara (Sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Kincir_angin).
Menurut porosnya, kincir angin dapat dibagi menjadi dua jenis yaitukincir angin poros horisontal (TASH/HAWT) dan kincir angin poros vertikal (TASV/VAWT). Penelitian ini mengenai kincir angin poros vertikal.
2.2.1. Kincir Angin Poros Horisontal
Kincir angin poros horisontal atau HAWT (Horizontal Axis Wind
Turbine) adalah jenis kincir angin yang poros utamanya tegak lurus dengan
menara dan arah poros utama sejajar dengan arah datangnya angin. Kincir jenis ini terdiri dari sebuah menara dengan kincir berada di puncaknya, poros kincir harus dapat berputar 3600 terhadap sumbu vertikal untuk menyesuaikan dengan arah datangnya angin. Untuk membantu menyesuaikan dengan arah datangnya
5
angin perlu ditambahkan sirip pengarah dibelakang kincir atau sirip pengarah digantikan oleh sensor elektrik.
Beberapa keuntungan dari kincir angin poros horisontal : 1. Mampu mengkonversi energi angin berkecepatan tinggi.
2. Banyak digunakan untuk menghasilkan energi listrik dalam skala besar.
Beberapa kerugian dari kincir angin poros horisontal :
1. Diperlukannya mekanisme lain untuk menyesuaikan arah kincir dengan arah datangnya angin.
2. Karena putarannya tinggi maka timbul polusi suara sebesar 80-110 dB (Sumber : http://www.jurnalinsinyurmesin.com).
a b c
Gambar 2.1 Kincir angin poros horisontal
a. American Windmill, b. Rival Calzoni, c. Dutch Four Arm
(Sumber : www.fineartamerica.com)
2.2.2. Kincir Angin Poros Vertikal
Kincir angin poros vertikal atau VAWT (Vertical Axis Wind Turbine) adalah jenis kincir angin yang posisi porosnya tegak lurus arah angin. Kincir jenis
ini dapat mengkonversi tenaga angin dari segala arah dengan orientasi arah angin horisontal.
Beberapa keuntungan dari kincir angin poros vertikal : 1. Mampu menerima angin dari segala arah.
2. Tidak perlu menggunakan mekanisme pengarah angin seperti pada kincir angin poros horisontal.
3. Memiliki torsi yang cukup besar walaupun putaran poros rendah. 4. Bekerja pada rpm yang rendah.
Beberapa kerugian dari kincir angin poros vertikal :
1. Sudu yang mampu menerima energi angin disebut downwind. Sudu yang melawan angin disebut upwind, sudu bagian ini cenderung menghambat putaran poros.
2. Kincir angin poros vertikal mempunyai torsi awal yang rendah dan membutuhkan energi untuk mulai berputar.
a b c
Gambar 2.2 Kincir angin poros vertikal a. Darrieus, b. Savonius, c. Giromill (Sumber : www.windturbine1.blogspot.com
7
Tugas akhir ini meneliti tentang kincir angin poros vertikal, yaitu kincir angin Savonius.
2.2.3. Kincir Angin Savonius
Kincir angin Savonius ditemukan oleh Sigurd J. Savonius dari Finlandia pada tahun 1922. Konsep dasar Savonius dikembangkan berdasarkan prinsip Flettner. Savonius menggunakan sudu dengan cara memotong silinder Flettner menjadi 2 paruhan sepanjang garis pusat dan kemudian memposisikan 2 paruhan tersebut membentuk seperti huruf “S” yang diletakkan pada lingkaran batas sudu.
a. tipe U b. tipe L c. tipe S
Gambar 2.3 Penampang turbin Savonius
(Sumber : http://techref.massmind.org/techref/other/windmill.htm http://gramlich.net/projects/oceania/seastedl.html
www.alpensteel.com/pdf)
Dari penelitian Kansas State University pada tahun 1932-1938, kincir angin Savonius mampu menghasilkan efisiensi hingga 35 % sampai 40 %, nilai ini melebihi koefisien daya yang tercantum dalam grafik hubungan Cp dan tsr pada umumnya, yaitu sebesar 31 %.
2.3. Rumus Perhitungan
Berikut ini adalah rumus-rumus yang dipergunakan dalam perhitungan unjuk kerja kincir angin :
2.3.1. Energi dan Daya Angin
Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik yang dirumuskan berikut ini :
Ek = 0,5.m.v2 ………..(1)
dengan :
Ek = energi kinetik (joule).
m = massa (kg).
v = kecepatan angin (m/s).
Dari Persamaan (1), dapat diketahui daya adalah energi per satuan waktu (J/s) maka persamaan tersebut dapat ditulis menjadi :
Pa = 0,5. .v2 ……….(2)
dengan :
Pa = daya yang dihasilkan angin (J/s = watt).
= massa udara yang mengalir per satuan waktu (kg/s).
v = kecepatan angin (m/s).
dimana :
=
ρ
.A.v ……….………..(3)dengan :
ρ
= massa jenis udara (kg/m3).9
Dengan substitusi, Persamaan (2) dan Persamaan (3), daya angin (Pa) dapat
dirumuskan menjadi :
Pa = 0,5.(
ρ
.A.v).v2disederhanakan menjadi :
Pa = 0,5.
ρ
.A.v3 ………(4)Dalam penggunaan secara sederhana dengan mengasumsikan
ρ
udara : 1,2 kg/m3 maka diperoleh persamaan :Pa = 0,6.A.v3 ………..(5)
2.3.2. Torsi Kincir Angin
Torsi sebuah kincir angin dapat dihitung menggunakan persamaan (Yunus A. Cengel, 2006, Thermodynamics An Engineering Approach, hal. 66) :
T = rlengan.F ………(6)
dengan :
T = torsi (Nm).
rlengan = jarak lengan torsi (m).
F = gaya pengimbang (N).
2.3.3. Daya Kincir Angin
Daya kincir angin adalah daya yang dihasilkan oleh poros kincir akibat energi angin yang melintasi sudu-sudu kincir. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh seorang ilmuwan Jerman bernama Albert Betz, didapatkan efisiensi maksimum kincir angin, yaitu sebesar 59,3 % (sumber :
www.wikipedia.org/wiki/Bet’z_law) angka ini disebut Betz Limit. Dalam Gambar 2.4 grafik koefisien daya beberapa kincir angin.
Gambar 2.4 Grafik hubungan Cp dan tip speed ratio (tsr) beberapa jenis kincir
(Sumber : Johnson, 2006, hal. 18)
Rumusan teori daya kincir yang dihasilkan oleh gerak melingkar pada poros kincir angin adalah :
Pk = T.ω ……….(7)
dengan :
Pk = daya yang dihasilkan kincir angin (watt).
T = torsi (Nm).
ω = kecepatan sudut (rad/s).
Satuan kecepatan sudut adalah radian per second (rad/s), satuan lain yang digunakanadalah putaran per menit (rpm). Konversi satuan yang menghubungkan
11
(rpm) dan (rad/s) adalah 1 rpm = rad/s, maka Persamaan (7) dapat diubah menjadi :
Pk = T. ....………...(8)
dengan :
n = putaran poros (rpm).
2.3.4. Tip Speed Ratio (tsr)
Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir
angin yang berputar melingkar dengan kecepatan angin yang melewatinya, tsr dapat dirumuskan : tsr = disederhanakan menjadi : tsr = ……….………...(9) dengan : r = jari-jari kincir (m). n = putaran poros (rpm). v = kecepatan angin (m/s). 2.3.5. Koefisien Daya (Cp)
Koefisien daya atau power coefficient (Cp) adalah perbandingan antara
daya yang dihasilkan oleh kincir angin (Pk) dengan daya yang dihasilkan oleh
angin (Pa). Rumusnya adalah :
dengan :
Pk = daya yang dihasilkan kincir (watt).
13
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Diagram Alir Penelitian
Langkah-langkah dalam penelitian ini ditunjukkan dalam diagram alir seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3.1:
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian Mulai
Konsultasi
Studi Pustaka
Perancangan Kincir Angin Savonius
Pembuatan Kincir Angin Savonius
Pengambilan Data
Pengolahan Data
Pembahasan
Kesimpulan
3.2. Objek Penelitian
Objek dalam penelitian ini adalah model-model kincir angin Savonius enam tingkat dengan dua buah sudu pada setiap tingkatnya dan untuk variasinya yaitu bentuk sudu yang berbeda antara model kincir angin Savonius satu dengan yang lainnya.
3.3. Perancangan Kincir Angin Savonius
Dalam perancangan ini, parameter yang sudah diketahui adalah kincir angin Savonius enam tingkat, panjang poros vertikal 120 cm (sesuai dengan tinggi wind
tunnel), diameter kincir 70 cm dengan dua sudu berbentuk U disetiap tingkatnya,
dan tinggi kincir 75 cm.
3.4. Peralatan dan Bahan
Model kincir angin Savonius yang dibuat seperti yang ditunjukkann pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Model kincir angin Savonius
1 2
3 4
15
Keterangan : 1. Plat batas sudu. 2. Bilah penguat sudu. 3. Sudu kincir.
4. Poros kincir.
1. Plat Batas Sudu
Plat batas sudu atau plat tumpuan ini berfungsi sebagai tempat meletakkan sudu seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.3, sudu akan menempel pada tempat yang sudah ditentukan. Untuk menguatkan penempelan sudu dijepit menggunakan baut. Plat tumpuan ini berjumlah tujuh buah dan bahannya terbuat dari triplek setebal 4 mm dan masing-masing plat tumpuan berdiameter 74 cm.
Gambar 3.3 Plat batas sudu
2. Bilah Penguat
Bilah penguat pada Gambar 3.4 berfungsi untuk menguatkan bentuk lengkungan sudu dan sebagai tempat menjepit sudu kincir dengan plat batas sudu dengan cara dibaut. Bentuk bilah penguat adalah parabola karena mengikuti
bentuk sudu kincir. Bilah penguat ini berjumlah 24 buah pada setiap kincir dan bahan yang digunakan adalah dari triplek setebal 4 mm.
a. standard b. modifikasi
Gambar 3.4 Bilah penguat
3. Sudu Kincir
Seperti pada umumnya, sudu kincir berfungsi untuk mengkonversi energi angin yang datang melintasi kincir. Material yang dipakai adalah plat seng setebal 0,2 mm. Pada bagian atas dan bawah sisi sudu ditopang oleh bilah-bilah penguat.
4. Poros Kincir
Poros kincir adalah alat yang berfungsi menopang kincir saat berputar dan juga sebagai pusat putaran kincir selain itu poros kincir juga berfungsi untuk mentransmisikan putaran kincir. Material yang dipakai adalah pipa PVC 1 inchi dan ¾ inchi dengan panjang 120 cm, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5 Poros kincir
1200 mm Ø 19,1 mm
17
Dalam pengambilan data untuk penelitian ini digunakan beberapa peralatan pendukung antara lain :
1. Terowongan angin
Terowongan angin atau wind tunnel adalah sebuah lorong berukuran 1,2 m × 1,2 m × 2,4 m yang berfungsi sebagai tempat pengujian kincir angin dimana kecepatan angin bisa diatur dengan memajukan atau memundurkan blower, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.6. Di dalam lorong udara tekanannya dibuat lebih rendah dari tekanan lingkungan sekitar, tujuannya agar udara bergerak dengan kecepatan tertentu.
Gambar 3.6 Terowongan angin
2. Fan Blower
Fan Blower adalah alat yang digunakan untuk menciptakan angin di dalam
terowongan angin sehingga angin dapat berhembus dengan kecepatan tertentu dengan cara memajukan atau memundurkan blower itu sendiri. Fan Blower digerakkan oleh motor listrik berdaya 5,5 kW, sebagai transmisinya menggunakan sabuk dan puli, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7 Fan blower
3. Generator
Generator adalah alat yang digunakan untuk mengubah energi mekanik putaran poros menjadi energi listrik, yang dihubungkan menggunakan sabuk dan puli. Generator ini membangkitkan energi listrik untuk menyalakan rangkaian lampu pembebanan dan juga berfungsi sebagai pengereman dalam pengambilan data torsi yang dihasilkan.
19
4. Negaca pegas
Neraca pegas, seperti yang terlihat pada Gambar 3.9 digunakan untuk mengukur gaya pengimbang torsi dinamis kincir angin saat kincir berputar. Neraca pegas dihubungkan pada lengan ayun dengan panjang lengan yang telah ditentukan.
Gambar 3.9 Neraca pegas
5. Tachometer
Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur putaran poros kincir
angin untuk mengambil data yang dibutuhkan. Jenis tachometer yang digunakan adalah digital light tachometer. Prinsip kerjanya berdasarkan pantulan yang diterima sensor dari reflektor, reflektor ini berupa alumunium foil atau benda warna yang dapat memantulkan cahaya dan dipasang pada poros.
6. Anemometer
Anemometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan angin sesuai dengan data yang dibutuhkan. Anemometer diletakkan didepan terowongan angin pada saat pengambilan data dilakukan.
Gambar 3.11 Anemometer
7. Lampu pembebanan
Lampu digunakan untuk memberikan variasi pembebanan atau efek pengereman pada poros kincir yang berputar. Lampu disusun secara paralel dan berjumlah 27 lampu.
21
8. Kabel
Kabel digunakan sebagai penghantar arus listrik dari generator ke lampu pembebanan.
Gambar 3.13 Kabel-Kabel
9. Stopwatch
Stopwatch, seperti Gambar 3.14 digunakan untuk mencatat waktu saat pengambilan data kincir angin.
Gambar 3.14 Stopwatch
3.5. Variabel Penelitian
Beberapa variabel penelitian yang harus ditentukan sebelum penelitian dilaksanakan adalah :
1. Variasi bentuk sudu kincir : sudu kincir a. standard (setengah lingkaran) dan sudu kincir b. modifikasi (tidak setengah lingkaran).
2. Variasi kecepatan angin : setiap variasi kincir diikuti empat variasi kecepatan angin.
3. Variasi pembebanan : tanpa lampu pembebanan atau dengan lampu pembebanan.
Variabel data yang diambil dalam penelitian ini antara lain : 1. Kecepatan angin (V).
2. Putaran poros kincir (n). 3. Gaya pengimbang (F). 4. Temperatur udara (T).
Setelah mendapatkan variabel data diatas, maka dari variabel data tersebut parameter yang dihitung untuk mendapatkan karakteristik kincir adalah :
1. Daya angin (Pa).
2. Torsi (T).
3. Daya kincir (Pk).
4. Tip Speed Ratio (tsr). 5. Koefisien daya (Cp).
3.6. Langkah Pengambilan Data
Pengambilan data kecepatan angin, putaran poros, torsi dinamis dan temperatur udara dilakukan secara bersamaan dengan cara berikut ini :
1. Memasang kincir yang akan diuji pada wind tunnel (lorong angin). 2. Memasang neraca pegas pada tempat yang telah ditentukan.
3. Memasang tali yang menghubungkan antara neraca pegas dengan lengan generator.
4. Memposisikan anemometer didepan kincir untuk mengukur kecepatan angin yang diinginkan di dalam terowongan angin.
5. Menghubungkan rangkaian lampu dengan generator menggunakan kabel yang telah disiapkan. Sebelumnya lampu harus pada posisi off.
23
6. Memutar saklar blower dari posisi off ke posisi on. Menekan tombol
start (warna hijau).
7. Mengatur jarak blower terhadap wind tunnel hingga kecepatan angin sesuai yang diinginkan.
8. Meluruskan lengan generator dengan cara mengatur tali pada neraca pegas.
9. Setelah kecepatan angin konstan pengambilan data dimulai dari pembacaan kecepatan angin pada layar anemometer, pembacaan temperatur udara, pengukuran putaran poros kincir dengan takometer, dan yang terakhir pembacaan beban untuk penghitungan torsi dinamis pada neraca pegas. Pada saat pengamatan tanpa lampu pembebanan. 10. Mengulangi langkah 8 dan 9 sampai pembebanan maksimal sehingga
lengan generator yang terhubung dengan neraca pegas tidak bisa bergerak lagi.
11. Mematikan semua saklar lampu pembebanan.
12. Mengulangi langkah 7 s/d 10 sampai kincir angin tidak bisa menyalakan lampu pembebanan dengan cara menurunkan kecepatan angin 0,5 m/s. 13. Menekan tombol stop (warna merah) untuk mematikan blower. Memutar
saklar blower dari posisi on ke posisi off.
14. Melepas anemometer untuk mengganti kincir angin.
15. Mengganti kincir yang satunya dan mengulangi langkah 1 s/d 13. 16. Melepaskan dan mengembalikan semua peralatan ke tempat semula.
3.7. Langkah Pengolahan Data
Data yang didapat dengan menggunakan langkah-langkah diatas, kemudian data tersebut diolah dengan langkah sebagai berikut :
1. Dari data kecepatan angin (v) dan dengan diketahui luasan frontal kincir (A), maka daya angin (Pa) dapat dicari dengan Persamaan (4).
2. Data beban pegas (F) dapat digunakan untuk mencari torsi dinamis (T) dengan Persamaan (6).
3. Data putaran poros (n) dan torsi dinamis (T) dapat digunakan untuk mencari daya yang dihasilkan kincir (Pk) dengan Persamaan (8).
4. Dengan membandingkan kecepatan keliling diujung sudu dan kecepatan angin, maka tip speed ratio (tsr) dapat dicari dengan Persamaan (9).
5. Dari data daya kincir (Pk) dan daya angin (Pa) maka power coefficient (CP)
25
BAB IV
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Hasil Penelitian
Data hasil penelitian terdiri dari kincir angin Savonius dengan sudu standard dan kincir angin Savonius dengan sudu modifikasi. Setiap kincir angin dilakukan lima kali variasi kecepatan rata-rata angin dengan cara mengatur jarak blower terhadap terowongan angin untuk setiap perubahan posisi. Untuk setiap variasi kincir angin data dianggap selesai apabila putaran poros sudah tidak konstan dan gaya pengimbang (F) tidak mengalami perubahan. Dari hasil percobaan didapatkan data seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 4.1 dan Tabel 4.2.
4.2. Pengolahan Data dan Perhitungan
Contoh perhitungan yang disajikan diambil dari data dalam Tabel 4.1 pada baris pertama dengan kondisi kincir angin tanpa pembebanan dan jarak antara
blower dengan terowongan angin pada posisi rapat. Dari data tersebut diketahui
kecepatan angin 7,49 m/s, putaran poros kincir 205,93 rpm, gaya pengimbang 0,395 kg dan suhu 27,9 0C.
4.2.1. Perhitungan Daya Angin
Untuk mengetahui daya yang dihasilkan angin dapat dicari dengan Persamaan 4 pada Sub Bab 2.3.1. yaitu :
Pa = 0,5.
ρ
.A.v3dengan :
Pa = daya yang dihasilkan angin (watt).
ρ =
massa jenis udara (kg/m3).v = kecepatan angin (m/s).
nilai massa jenis udara (
ρ
) diketahui dengan cara interpolasi dari tabel massa jenis yang ada pada lampiran, dari data suhu udara 27,9 0C makaρ
= 1,17419 kg/m3 besarnya luas penampang (A) diketahui dengan persamaan :A = d.t
dengan :
d = diameter kincir angin (m). t = tinggi kincir angin (m).
dengan diameter kincir 0,70 m dan tinggi kincir angin 0,75 m maka daya angin (Pa) sebesar :
Pa = 0,5.
ρ
.d.t.v3= 0,5.(1,17419 kg/m3).(0,70 m).(0,75 m).(7,49 m/s)3 = 129,686 W
Jadi didapatkan daya angin (Pa) sebesar 129,686 watt.
4.2.2. Perhitungan Torsi
Untuk mengetahui torsi yang dihasilkan kincir angin dapat dicari dengan Persamaan 6 pada Sub Bab 2.3.2. yaitu :
T = rlengan.F
dengan :
T = torsi (Nm).
27
F = gaya pengimbang (N).
gaya pengimbang (F) dapat dicari dengan persamaan :
F = m.a
dengan :
m = massa yang ditunjukkan pada neraca pegas (kg). a = percepatan gravitasi (m/s2).
maka dengan jarak lengan 0,2 m dan percepatan gravitasi sebesar 9,81 m/s2, besarnya torsi (T) adalah :
T = rlengan.m.a
= (0,2 m).(0,395 kg).(9,81 m/s2) = 0,775 Nm
Jadi didapatkan torsi (T) sebesar 0,775 Nm.
4.2.3. Perhitungan daya kincir
Untuk menghitung daya yang dihasilkan kincir angin dapat dicari dengan Persamaan 8 pada Sub Bab 2.3.3. yaitu :
Pk = T.
dengan :
Pk = daya yang dihasilkan kincir angin (watt).
T = torsi kincir angin (Nm).
maka dengan nilai torsi 0,775 Nm dan putaran poros 205,93 rpm besarnya daya yang dihasilkan kincir angin (Pk) sebesar :
Pk = T.
= 0,775. = 16,704 watt
Sehingga didapatkan daya kincir angin (Pk) sebesar 16,704 watt.
4.2.4. Perhitungan tsr (tip speed ratio)
Untuk mengetahui besarnya perbandingan kecepatan ujung kincir dengan kecepatan angin atau tip speed ratio dapat dicari dengan Persamaan 9 pada Sub Bab 2.3.4. yaitu : tsr = dengan : r = jari-jari kincir (m). n = putaran poros (rpm). v = kecepatan angin (m/s).
maka dengan jari-jari kincir 0,35 m, putaran poros 205,93 rpm dan kecepatan angin 7,49 m/s besarnya tip speed ratio adalah :
tsr =
= = 1,079
29
4.2.5. Perhitungan koefisien daya (Cp)
Untuk mengetahui perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir angin (Pk) dengan daya yang dihasilkan oleh angin (Pa), dapat dicari dengan Persamaan 10 pada Sub Bab 2.3.5 yaitu :
Cp = x 100%
dengan :
Pk = daya yang dihasilkan kincir (watt).
Pa = daya yang dihasilkan angin (watt).
maka dengan daya kincir 16,704 watt dan daya angin 129,686 watt besarnya koefisien daya (Cp)adalah :
Cp = x 100%
= x 100 % = 12,88 %
Tabel 4.1 Data percobaan kincir angin Savonius dengan sudu standard
Posisi No. Kec. Angin (v) Putaran Poros (n) Suhu Gaya Pengimbang (F)
m/s Rpm 0C Kg 0 1 7,49 206 27,9 0,4 2 7,66 176 27,9 0,52 3 7,67 119 27,9 0,65 4 7,72 66,8 28,1 0,67 5 7,79 58 28,3 0,68 6 7,80 49,8 28,3 0,71 7 7,74 47 28,4 0,71 8 7,87 43,6 28,6 0,72 1 9 6,98 172 28,7 0,38 10 7,03 145 28,8 0,49 11 7,13 82 29 0,55 12 7,11 58,6 29 0,57 13 7,08 45,7 29 0,6 14 7,12 39,8 28,8 0,62 15 7,15 39,1 28,7 0,65 2 16 6,45 138 28,5 0,36 17 6,45 97,1 28,8 0,43 18 6,51 51,1 28,5 0,46 19 6,55 41,2 28,5 0,48 20 6,55 35,8 28,6 0,5 21 6,59 29 28,8 0,52 3 22 5,95 83,3 28,9 0,32 23 6,00 46,6 28,8 0,34 24 6,05 32,2 29,1 0,39 25 6,07 23,8 28,8 0,42 26 6,04 20,6 29 0,43 4 27 5,46 45,7 29 0,26 28 5,47 28,3 28,9 0,3 29 5,51 17,3 29 0,32
31
Tabel 4.2 Data percobaan kincir angin Savonius dengan sudu modifikasi
Posisi No. Kec. Angin (v) Putaran Poros (n) Suhu Gaya Pengimbang (F)
m/s Rpm 0C Kg 0 1 7,55 229 28,6 0,41 2 7,62 197 28,5 0,53 3 7,61 169 28,7 0,62 4 7,59 146 28,8 0,69 5 7,35 117 28,8 0,7 6 7,39 81,1 28,9 0,72 7 7,53 64,5 29,2 0,77 8 7,61 55 29,1 0,79 1 9 7,13 218 29 0,39 10 7,29 188 28,8 0,53 11 7,43 162 29 0,63 12 7,38 133 29,1 0,67 13 7,36 64,1 29,1 0,7 14 7,43 57,5 29,3 0,74 15 7,50 49,1 29,7 0,75 2 16 6,71 184 29,6 0,38 17 6,96 155 29,9 0,5 18 6,86 118 29,4 0,56 19 6,88 61,7 29,1 0,57 20 6,86 51,1 29,4 0,61 21 6,93 41,4 29,4 0,63 3 22 6,20 146 29,5 0,35 23 6,31 111 29,8 0,44 24 6,40 73 29,5 0,47 25 6,40 51,5 30,2 0,49 26 6,53 41,4 29,9 0,52 27 6,46 31,9 30,4 0,55 4 28 5,74 108 30,6 0,33 29 5,79 57,4 30,7 0,36 30 5,81 44,2 31,2 0,39 31 5,84 33,5 30,9 0,41 32 5,82 30,8 30,7 0,43
4.3. Data Hasil Perhitungan
Dengan menggunakan langkah perhitungan seperti Sub Bab 4.2, maka untuk hasil pengolahan dan perhitungan data yang lain ditunjukan dalam Tabel 4.3 dan Tabel 4.4.
Tabel 4.3 Data hasil perhitungan kincir angin Savonius dengan sudu standard
Posisi No.
Torsi Daya Angin Daya Kincir Koefisien daya
tsr Kg.cm Nm Pa Pk Cp watt watt % 0 1 7,9 0,78 130 16,7 0,13 12,9% 1,01 2 10,4 1,02 138 18,8 0,136 13,6% 0,84 3 12,9 1,27 139 15,7 0,11 11,3% 0,57 4 13,4 1,32 142 9,19 0,07 6,48% 0,32 5 13,6 1,33 146 8,1 0,06 5,56% 0,27 6 14,1 1,38 146 7,21 0,05 4,94% 0,23 7 14,2 1,39 143 6,85 0,05 4,8% 0,22 8 14,3 1,4 150 6,41 0,04 4,27% 0,2 1 9 7,64 0,75 105 13,5 0,13 12,9% 0,9 10 9,8 0,96 107 14,6 0,14 13,7% 0,76 11 11,1 1,09 112 9,32 0,08 8,36% 0,42 12 11,4 1,12 110 6,86 0,06 6,22% 0,3 13 12 1,18 109 5,63 0,05 5,16% 0,24 14 12,4 1,22 111 5,06 0,05 4,57% 0,21 15 13 1,28 112 5,22 0,05 4,65% 0,2 2 16 7,2 0,71 82,4 10,2 0,12 12,4% 0,78 17 8,6 0,84 82,5 8,57 0,1 10,4% 0,55 18 9,2 0,9 85 4,83 0,06 5,68% 0,29 19 9,6 0,94 86,4 4,06 0,05 4,69% 0,23 20 10 0,98 86,6 3,67 0,04 4,24% 0,2 21 10,4 1,02 88 3,1 0,04 3,52% 0,16 3 22 6,4 0,63 64,6 5,47 0,09 8,47% 0,51 23 6,8 0,67 66,4 3,25 0,05 4,90% 0,28 24 7,8 0,77 68,1 2,58 0,04 3,78% 0,2 25 8,4 0,82 68,6 2,06 0,03 3,00% 0,14 26 8,6 0,84 67,8 1,82 0,03 2,68% 0,13 4 27 5,2 0,51 50 2,44 0,05 4,89% 0,31 28 6 0,59 50,3 1,74 0,04 3,47% 0,19 29 6,4 0,63 51,3 1,14 0,02 2,22% 0,12
33
Tabel 4.4 Data hasil perhitungan kincir angin Savonius dengan sudu modifikasi
Posisi No.
Torsi Daya Angin Daya Kincir Koefisien daya
tsr Kg.cm Nm Pa Pk Cp Watt Watt % 0 1 8,17 0,8 132 19,2 0,15 14,6% 1,11 2 10,6 1,04 136 21,5 0,16 15,8% 0,95 3 12,4 1,22 136 21,5 0,16 15,9% 0,81 4 13,7 1,34 134 20,6 0,15 15,3% 0,71 5 14 1,37 122 16,8 0,14 13,8% 0,58 6 14,4 1,41 124 12 0,1 9,64% 0,4 7 15,4 1,51 131 10,2 0,08 7,79% 0,31 8 15,8 1,55 135 8,92 0,07 6,60% 0,27 1 9 7,7 0,76 111 17,2 0,16 15,5% 1,12 10 10,6 1,04 119 20,5 0,17 17,2% 0,95 11 12,7 1,24 126 21,1 0,17 16,8% 0,8 12 13,4 1,31 123 18,3 0,15 14,8% 0,66 13 14 1,38 123 9,23 0,08 7,54% 0,32 14 14,8 1,45 126 8,73 0,07 6,96% 0,28 15 15 1,47 129 7,56 0,06 5,85% 0,24 2 16 7,6 0,75 92,7 14,3 0,15 15,4% 1 17 9,97 0,98 103 15,8 0,15 15,3% 0,81 18 11,1 1,09 98,8 13,5 0,14 13,7% 0,63 19 11,4 1,12 100 7,22 0,07 7,21% 0,33 20 12,1 1,19 98,9 6,35 0,06 6,42% 0,27 21 12,6 1,24 102,1 5,36 0,05 5,24% 0,22 3 22 6,9 0,68 72,9 10,4 0,14 14,2% 0,87 23 8,8 0,86 77 10,1 0,13 13,06% 0,65 24 9,4 0,92 80 7,04 0,09 8,78% 0,42 25 9,77 0,96 80,2 5,16 0,06 6,44% 0,3 26 10,4 1,02 85,2 4,43 0,05 5,19% 0,23 27 10,9 1,07 82,3 3,57 0,04 4,34% 0,18 4 28 6,5 0,64 57,6 7,2 0,13 12,49% 0,69 29 7,2 0,71 59,4 4,24 0,07 7,14% 0,36 30 7,8 0,77 59,6 3,54 0,06 5,94% 0,2 31 8,2 0,8 60,9 2,82 0,05 4,64% 0,21 32 8,5 0,83 60,3 2,69 0,05 4,46% 0,19
4.4. Grafik Hasil Perhitungan
Berdasarkan data hasil penelitian dan perhitungan, maka dapat dibuat grafik hubungan antara torsi (T) dan daya kincir (Pk), torsi (T) dan putaran poros (n),
serta Cp dan tsr untuk setiap variasi.
4.4.1. Grafik untuk kincir dengan sudu standard
a. Grafik Hubungan Torsi dan Putaran Poros
Berdasarkan hasil perhitungan pada Tabel 4.4 maka dapat dibuat grafik hubungan antara torsi (T) dan putaran poros (n) yang dihasilkan kincir angin Savonius dengan bentuk sudu standard, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1. Grafik hubungan antara torsi dan putaran poros untuk kincir angin Savonius dengan variasi sudu standard
b. Grafik Hubungan Torsi dan Daya Kincir
Berdasarkan hasil perhitungan pada Tabel 4.4 maka dapat dibuat grafik hubungan antara torsi (T) dan daya kincir (Pk) yang dihasilkan kincir angin
Savonius dengan bentuk sudu standard, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.2.
35
Gambar 4.2. Grafik hubungan antara torsi dan daya kincir untuk kincir angin Savonius dengan variasi sudu standard
c. Grafik Hubungan Cp dan tsr
Berdasarkan hasil perhitungan pada Tabel 4.4 maka dapat dibuat grafik hubungan antara Cp dan tsr yang dihasilkan kincir angin Savonius dengan bentuk
sudu standard, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3. Grafik hubungan antara Cp dan tsr untuk kincir angin Savonius dengan
4.4.2. Grafik untuk kincir dengan sudu modifikasi
a. Grafik Hubungan Torsi dan Putaran Poros
Berdasarkan hasil perhitungan pada Tabel 4.4 maka dapat dibuat grafik hubungan antara torsi (T) dan putaran poros (n) yang dihasilkan kincir angin Savonius dengan bentuk sudu modifikasi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.4.
Gambar 4.4. Grafik hubungan antara torsi dan putaran poros untuk kincir angin Savonius dengan variasi sudu modifikasi
b. Grafik Hubungan Torsi dan Daya Kincir
Berdasarkan hasil perhitungan pada Tabel 4.4 maka dapat dibuat grafik hubungan antara torsi (T) dan daya kincir (Pk) yang dihasilkan kincir angin
Savonius dengan bentuk sudu modifikasi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.5.
37
Gambar 4.5. Grafik hubungan antara torsi dan daya kincir untuk kincir angin Savonius dengan variasi sudu modifikasi
c. Grafik Hubungan Cp dan tsr
Berdasarkan hasil perhitungan pada Tabel 4.4 maka dapat dibuat grafik hubungan antara Cp dan tsr yang dihasilkan kincir angin Savonius dengan bentuk
sudu modifikasi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.6.
Gambar 4.6. Grafik hubungan antara Cp dan tsr untuk kincir angin Savonius
4.5. Pembahasan
Pada tugas akhir ini telah berhasil dibuat model kincir angin Savonius enam tingkat dengan dua buah sudu pada setiap tingkatnya dengan variasi bentuk sudu yang berbeda antara kincir Savonius yang satu dengan yang lainnya. Berbedanya bentuk sudu diharapkan mampu meningkatkan unjuk kerja kincir. Seperti telah diketahui sebelumnya bahwa kincir angin berfungsi mengkonversi energi kinetik dari angin. Sudu-sudu kincir mengkonversi energi angin menjadi energi mekanik yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan, salah satunya adalah dengan cara kincir angin dihubungkan dengan generator untuk menghasilkan energi listrik.
Dari hasil penelitian dengan variasi bentuk sudu dapat dilihat pengaruh bentuk sudu terhadap unjuk kerjanya. Kincir angin dengan sudu standard (setengah lingkaran) menghasilkan koefisien daya (Cp) sebesar 13,7 % pada
kecepatan angin 7,03 m/s. Kincir angin dengan sudu modifikasi (tidak setengah lingkaran) menghasilkan koefisien daya sebesar 17,2 % pada kecepatan angin 7,29 m/s. Dari data tersebut dapat diketahui bahwa bentuk sudu setengah lingkaran memepunyai koefisien daya yang lebih kecil dari pada bentuk sudu tidak setengah lingkaran.
Perbedaan bentuk sudu ini adalah untuk mengurangi turbulensi angin masuk pada sisi down wind karena akan mengurangi energi angin yang dikonversikan. Koefisien daya (Cp) terbesar dihasilkan oleh kincir dengan sudu modifikasi,
karena angin yang masuk ke sudu down wind tidak banyak mengalami turbulensi. Koefisien daya (Cp) terkecil adalah kincir dengan sudu standard, karena angin
yang masuk ke sudu up wind banyak mengalami turbulensi.
Berdasarkan grafik Betz Limit diketahui bahwa koefisien daya (Cp) kincir
angin Savonius tertinggi adalah sebesar 31 %, namun pada penelitian ini data yang diperoleh menunjukkan koefisien daya (Cp) yang dihasilkan adalah sebesar
17,22 %. Hal ini dimungkinkan karena adanya daya dorong penghambat pada sisi
up wind sehingga angin yang seharusnya bisa dikonversi oleh kincir pada sisi down wind menjadi tidak maksimal.
39
BAB V
PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Dari penelitian dan perhitungan model kincir angin Savonius, maka dapat diambil beberapa kesimpulan :
1. Telah berhasil dibuat model kincir angin Savonius enam tingkat dengan dua variasi kelengkungan sudu.
2. Koefisien daya maksimal yang dihasilkan oleh model kincir angin Savonius dengan sudu standard adalah sebesar 13,9 % dengan nilai tsr 1,01. Koefisien daya maksimal yang dihasilkan oleh model kincir angin Savonius dengan sudu modifikasi adalah sebesar 16,2 % dengan nilai tsr 1,13.
3. Daya output maksimal untuk model kincir angin Savonius dengan sudu standard adalah sebesar 19 watt didapatkan pada saat kecepatan angin 7,72 m/s pada torsi sebesar 7,9 kg.cm, putaran poros 225 rpm. Daya output maksimal untuk model kincir angin Savonius dengan sudu modifikasi sebesar 22,2 watt didapatkan pada saat kecepatan angin 7,53 m/s pada torsi sebesar 9,1 kg.cm, putaran poros 230 rpm.
5.2. Saran
Beberapa saran untuk penelitian selanjutnya :
1. Perlu dikembangkan penelitian lebih lanjut mengenai bentuk sudu yang mampu meningkatkan unjuk kerja kincir.
2. Kepresisian dalam pembuatan kincir angin perlu diperhatikan untuk mendapatkan hasil yang akurat.
3. Periksa komponen kincir dan komponen pendukung kincir sebelum pengambilan data apakah ada yang perlu diperbaiki. Hal ini perlu dilakukan untuk meminimalisir rugi-rugi yang dapat mempengaruhi unjuk kerja kincir.
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, W., Penggerak mula turbin, ITB press : Bandung 2004 Boyle, G., Renewable Energy, Oxford university Press: New York, 2004
Burton, T., David Sharpe,. Wind Energy Handbook, England 2001.. Diakses : 4 Agustus 2011. www.wiley.com
Johnson, G.L. 1997. The Search for A New Energy Source, Manhattan. Diakses : 12 Agustus 2011. www.gjohnson@ksu.edu.com
Johnson, G.L. 2006. Wind Energy System, Manhattan. Diakses : 12 Agustus 2011. www.gjohnson@ksu.edu.com
Kementrian Negara Riset dan Teknologi Republik Indonesia,. Buku Putih Bidang
Energi. 2006. Diakses : 19 Juli 2011.
Pudjanarsa, Astu., Djati Nursuhud. 2008. Mesin Konversi Energi, Yogyakarta: Penerbit Andi Yogyakarta.
http://en.wikipedia.org/wiki/Windmill, 15 April 2011 http://home.gna.org/huribatash/tutorial/introduction/tjaerborgIntro.html http:// id.wikipedia.org/ wiki/Gaya_hambat http://id.wikipedia.org/wiki/Kincir_angin, 15 April 2011 http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin http://www.alpensteel.com/article/47-103-energi-angin--wind-turbine--wind-mill/3201--potensi-angin-melimpah-di-kawasan-pesisirindonesia.html, 17 April 2011 http://www.intechopen.com/articles/show/title/wind-turbines-theory-thebetz-equation-and-optimal-rotor-tip-speed-ratio, 17 April 2011 http://www.physicsforums.com/showthread.php?t=229058 http://www.scribd.com/document_download/2451121?extension=pdf&skip_inters titial=true http://www.scribd.com/document_download/7450830?secret_password=&extensi on=pdf http://www.wikipedia.org howtobuildwindgenerator.blogspot.com
www.engineeringtoolbox.com. Oktober 2011 www.jurnalinsinyurmesin.com. September 2011. www.wikipedia.org/wiki/kincir_angin. September 2011 www.wikipedia.org/wiki/Windmill. September 2011
Tabel L.1 Tabel sifat udara
