UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN SAVONIUS DUA TINGKAT DENGAN SIRIP-SIRIP PENGARAH PADA LINGKAR TERLUAR KINCIR TUGAS AKHIR - Unjuk kerja model kincir angin savonius dua tingkat dengan sirip-sirip pengarah pada lingkar terluar kincir - USD Repository

(1)

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN SAVONIUS

DUA TINGKAT DENGAN SIRIP-SIRIP PENGARAH

PADA LINGKAR TERLUAR KINCIR

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

Disusun oleh:

ENDRO PRAMULAT SITO NIM : 105214076

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(2)

THE PERFORMANCE OF TWO STAGE SAVONIUS

WIND TURBINE MODEL WITH STEERING FINS ON

THE OUTER CIRCLE

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement to obtain the SarjanaTeknik degree

by

ENDRO PRAMULAT SITO NIM : 105214076

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMME

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

INTISARI

Ketersediaan energi dunia saat ini mengalami penipisan khususnya energi dari fosil yang tidak dapat diperbarui maka diperlukan sumber energi baru yang terbarukan dan ramah lingkungan. Salah satu energi yang dapat dikembangkan adalah energi angin dengan ketersediaan yang melimpah dan ramah lingkungan. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengembangkan unjuk kerja model kincir angin Savonius dua tingkat dengan luasan frontal 0,51 m2dan penambahan variasi sirip-sirip pengarah pada lingkar terluarnya.

Model variasi pertama adalah kincir angin Savonius tanpa pengarah, model variasi kedua dengan penambahan sirip-sirip pengarah bersudut 30o, dan model variasi ketiga dengan penambahan sirip-sirip pengarah bersudut 45o. Jumlah pengarah yang digunakan sebanyak delapan buah berbentuk pelat persegi panjang dengan ukuran 10 cm × 90 cm dan dipasang pada lingkar terluar kincir. Dalam pengujiannya setiap kincir angin diuji untuk mengetahui torsi, putaran poros, daya kincir, dan koefisien daya.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa koefisien daya maksimal diperoleh dengan model kincir angin Savonius berpengarah 30o, yaitu 46 % pada tip speed ratio(tsr) 1,2 menghasilkan daya 27,9 watt pada kecepatan angin 5,84 m/s dengan torsi 1,2 Nm. Model kincir angin perpengarah 45o menghasilkan koefisien daya maksimal 40 % pada tip speed ratio 1,46 menghasilkan daya 26,5 watt pada kecepatan angin 6.06 m/s dengan torsi 0,9 Nm. Model kincir tanpa pengarah menghasilkan koefisien daya maksimal 32,4 % pada tip speed ratio 1,38 menghasilkan daya 27,4 watt pada kecepatan angin 6,57 m/s dengan torsi 0,9 Nm.

(8)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur senantiasa kepada Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat

yang diberikan dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga penulis dapat

menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.

Tugas Akhir ini merupakan sebagai salah satu syarat yang wajib untuk

setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin. Tugas Akhir ini dilaksanakan dalam

rangka memenuhi syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan

Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta.

Berkat bimbingan, dukungan dan nasihat dari berbagai pihak, akhirnya

Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan

segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang

sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku Dekan Fakultas Sains

dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Bapak Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi

Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. Bapak Ir. Rines, M.T., sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

4. Bapak I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T., selaku Dosen pembimbing

akademik.

5. Kepala Laboratorium Konversi Energi, Bapak Ir. YB. Lukiyanto, M.T.,

(9)

6. Bapak Mulyo Pradono dan Ibu Sri Widayati selaku orang tua penulis,

karena kebaikan dan kerendahan hati memberikan semangat pada penulis.

Keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah

mendukung penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

7. Rekan sekelompok yaitu Suryo Prasetyo dan Natalis Riya, yang telah

membantu dalam perancangan, pembuatan, perbaikkan alat dan

pengambilan data.

8. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan teman-teman

lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih atas segala

bantuanya.

Penulis menyadari dalam penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari

sempurna. Segala kritik dan saran yang membangun akan sangat penulis harapkan

demi penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata seperti yang penulis harapkan

semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.

Yogyakarta, 1 November 2011

(10)

DAFTAR ISI

Halaman Judul ... i

Title Page ... ... ii

Halaman Pengesahan... iii

Daftar Dewan Penguji ... ... iv

Pernyataan Keaslian Karya ... v

Lembar Pernyataan Persetujuan 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 ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Manfaat Penelitian ... 3

1.5 Tujuan Penelitian ... 3

BAB II DASAR TEORI 2.1 Energi Angin ... 4

2.2 Kincir Angin ... 8

(11)

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian ... 19

3.2 Objek Penelitian ... 20

3.3 Waktu dan Tempat Penelitian ... ... 20

3.4 Peralatan dan Bahan ... ... 20

3.5 Variabel Penelitian ... ... 30

3.6 Langkah-Langkah Percobaan ... 31

3.7 Langkah Pengolahan Data ... 34

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Percobaan ... ... 35

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ... 35

4.3 Data Hasil Perhitungan ... 43

4.4 Grafik Hasil Perhitungan ... 46

4.5 Pembahasan ... 55

BAB V Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan ... 57

5.2 Saran ... 58

DAFTAR PUSTAKA ... 59

LAMPIRAN ... 60

(12)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Angin Laut ... 5

Gambar 2.2 Angin Darat ... 5

Gambar 2.3 Angin Lembah ... 6

Gambar 2.4 Angin Gunung ... 7

Gambar 2.5 Pergerakan Angin Planetary ... 7

Gambar 2.6 Kincir Angin Poros Vertikal ... 9

Gambar 2.7 Kincir Angin Poros Horizontal ... 11

Gambar 2.8 Variasi Bentuk Sudu Kincir Savonius ... 12

Gambar 2.9 Grafik Hubungan Cpdan tsr maksimal berapa jenis kincir ... 15

Gambar 3.1 Diagram alir langkah penelitian ... 19

Gambar 3.2 Kincir angin Savonius ... 21

Gambar 3.3 Pelat batas sudu ... 22

Gambar 3.4 Sudu kincir ... 22

Gambar 3.5 Poros kincir ... 23

Gambar 3.6 Sirip-sirip pengarah ... 24

Gambar 3.7 Jari-jari kincir sebagai garis acuan 0o ... 24

Gambar 3.8 Terowongan angin ... 25

Gambar 3.9 Blower ... 25

Gambar 3.10Tachometer ... 26

Gambar 3.11 Anemometer ... 27

Gambar 3.12 Rangkaian lampu pembebanan ... 28

Gambar 3.13 Neraca pegas ... 28

Gambar 3.14 Generator ... 29

Gambar 3.15 Kabel ... 30

Gambar 3.16 Tali pengait ... 32

Gambar 3.17 Sensor elektrik yang terhubung dengan anemometer ... 32

Gambar 3.18 Posisi takometer ... 33

Gambar 4.1 Grafik hub. rpm danτvariasi kincir tanpa pengarah ... 46

(13)

Gambar 4.3 Grafik hub. Cpdan tsr variasi kincir tanpa pengarah ... 48

Gambar 4.4 Grafik hub. rpm danτvariasi kincir pengarah 30o... 49

Gambar 4.5 Grafik hub. daya danτvariasi kincir pengarah 30o ... 50

Gambar 4.6 Grafik hub. Cpdan tsr variasi kincir pengarah 30o... 51

Gambar 4.7 Grafik hub. rpm danτvariasi kincir pengarah 45o... 52

Gambar 4.8 Grafik hub. daya danτvariasi kincir pengarah 45o ... 53

Gambar 4.9 Grafik hub. Cp dan tsr variasi kincir pengarah 45o ... 54

(14)

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data percobaan kincir angin tanpa pengarah ... 36

Tabel 4.2 Data percobaan kincir angin pengarah 30o ... 37

Tabel 4.3 Data percobaan kincir angin pengarah 45o ... 38

Tabel 4.4 Data hasil perhitungan kincir angin tanpa pengarah ... 43

Tabel 4.5 Data hasil perhitungan kincir angin pengarah 30o ... 44

(15)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Ketersediaan energi Indonesia saat ini mengalami penurunan khususnya

energi dari fosil yang tidak dapat diperbaharui. Dimulai dari revolusi industri,

kebutuhan akan energi fosil meningkat tajam. Hal ini tidak berbanding lurus

dengan ketersediaan bahan bakar fosil yang ada, maka perlu adanya sumber

energi lain yang dapat mencukupi semua kebutuhan. Kebutuhan akan energi fosil

masih dominan, sebagian besar bahan bakar fosil digunakan dalam bidang

industri, transportasi, dan rumah tangga terutama untuk mencukupi kebutuhan

energi listrik.

Salah satu energi yang dapat menjadi alternatif adalah energi angin,

mengingat bahwa Indonesia adalah negara kepulauan yang mempunyai potensi

energi angin cukup besar. Untuk mengubah energi angin menjadi energi listrik

memerlukan proses dan metode tertentu, karena energi angin tidak dapat

digunakan secara langsung. Salah satu alat yang dapat mengubah energi kinetik

angin menjadi energi mekanik adalah kincir angin, dalam penelitian ini digunakan

jenis kincir angin Savonius yang mampu menerima angin dari arah. Dengan

menggunakan kincir angin Savonius, maka energi listrik yang dihasilkan dapat

mengurangi ketergantungan terhadap penggunaan energi fosil. Berdasarkan

(16)

1.2 Rumusan Masalah

Masalah yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Angin merupakan energi yang besar, murah, kekal dan tidak menimbulkan

polusi bagi lingkungan.

2. Indonesia adalah negara dengan potensi energi angin melimpah, namun

belum dimanfaatkan secara maksimal.

3. 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 dua sudu dua tingkat

dengan diameter 60 cm dan tinggi 85 cm.

2. Penelitian dilakukan dengan mengoperasikan kincir angin didalam sebuah

terowongan angin yang tersedia di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

dan dengan posisi salah satu pengarah dibuat sejajar arah angin.

3. Data yang diambil pada saat penelitian adalah kecepatan angin, temperatur,

putaran poros kincir, dan gaya pengimbang torsi.

4. Variasi yang digunakan adalah kincir tanpa pengarah, kincir dengan sudu

(17)

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah :

1. Menjadi sumber informasi mengenai unjuk kerja kincir angin dua sudu dua

tingkat dengan pengarah ataupun tidak.

2. Memberi manfaat bagi perkembagan teknologi energi terbarukan, khususnya

energi angin.

3. Menjadi sumber referensi bagi masyarakat di daerah dengan potensi energi

angin besar untuk memberdayakan energi tepat guna.

1.5 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Membuat kincir angin Savonius dengan variasi sirip-sirip pengarah.

2. Mengetahui pengaruh penggunaan sirip-sirip pengarah terhadap unjuk kerja

kincir angin.

3. Mengetahui unjuk kerja model kincir angin dua sudu dua tingkat dengan

(18)

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Energi Angin

Angin merupakan salah satu bentuk energi yang telah lama dikenal dan

dimanfaatkan manusia dalam kehidupan sehari-hari. Pada prinsipnya angin adalah

udara yang bergerak, gerakan ini disebabkan oleh perbedaan temperatur antara

udara panas dan udara dingin. Pada daerah dengan temperatur tinggi maka udara

akan memuai dan massa jenisnya turun sehingga tekanan udara di daerah itu

rendah, tekanan rendah ini akan diisi oleh udara yang datang dari tekan yang lebih

tinggi. Perbedaan tekanan dan temperatur disuatu daerah disebabkan oleh sinar

matahari.

Jenis - jenis angin antara lain :

1. Angin laut

Angin laut adalah angin yang bertiup dari arah laut ke arah darat dan pada

umumnya terjadi pada siang hari. Arah ini disebabkan karena daratan memiliki

temperatur yang lebih tinggi dari pada temperatur laut seperti yang disajikan pada

Gambar 2.1. Angin ini biasa dimanfaatkan nelayan untuk pulang dari menangkap

(19)

Gambar 2.1 Angin Laut

(Sumber :www.wikipedia.org/wiki/angin, Juli 2011)

2. Angin darat

Angin darat adalah angin yang bertiup dari arah darat ke arah laut dan pada

umumnya terjadi pada malam hari. Arah ini disebabkan karena temperatur lautan

lebih tinggi dari temperatur daratan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.

Angin ini biasa dimanfaatkan nelayan untuk berangkat mencari ikan dengan

perahu bertenaga angin sederhana.

Gambar 2.2 Angin Darat

(20)

3. Angin lembah

Angin lembah adalah angin yang bertiup dari arah lembah ke arah puncak

gunung dan terjadi pada siang hari. Gerakan ini disebabkan oleh perbedaan

temperatur antara puncak gunung dan lembah, puncak gunung lebih dahulu

menerima panas matahari sehingga tekanannya turun dan terjadi aliran udara

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Angin Lembah

4. Angin gunung

Angin gunung adalah angin yang bertiup dari arah puncak gunung ke arah

lembah dan terjadi pada malam hari. Gerakan ini disebabkan lembah akan

melepaskan energi panas lebih lambat dan puncak gunung yang telah mendingin

(21)

Gambar 2.4 Angin Gunung

5. Angin planetary

Angin planetary adalah udara yang bergerak karena pemanasan yang lebih

besar pada permukaan bumi dekat ekuator dari pada kutub utara dan selatan

seperti pada Gambar 2.5. Hal ini menyebabkan udara dari daerah tropis naik

melalui atmosfer ke kutub dan udara dingin dari kutub mengalir ke ekuator dekat

permukaan bumi.

(22)

2.2 Kincir Angin

Kincir angin adalah sebuah mesin yang digerakkan oleh tenaga angin

sehingga dapat menjadi bentuk energi lain. Kincir angin ini pada mulanya

dimanfaatkan oleh petani untuk menumbuk hasil pertanian, irigasi dan pengiling

gandum. Kincir angin pertama banyak ditemukan di Denmark, Belanda dan

negara-negara Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan istilah windmill. Kincir

angin modern adalah kincir angin yang saat ini banyak digunakan untuk

membangkitkan tenaga listrik.

Berdasarkan posisi porosnya, kincir angin dibedakan menjadi dua kelompok

utama, yaitu : kincir angin poros horizontal dan kincir angin poros vertikal. Dalam

penelitian ini akan dikembangkan mengenai kincir angin poros vertikal.

2.2.1 Kincir Angin Poros Vertikal

Kincir angin poros vertikal atauVertical Axiz Wind Turbine (VAWT) adalah

salah satu jenis kincir angin yang posisi porosnya tegak lurus arah angin atau

dengan pengertian lain kincir jenis ini dapat mengkonversi tenaga angin dari

segala arah pada orientasi arah angin horizontal. Kelebihan dari kincir angin poros

vertical ini adalah sebagai berikut :

1. Dapat menerima angin dari arah manapun

2. Memiliki torsi yang cukup besar walaupun putaran poros rendah

3. Mampu bekerja pada rpm rendah

4. Memiliki luasan frontal yang besar karena dalam perhitungan luasan

(23)

Dari beberapa ke

beberapa kekurangan

1. Bekerja pada kec

hanya energi angi

2. Penempatannya p

keselamatan lingkun

3. Sudu yang mampu

melawan angin

putaran poros.

4. Dari designnya be

merupakan suatu

Beberapa jenis ki

berikut :

(a)

kelebihan diatas, kincir angin poros vertical

an antara lain :

kecepatan angin rendah, sehingga energi angin

ngin kecil.

a pada ketinggian yang relatif rendah sehingga

ngkungan.

mpu menerima energi angin disebut downwind

n disebut upwind, sudu bagian ini cenderun

berat poros dan sudu yang bertumpu pada bant

tu beban tambahan.

s kincir angin poros vertical antara lain sepe

(b)

Gambar 2.6 Kincir Angin Poros Vertical (a) Savonius, (b) Darrieus, (c) Giromill (sumber:www.windturbine1.blogspot.com)

cal juga memiliki

in yang diperoleh

gga membahayakan

ind dan sudu yang

rung menghambat

bantalan (bearing)

perti Gambar 2.6

(24)

2.2.2 Kincir Angin Poros Horizontal

Kincir angin poros horizontal atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT)

adalah jenis kincir angin yang poros utamanya sejajar dengan tanah dan arah

poros utama sesuai dengan arah angin. Kincir jenis ini terdiri dari sebuah menara

dengan kincir berada di puncaknya, poros kincir harus dapat berputar 3600 terhadap sumbu vertical untuk menyesuaikan dengan arah datangnya angin. Pada

mulanya untuk membantu menyesuaikan dengan arah datangnya angin perlu

ditambahkan sirip pengarah dibelakang kincir, namun pada kincir angin HAWT

modern peran sirip pengarah ini digantikan oleh sensor elektrik.

Adapaun kelebihan dari kincir angin jenis HAWT antara lain :

1. Kecepatan sudu dapat lebih besar dari pada kecepatan angin, karena sudu

berputar akibat gaya angkat oleh angin.

2. Mampu mengkonversi energi angin pada kecepatan tinggi.

3. Banyak digunakan untuk menghasilkan energi listrik dalam skala besar.

4. Faktor keamanan lebih besar karena posisi kincir yang berada diatas menara.

Dari kelebihan diatas kincir jenis HAWT juga mempunyai beberapa

kekurangan antara lain :

1. Perlu adanya mekanisme lain untuk menyesuaikan arah kincir dengan arah

angin.

2. Karena putarannya tinggi maka timbul polusi suara 80-110 dB (Sumber

(25)

3. Meningkatkan kasus kematian burung karena tertabrak sudu.

4. Proses pembuatan dan pemasangan dilapangan cukup sulit.

Beberapa jenis kincir angin poros vertical antara lain : American windmill,

cretan sail windmill, Dutch four armdanRival calzoniI, seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 2.7.

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 2.7 Kincir Angin Poros Horizontal

(a)American windmil,(b) cretan sail windmill,(c)Dutch four arm,(d)Rival calzoni (Sumber :www.fineartamerica.com, Agustus 2011 )

(26)

2.2.3 Kincir Angin S

Kincir angin savoni

tahun 1922, ciri utam

umumnya kincir je

dibandingkan kincir

cukup besar. Pada pe

perkembangan baik da

yang rendah karena a

dimanfaatkan untuk m

sederhana dan nilai ef

pada tahun 1932-1938,

hingga 35 sampai 40

grafik hubungan Cp

memiliki design seder

Savonius

savonius ditemukan oleh Sigurd J. Savonius dari

amanya adalah berbentuk huruf S bila dilihat

jenis ini berputar dengan kecepatan lebi

ir angin poros horizontal, namun memiliki ni

perkembangannya kincir angin Savonius meng

dari ukuran, jumlah sudu terutama bentuk sudu,

ambar 2.3.

(2)

Gambar 2.8 Variasi Bentuk Sudu Kincir Savonius (1) Tipe U, (2) Tipe S, (3) Tipe L

(Sumber :www.alpensteel.com/pdf, Agustus 2011

U memiliki struktur lebih kuat karena kedu

poros kincir namun kincir Savonius tipe ini me

angin yang keluar dari sudu dibuang begitu

uk mendorong sudu lainnya. Savonius tipe S m

fisiensi cukup tinggi. Dari penelitianKansas

1938, kincir angin Savonius mampu menghasi

40 %, nilai ini melebihi koefisien daya yang te

p dan tsr pada umumnya, yaitu sebesar 31 %

derhana dan effisiensi yang cukup tinggi dari p

dari Finlandia pada

hat dari atas. Pada

ebih rendah bila

ki nilai torsi yang

engalami beberapa

tu saja tidak dapat

(27)

2.3 Rumus-Rumus Perhitungan

Dalam analisa unjuk kerja kincir angin diperlukan beberapa rumus

perhitungan, antara lain sebagai berikut.

2.3.1 Energi dan Daya Angin

Energi angin adalah energi yang dimiliki angin karena kecepatannya,

sehingga merupakan suatu bentuk energi kinetik. Maka secara umum energi

kinetik dapat dirumuskan :

= 0,5. . (1)

dengan :

Ek : energi kinetik,Joule

m : massa, kg

v : kecepatan angin, m/s

Dari Persamaan (1), diketahui daya adalah energi tiap satuan waktu (J/s)

sehingga persamaan tersebut dapat ditulis menjadi :

= 0,5. ̇. (2)

dengan :

Pa : daya yang dihasilkan angin, J/s (watt)

(28)

massa udara yang mengalir per satuan waktu adalah :

̇ = . . (3)

dengan :

ρ : massa jenis udara, kg/m3

A : luasan angin yang ditangkap kincir, m2

Dengan mensubtitusikan Persamaan (3) ke Persamaan (2), maka dapat

diperoleh rumusan daya angin :

= 0,5. ( . . ).

disederhankan menjadi :

= 0,5. . . (4)

Dalam penggunaan secara sederhana dengan mengasumsikan ρ udara : 1,2

kg/m3maka diperoleh persamaan :

= 0,6. . (5)

2.3.2 Daya Kincir Angin

Daya kincir angin adalah daya yang dihasilkan oleh poros kincir akibat daya

angin yang melintasi sudu-sudu kincir. Daya kincir angin berbeda dengan daya

angin, karena daya kincir angin dipengaruhi koefisien daya angin. Pada sebuah

(29)

didapatkan efisiensi maksimum kincir angin, yaitu sebesar 59,3 % (sumber :

www.wikipedia.org/wiki/Bet’z_law, Agustus 2011) . Angka ini disebut Betz

Limit, pada Gambar 2.9 disajikan koefisien daya beberapa kincir.

Gambar 2.9 Grafik hubungan koefisiensi daya dan tip speed ratio maksimal beberapa jenis kincir

(Sumber : Johnson, 2006, hal. 18 )

Secara teori daya kincir yang dihasilkan oleh gerak melingkar pada poros

kincir angin dapat dirumuskan :

(30)

dengan :

Pk : daya yang dihasilkan kincir angin, watt

T : torsi, Nm

ω : kecepatan sudut, rad/s

Kecepatan sudut adalah radian per second (rad/s), satuan lain yang digunakan

adalah putaran per menit (rpm). Konversi satuan yang menghubungkan (rpm) dan

(rad/s) adalah 1 rpm = 2π/60 rad/s, maka Persamaan (6) dapat dirubah menjadi :

(7)

dengan :

n : putaran poros, rpm

2.3.3 Torsi Kincir Angin

Gaya yang bekerja pada poros ditimbulkan oleh adanya gaya dorong pada

sudu-sudu kincir dikurangi dengan gaya-gaya hambat (gaya yang berlawanan

arah). Gaya dorong pada sudu ini memiliki lengan atau jarak terhadap sumbu

putaran (poros). Hasil kali kedua besaran ini disebut dengan torsi (τ). Secara teori

dapat dirumuskan :

T = r . F (8)

(31)

dengan :

T : torsi akibat putaran poros, Nm

r : jarak lengan, m

F : gaya pengimbang, N

2.3.4 Tip Speed Ratio (tsr)

Tip speed ratioadalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir angin

yang berputar melingkar dengan kecepatan angin yang melewatinya, tsr dapat

dirumuskan :

(9)

atau dapat disederhanakan :

(10)

dengan :

r : jari-jari kincir, m

n : putaran poros, rpm

v : kecepatan angin, m/s

= 2. . . 60.

(32)

2.3.5 Koefisien Daya

Koefisien daya atau power coefficient (Cp) adalah perbandingan antara daya

yang dihasilkan oleh kincir angin (Pk) dengan daya yang dihasilkan oleh angin

(Pa), sesuai dengan teori yang ada, maka dapat dirumuskan :

dengan :

Pk : daya yang dihasilkan kincir, watt

Pa : daya yang dihasilkan angin, watt

(33)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian

Langkah kerja yang dilakukan dalam penelitian ini disajikan dalam diagram

sebagai berikut :

Mulai

Konsultasi & Studi Pustaka

Perancangan Kincir Angin Savonius

Pembuatan Kincir Angin Savonius

Pengambilan Data

Pengolahan Data

Pembahasan & Pelaporan

(34)

3.2 Objek Penelitian

Objek dalam penelitian ini adalah model-model kincir angin Savonius dua

tingkat dengan dua buah sudu dan dilengkapi pengarah pada lingkar terluar kincir

berjumlah delapan sirip, untuk variasinya yaitu pertama kincir tanpa pengarah,

kedua dengan penambahan sirip pengarah bersudut 30o dan ketiga sirip pengarah bersudut 45o.

3.3 Waktu dan Tempat Penelitian

Proses pembuatan kincir, pengambilan data serta penelitian dimulai pada

bulan April 2011 sampai dengan Juli 2011 di Laboratorium Konversi Energi

Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3.4 Peralatan dan Bahan

Model kincir angin Savonius yang dibuat seperti yang ditunjukkann pada

Gambar 3.2.

Keterangan :

1. Pelat batas sudu

2. Sudu kincir

3. Bilah penguat

4. Poros kincir

(35)

Gambar 3.2 Kincir angin Savonius

Kincir angin Savonius dua tingkat yang disajikan pada Gambar 3.2 memiliki

beberapa bagian pokok antara lain :

1. Pelat batas sudu

Pelat 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 dilem dan dijepit menggunakan

baut. Pelat untuk dudukkan ini berjumlah tiga buah yaitu di atas, tengah dan

bawah. Bahannya terbuat dari triplek setebal 4 mm dan diameter 60 cm. 60 cm

85 cm _{90 cm}

75 cm

1

2

3

4

(36)

2. Sudu kincir

Seperti pada umum

datang melintasi kinc

dengan jari-jari kelen

bawah sisi sudu dit

menguatkan bentuk l

dibaut dengan duduka

Gambar 3.3 Pelat batas sudu

umumnya, sudu kincir berfungsi untuk menang

kincir. Material yang dipakai adalah pelat seng

lengkungan 36 cm dan tinggi 42,5 cm. Pada

topang oleh bilah-bilah penguat, fungsinya

uk lengkungan sudu dan sebagai tempat yang

dudukan sudu, seperti yang terlihat pada Gambar 3.4

Gambar 3.4 Sudu kincir

60 cm

42,5 cm

ngkap angin yang

ng setebal 0,2 mm

da bagian atas dan

nya adalah untuk

g akan dilem dan

(37)

3. Poros

Poros adalah alat yang berfungsi menopang kincir saat berputar dan juga

sebagai pusat putaran kincir. Disamping fungsi-fungsi diatas poros juga berfungsi

untuk mentrasmisikan putaran kincir. Material yang dipakai adalah pipa PVC 1

inch dan panjang 120 cm, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Poros kincir

4. Sirip-sirip pengarah

Sirip-sirip pengarah adalah komponen yang berfungsi mengarahkan aliran

angin yang melintasi kincir, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.6. Sirip-sirip

ini dapat divariasikan sudutnya, untuk pengambilan data dalam percobaan ini

sudut sirip divariasikan pada posisi 30o dan 45o. Nilai sudut 30odan 45o dihitung dengan jari-jari kincir sebagai orientasi atau sudut 0o, sedangkan arah datang angin seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.7.

Material yang digunakan untuk sirip adalah triplek setebal 4 mm, pengarah

berbentuk pelat persegi panjang dengan ukuran 10 cm × 90 cm dan dipasang pada

lingkar terluar kincir. Untuk dudukannya menggunakan material yang sama

berdiameter 90 cm.

(38)

Gambar 3.6 Sirip-sirip pengarah

Dalam pengambilan data digunakan beberapa peralatan pendukung, peralatan

tersebut antara lain :

1. Terowongan angin

Terowongan angin atauwind tunnel adalah sebuah lorong berukuran 1,2 m ×

1,2 m × 2,4 m yang berfungsi sebagai tempat dimana angin bergerak dengan

kecepatan tertentu sekaligus merupakan tempat pengujian kincir angin, seperti

ditunjukkan pada Gambar 3.8. Di dalam lorong udara tekanannya dibuat lebih

rendah dari tekanan lingkungan sekitar, tujuannya agar udara bergerak dengan

kecepatan tertentu. Kecepatan angin dapat diatur dengan cara mengatur jarak

Gambar 3.7 Jari-jari kincir sebagai garis acuan 0o

(39)

Gambar 3.8 Terowongan angin

2. Blower

Blower adalah alat yang digunakan untuk menurunkan tekanan di dalam

terowongan angin sehingga angin dapat berhembus dengan kecepatan tertentu.

Blower digerakkan oleh motor listrik berdaya 5,5 kW, sebagai transmisinya

menggunakan sabuk dan puli, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.9.

(40)

3. Takometer

Takometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur putaran poros kincir

angin sebagai data yang dibutuhkan. Jenis takometer yang digunakan adalah

digital light tachometer, prinsip kerjanya berdasarkan pantulan yang diterima

sensor dari reflektor, refrektor ini berupa alumunium foil atau benda warna yang

dapat memantulkan cahaya dan dipasang pada poros.

Gambar 3.10Tachometer

4. Anemometer

Anemometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan angin

sesuai dengan data yang dibutuhkan. Anemometer diletakkan didepan terowongan

angin. Alat ini terdiri dari dua komponen utama, yaitu sensor elektrik yang

(41)

data dari sensor kemudian ditampilkan pada layar digital seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 3.11.

Gambar 3.11 Anemometer

5. Lampu pembebanan

Lampu digunakan untuk memberikan variasi pembebanan atau efek

pengereman pada poros kincir yang berputar. Lampu disusun secara paralel dan

(42)

Gambar 3.12 Rangkaian lampu pembebanan

6. Negaca pegas

Neraca pegas digunakan untuk mengukur gaya pengimbang torsi kincir angin

saat kincir berputar, seperti yang terlihat pada Gambar 3.13. Neraca pegas

dihubungkan pada lengan ayun dengan panjang lengan yang telah ditentukan.

(43)

7. Generator

Generator adalah alat yang digunakan untuk mengubah energi mekanik

putaran poros menjadi energi listrik, generator 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.

Gambar 3.14 Generator

8. Kabel

Kabel digunakan sebagai penghantar arus listrik dari generator ke lampu

(44)

Gambar 3.15 Kabel

3.5 Variabel Penelitian

Beberapa variabel penelitian yang harus ditentukan terlebih dahulu sebelum

penelitian dilaksanakan adalah :

1. Variasi sirip-sirip pengarah : tanpa sirip pengarah, dengan sirip pengarah

30odan dengan sirip pengarah 45o.

2. Variasi kecepatan angin : setiap variasi sirip diikuti lima variasi kecepatan

angin

3. Variasi pembebanan : tanpa beban lampu atau dengan beban lampu.

Variabel data yang diambil dalam penelitian ini antara lain :

a. kecepatan angin (V)

b. putaran poros kincir (n)

(45)

Setelah mendapatkan data-data diatas, maka dari variabel data tersebut

parameter yang dapat dihitung untuk mendapatkan karakteristik kincir adalah :

1. Daya angin (Pa)

2. Daya kincir (Pk)

3. Torsi (t)

4. Koefisien daya (Cp)

5. Tip Speed Ratio(tsr)

3.6 Langkah-Langkah Percobaan

Pengambilan data kecepatan angin, putaran poros, torsi dinamis dan

temperatur udara dilakukan secara bersamaan. Hal pertama yang dilakukan adalah

memasang kincir angin yang akan diuji ke dalam terowongan angin. Selanjutnya

untuk pengambilan data yang perlu dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Memasang neraca pegas serta pengaitnya pada tempat yang ditentukan.

2. Memasang tali pengait yang menghubungkan neraca dengan lengan

(46)

Gambar 3.16 Tali pengait

3. Memasang sensor elektrik anemometer tepat di depan terowongan angin,

serta modul digital pada tempat yang telah ditentukan (lihat Gambar 3.17).

(47)

4. Menghubungkan rangkaian lampu dengan generator menggunakan kabel

yang telah disiapkan. Sebelumnya lampu harus pada posisioff.

5. Menempatkan takometer pada posisinya (lihat Gambar 3.18).

Gambar 3.18 Posisi Takometer

6. Setelah semua peralatan siap, blower dapat diaktifkan.

7. Pengaturan kecepatan angin dilakukan dengan cara memberi celah antara

terowongan angin dan blower, perlu beberapa saat hingga angin

berhembus dengan kecepatan konstan.

8. 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.

9. Langkah 1 sampai 8 diulang kembali dengan variasi kecepatan angin

(48)

3.7 Langkah Pengolahan Data

Dari data yang didapat dengan langkah-langkah diatas, maka 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 (Td)

dengan Persamaan (8).

3. Data putaran poros (n) dan torsi dinamis (Td) dapat digunakan untuk

mencari daya yang dihasilkan kincir (Pk) dengan Persamaan (7).

4. Dengan membandingkan kecepatan keliling diujung sudu dan kecepatan

angin, makatip speed ratiodapat dicari dengan Persamaan (10).

5. Dari data daya kincir (Pk) dan daya angin (Pa) maka power coefficient

(49)

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Percobaan

Data hasil percobaan terdiri dari variasi kincir angin tanpa pengarah, variasi

kincir angin dengan pengarah 30o dan variasi kincir angin dengan pengarah 45o. Untuk setiap variasi percobaan dilakukan lima kali variasi kecepatan rata-rata

angin, dengan cara mengatur jarak blower terhadap terowongan angin yaitu

kurang lebih 3 cm untuk setiap perubahan posisi. Posisi 0 berarti tidak ada jarak

antara blower dan terowongan angin atau pada posisi rapat, posisi 1 berarti blower

telah dimundurkan kurang lebih 3 cm, posisi 2 berarti blower telah dimundurkan

pada jarak yang lebih jauh dari posisi 1 yaitu kurang lebih 6cm, dan begitu pula

untuk posisi 3,4 hingga 5. Untuk setiap variasi kincir angin data dianggap selesai

apabila putaran poros sudah tidak konstan dan gaya pembebanan (F) tidak

mengalami perubahan. Dari hasil percobaan didapatkan data seperti yang

ditunjukkan dalam Tabel 4.1 sampai Tabel 4.3.

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan

Contoh perhitungan yang disajikan diambil data dari 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 6,57 m/s, putaran poros kincir 290 rpm, pembebanan 460 gr dan

(50)

Tabel 4.1 Data percobaan kincir angin tanpa pengarah

6.57 290.37 460.00 29.20

2 6.55 145.20 880.00 29.27

3 6.56 88.54 910.00 29.23

4 6.65 65.09 915.00 29.13

5 6.62 58.60 925.00 29.10

6 6.61 54.84 940.00 29.20

7 6.72 55.14 960.00 29.17

8

1

6.28 247.80 440.00 29.13

9 6.36 106.83 710.00 29.33

10 6.36 71.82 750.00 29.40

11 6.27 53.09 770.00 29.37

12 6.35 48.48 775.00 29.43

13 6.31 46.98 810.00 29.70

14 6.40 43.82 815.00 29.70

15

2

5.79 191.10 390.00 30.17

16 5.74 65.20 590.00 29.83

17 5.92 47.55 640.00 30.53

18 5.80 40.27 650.00 30.10

19 5.81 39.25 655.00 30.33

20 5.92 35.92 660.00 31.00

21 5.88 34.15 665.00 30.87

22

3

5.71 192.17 375.00 31.03

23 5.71 59.96 560.00 30.77

24 5.69 43.59 585.00 30.37

25 5.65 35.25 610.00 31.17

26 5.73 33.54 615.00 31.13

27 5.70 32.79 620.00 31.06

28 5.71 32.00 630.00 30.80

29

4

5.11 144.93 375.00 31.10

30 5.17 37.13 580.00 30.93

31 5.32 32.15 510.00 31.40

32 5.23 26.12 520.00 31.33

33 5.16 26.10 540.00 31.47

34 5.16 25.50 540.00 31.43

35 5.20 25.82 540.00 31.43

36

5

4.55 118.40 360.00 29.93

37 4.61 59.84 375.00 30.10

38 4.60 45.68 400.00 29.90

39 4.61 36.60 420.00 29.80

40 4.61 32.37 430.00 29.70

41 4.64 26.17 435.00 29.70

(51)

Tabel 4.2 Data percobaan kincir angin dengan pengarah 30o

5.82 264.40 450.00 25.07

2 5.84 222.63 610.00 25.33

3 5.88 187.27 640.00 25.33

4 5.95 146.63 750.00 25.13

5 5.97 122.63 860.00 25.50

6 6.00 100.77 970.00 25.60

7 5.94 84.53 980.00 25.83

8 5.94 77.88 1050.00 25.90

9 5.97 69.96 720.00 * 26.33

10

1

5.04 200.77 390.00 26.57

11 5.12 144.90 490.00 26.57

12 5.20 127.03 540.00 26.50

13 5.29 101.03 660.00 26.33

14 5.24 82.76 700.00 26.80

15 5.23 63.67 800.00 27.00

16 5.27 55.43 850.00 27.00

17

2

4.70 148.57 380.00 27.27

18 4.84 115.30 470.00 27.30

19 4.90 104.53 500.00 27.07

20 4.76 77.91 590.00 27.27

21 4.82 60.67 650.00 27.77

22 4.91 44.79 660.00 28.10

23 4.90 39.09 700.00 28.03

24

3

4.57 111.70 360.00 28.40

25 4.61 86.30 415.00 28.23

26 4.58 77.36 470.00 28.27

27 4.66 58.13 530.00 28.23

28 4.61 45.39 570.00 28.00

29 4.60 29.82 610.00 27.97

30

4

4.22 89.76 330.00 27.87

31 4.22 68.22 410.00 27.90

32 4.27 50.57 450.00 27.83

33 4.27 38.09 475.00 27.77

34 4.26 31.44 500.00 27.77

35 4.25 27.77 515.00 27.93

36

5

3.91 65.42 300.00 27.90

37 3.88 45.85 350.00 27.83

38 3.91 35.35 380.00 27.80

39 3.95 31.22 390.00 27.77

40 3.99 23.51 420.00 27.70

41 4.00 20.78 430.00 27.73

(52)

Tabel 4.3 Data percobaan kincir angin dengan pengarah 45o

6.06 281.20 460.00 25.60

2 6.03 216.60 580.00 25.93

3 6.13 172.20 750.00 25.90

4 6.37 140.13 830.00 26.50

5 6.24 114.13 910.00 26.20

6 6.16 101.40 950.00 26.13

7 6.15 91.17 965.00 26.37

8 6.24 84.03 1010.00 26.43

9 6.22 79.79 690.00 * 26.50

10 6.26 70.83 760.00 * 26.50

11

1

5.42 208.67 410.00 26.77

12 5.35 162.50 500.00 26.70

13 5.37 116.10 590.00 26.80

14 5.46 93.54 710.00 26.90

15 5.44 81.17 770.00 27.00

16 5.43 63.99 810.00 27.00

17 5.58 52.16 850.00 27.20

18

2

4.77 156.57 390.00 27.10

19 4.91 115.47 450.00 26.90

20 4.93 88.02 540.00 27.00

21 5.01 70.29 580.00 27.00

22 5.11 58.51 660.00 27.00

23 5.16 52.21 710.00 27.20

24 5.01 41.71 730.00 27.57

25

3

4.44 119.17 370.00 27.40

26 4.58 91.32 410.00 27.40

27 4.62 66.58 500.00 27.30

28 4.55 51.47 520.00 27.40

29 4.80 46.61 570.00 27.80

30 4.54 39.84 600.00 27.60

31

4

4.11 88.56 330.00 27.70

32 4.15 67.64 390.00 27.50

33 4.17 57.81 410.00 27.70

34 4.30 50.09 430.00 27.40

35 4.40 41.45 490.00 27.70

36 4.26 34.64 525.00 27.90

37 4.15 27.39 530.00 27.80

38

5

3.88 71.17 320.00 27.70

39 3.91 49.17 355.00 27.90

40 3.95 42.67 370.00 27.60

41 3.87 35.67 410.00 27.80

42 3.91 32.00 420.00 27.80

43 3.88 24.75 430.00 27.90

44 3.91 23.20 450.00 27.80

(53)

4.2.1 Perhitungan daya angin

Untuk mengetahui daya yang dihasilkan angin dapat dicari dengan Persamaan

4 pada Sub Bab 2.3.1 yaitu :

= 0,5. . .

dengan :

Pa : daya angin, watt

ρ : massa jenis udara, kg/m3

A : luas penampang kincir angin yang dilintasi angin, m2 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 29,2oCmaka ρ = 1,17 kg/m3 besarnya luas penampang (A) diketahui dengan persamaan :

A = d . t

dengan :

d : diameter kincir angin, m

t : tinggi kincir angin, m

maka dengan diameter kincir 0,6 m dan tinggi kincir angin 0,85 m, maka daya

angin (Pa) sebesar :

Pa=0,5.ρ. d . t . v3

Pa=0,5 (1,17kg/m3) (0,6 m) (0,85 m) (6,57 m/s)3 Pa= 84,6 W

(54)

4.2.2 Perhitungan torsi

Untuk mengetahui torsi yang dihasilkan kincir angin dapat dicari dengan

Persamaan 8 pada Sub Bab 2.3.3 yaitu :

T = r . F

dengan :

T : torsi akibat putaran poros kincir, Nm

r : jarak lengan ke poros, m

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 gaya pengimbang (F) :

T = r . m . a

T= (0,2 m) (0,46 kg) (9,81 m/s2) T= 0,903 Nm

Jadi didapatkan torsi (T) sebesar 0,903 Nm.

4.2.3 Perhitungan daya kincir

Untuk menghitung daya yang dihasilkan kincir angin dapat dicari dengan

(55)

=

.

dengan :

T : torsi kincir angin, Nm

n : putaran poros kincir, rpm

maka dengan nilai torsi 0,903 Nm dan putaran poros 290,37 rpm besarnya daya

kincir adalah :

Sehingga didapatkan daya kincir angin (Pk) sebesar 27,4 watt.

4.2.4 Perhitungantip speed ratio

Untuk mengetahui besarnya perbandingan kecepatan ujung kincir dengan

kecepatan angin atau tip speed ratiodapat dicari dengan Persamaan 10 pada Sub

Bab 2.3.4 yaitu :

=

. .

.

dengan :

r : jari-jari kincir, m

(56)

maka dengan jari-jari kincir 0,3 m, putaran poros 290,37 rpm dan kecepatan angin

6,57 m/s besarnyatip speed ratioadalah :

=

. . .

=

. , . ,

. ,

tsr

= 1,387

Sehingga didapatkan tsr sebesar 1,387

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 11 pada Sub Bab 2.3.5 yaitu :

= × 100 %

dengan :

Pa : daya yang dihasilkan angin, watt

maka dengan daya kincir 27,4 watt dan daya angin 84,6 watt besarnya koefisien

daya adalah :

= × 100 %

= 27,4

84,6 × 100 %

(57)

4.3 Data Hasil Perhitungan

Dengan menggunakan langkah perhitungan seperti Sub Bab 4.2, maka untuk

hasil pengolahan dan perhitungan data yang lain disajikan dalam Tabel 4.4 sampai

Tabel 4.6.

Tabel 4.4 Data hasil perhitungan kincir angin tanpa pengarah

No Posisi Torsi

Daya Angin Daya Kincir Koefisien daya

tsr

Pa Pk Cp

Kg.cm Nm watt watt % 1

0

9.20 0.90 84.68 27.43 0.32 32.39% 1.387 2 17.60 1.73 83.89 26.24 0.31 31.28% 0.696 3 18.20 1.79 84.02 16.55 0.20 19.69% 0.424 4 18.30 1.80 87.82 12.23 0.14 13.93% 0.307 5 18.50 1.81 86.39 11.13 0.13 12.89% 0.278 6 18.80 1.84 86.23 10.59 0.12 12.28% 0.260 7 19.20 1.88 90.48 10.87 0.12 12.01% 0.258 8

1

8.80 0.86 73.85 22.39 0.30 30.32% 1.239 9 14.20 1.39 76.78 15.58 0.20 20.29% 0.527 10 15.00 1.47 76.64 11.06 0.14 14.43% 0.355 11 15.40 1.51 73.56 8.40 0.11 11.41% 0.266 12 15.50 1.52 76.15 7.72 0.10 10.13% 0.240 13 16.20 1.59 74.78 7.82 0.10 10.45% 0.234 14 16.30 1.60 77.90 7.33 0.09 9.41% 0.215 15

2

7.80 0.77 57.78 15.30 0.26 26.49% 1.036 16 11.80 1.16 56.26 7.90 0.14 14.04% 0.357 17 12.80 1.26 61.58 6.25 0.10 10.15% 0.252 18 13.00 1.28 57.99 5.38 0.09 9.27% 0.218 19 13.10 1.29 58.25 5.28 0.09 9.06% 0.212 20 13.20 1.29 61.59 4.87 0.08 7.91% 0.190 21 13.30 1.30 60.37 4.66 0.08 7.73% 0.182 22

3

7.50 0.74 55.16 14.80 0.27 26.83% 1.057 23 11.20 1.10 55.31 6.90 0.12 12.47% 0.330 24 11.70 1.15 54.61 5.24 0.10 9.59% 0.241 25 12.20 1.20 53.42 4.42 0.08 8.27% 0.196 26 12.30 1.21 55.73 4.24 0.08 7.60% 0.184 27 12.40 1.22 54.87 4.17 0.08 7.61% 0.181 28 12.60 1.24 55.21 4.14 0.07 7.50% 0.176 29

4

7.50 0.74 39.53 11.16 0.28 28.24% 0.891 30 11.60 1.14 40.96 4.42 0.11 10.80% 0.226 31 10.20 1.00 44.48 3.37 0.08 7.57% 0.190 32 10.40 1.02 42.26 2.79 0.07 6.60% 0.157 33 10.80 1.06 40.65 2.89 0.07 7.12% 0.159 34 10.80 1.06 40.65 2.83 0.07 6.96% 0.155 35 10.80 1.06 41.61 2.86 0.07 6.88% 0.156 36

5

(58)

Tabel 4.5 Data hasil perhitungan kincir angin dengan pengarah 30o

Daya Angin Daya Kincir Koefisien

daya

9.00 0.88 59.48 24.43 0.41 41% 1.43

2 12.20 1.20 60.25 27.89 0.46 46% 1.20

3 12.80 1.26 61.29 24.61 0.40 40% 1.00

4 15.00 1.47 63.76 22.58 0.35 35% 0.77

5 17.20 1.69 64.11 21.66 0.34 34% 0.65

6 19.40 1.90 65.06 20.07 0.31 31% 0.53

7 19.60 1.92 63.08 17.01 0.27 27% 0.45

8 21.00 2.06 63.17 16.79 0.27 27% 0.41

9 21.60 2.12 64.15 15.52 0.24 24% 0.37

10

1

7.80 0.77 38.58 16.08 0.42 42% 1.25

11 9.80 0.96 40.44 14.58 0.36 36% 0.89

12 10.80 1.06 42.22 14.09 0.33 33% 0.77

13 13.20 1.29 44.47 13.69 0.31 31% 0.60

14 14.00 1.37 43.24 11.90 0.28 28% 0.50

15 16.00 1.57 42.96 10.46 0.24 24% 0.38

16 17.00 1.67 44.04 9.67 0.22 22% 0.33

17

2

7.60 0.75 31.22 11.59 0.37 37% 0.99

18 9.40 0.92 34.09 11.13 0.33 33% 0.75

19 10.00 0.98 35.25 10.73 0.30 30% 0.67

20 11.80 1.16 32.43 9.44 0.29 29% 0.51

21 13.00 1.28 33.47 8.10 0.24 24% 0.40

22 13.20 1.29 35.49 6.07 0.17 17% 0.29

23 14.00 1.37 35.28 5.62 0.16 16% 0.25

24

3

7.20 0.71 28.53 8.26 0.29 29% 0.77

25 8.30 0.81 29.37 7.35 0.25 25% 0.59

26 9.40 0.92 28.67 7.47 0.26 26% 0.53

27 10.60 1.04 30.20 6.33 0.21 21% 0.39

28 11.40 1.12 29.39 5.31 0.18 18% 0.31

29 12.20 1.20 29.14 3.74 0.13 13% 0.20

30

4

6.60 0.65 22.45 6.08 0.27 27% 0.67

31 8.20 0.80 22.45 5.74 0.26 26% 0.51

32 9.00 0.88 23.26 4.67 0.20 20% 0.37

33 9.50 0.93 23.27 3.72 0.16 16% 0.28

34 10.00 0.98 23.16 3.23 0.14 14% 0.23

35 10.30 1.01 23.04 2.94 0.13 13% 0.20

36

5

6.00 0.59 17.90 4.03 0.23 23% 0.53

37 7.00 0.69 17.54 3.30 0.19 19% 0.37

38 7.60 0.75 17.90 2.76 0.15 15% 0.28

39 7.80 0.77 18.41 2.50 0.14 14% 0.25

40 8.40 0.82 19.03 2.03 0.11 11% 0.19

(59)

Tabel 4.6 Data hasil perhitungan kincir angin dengan pengarah 45o

Daya Angin Daya Kincir Koefisien daya tsr

Pa Pk Cp

Kg.cm Nm watt watt % 1

0

9.20 0.90 67.03 26.56 0.40 40% 1.46 2 11.60 1.14 66.19 25.80 0.39 39% 1.13 3 15.00 1.47 69.54 26.52 0.38 38% 0.88 4 16.60 1.63 77.63 23.89 0.31 31% 0.69 5 18.20 1.79 73.04 21.33 0.29 29% 0.57 6 19.00 1.86 70.28 19.78 0.28 28% 0.52 7 19.30 1.89 69.89 18.07 0.26 26% 0.47 8 20.20 1.98 73.10 17.43 0.24 24% 0.42 9 20.70 1.35 72.27 11.31 0.16 16% 0.40 10 22.80 2.24 73.68 16.58 0.23 23% 0.36 11

1

8.20 0.80 47.85 17.57 0.37 37% 1.21 12 10.00 0.98 46.12 16.69 0.36 36% 0.95 13 11.80 1.16 46.45 14.07 0.30 30% 0.68 14 14.20 1.39 48.81 13.64 0.28 28% 0.54 15 15.40 1.51 48.44 12.83 0.26 26% 0.47 16 16.20 1.59 48.17 10.64 0.22 22% 0.37 17 17.00 1.67 52.14 9.10 0.17 17% 0.29 18

2

7.80 0.77 32.48 12.54 0.39 39% 1.03 19 9.00 0.88 35.49 10.67 0.30 30% 0.74 20 10.80 1.06 35.91 9.76 0.27 27% 0.56 21 11.60 1.14 37.69 8.37 0.22 22% 0.44 22 13.20 1.29 39.99 7.93 0.20 20% 0.36 23 14.20 1.39 41.31 7.61 0.18 18% 0.32 24 14.60 1.43 37.69 6.25 0.17 17% 0.26 25

3

7.40 0.73 26.31 9.05 0.34 34% 0.84 26 8.20 0.80 28.81 7.69 0.27 27% 0.63 27 10.00 0.98 29.52 6.84 0.23 23% 0.45 28 10.40 1.02 28.25 5.50 0.19 19% 0.36 29 11.40 1.12 33.19 5.46 0.16 16% 0.30 30 12.00 1.18 28.05 4.91 0.18 18% 0.28 31

4

6.60 0.65 20.80 6.00 0.29 29% 0.68 32 7.80 0.77 21.38 5.42 0.25 25% 0.51 33 8.20 0.80 21.67 4.87 0.22 22% 0.44 34 8.60 0.84 23.85 4.42 0.19 19% 0.37 35 9.80 0.96 25.58 4.17 0.16 16% 0.30 36 10.50 1.03 23.20 3.73 0.16 16% 0.26 37 10.60 1.04 21.41 2.98 0.14 14% 0.21 38

5

(60)

4.4 Grafik Hasil Perhitungan

Dari data hasil penelitian dan perhitungan, maka dapat dibuat beberapa grafik

hubungan antara torsi dan daya kincir, torsi dan putaran poros, serta Cp dan tsr

untuk setiap variasi.

4.4.1 Grafik untuk variasi kincir tanpa pengarah

a. Grafik Hubungan Putaran Poros dan Torsi

Berdasarkan hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel 4.4 maka dapat

dibuat grafik hubungan putaran poros (rpm) dan torsi yang dihasilkan kincir angin

untuk variasi kincir angin tanpa pengarah, seperti yang ditunjukkan pada Gambar

4.1. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa besarnya putaran poros berbanding

terbalik dengan torsi yang dihasilkan dan garis yang dibentuk berupa garis lurus

karena merupakan persamaan linier.

Gambar 4.1 Grafik hubungan putaran poros dan torsi

(61)

b. Grafik Hubungan Daya Kincir dan Torsi

dibuat grafik hubungan daya kincir dan torsi yang dihasilkan kincir angin untuk

variasi kincir angin tanpa pengarah, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.2.

Dari grafik tersebut dapat diketahui bahwa hubungan torsi dengan daya kincir

membentuk suatu kurva polinomial karena persamaannya berupa persamaan

kuadrat.

Gambar 4.2 Grafik hubungan daya kincir dan torsi untuk variasi kincir tanpa pengarah

c. Grafik Hubungan Cpdan tsr

dibuat grafik hubungan C (power coefficient) dan tsr (tip speed ratio) yang

(62)

dihasilkan kincir angin untuk variasi kincir angin tanpa pengarah, seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 4.3. Dari grafik tersebut dapat diketahui bahwa

hubungan koefisien daya dengan tsr membentuk suatu kurva polinomial yang

mencapai puncak pada tsr 1,2 dan koefisien daya 0,31.

Gambar 4.3 Grafik hubungan Cpdan tsr

untuk variasi kincir tanpa pengarah

4.4.2 Grafik untuk variasi kincir dengan pengarah 30o

a. Grafik Hubungan Putaran Poros dan Torsi

dibuat grafik hubungan putaran poros (rpm) dan torsi yang dihasilkan kincir angin

untuk variasi kincir angin dengan sirip-sirip pengarah bersudut 30o, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.4. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa pada

(63)

kecepatan angin 5,92 m/s kincir angin menghasilkan putaran poros kurang lebih

260 rpm dan menghasilkan torsi sebesar 9 kg.cm atau 0.88 Nm, dari grafik

tersebut juga dapat diketahui bahwa rpm berbanding terbalik dengan torsi yang

dihasilkan.

Gambar 4.4 Grafik hubungan putaran poros dan torsi untuk variasi kincir dengan pengarah 30o

variasi kincir angin dengan sirip-sirip pengarah bersudut 30o, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.5. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa pada

(64)

kecepatan angin 5,92 m/s kincir angin menghasilkan torsi sebesar 9 kg.cm atau

0.88 Nm dan menghasilkan daya kincir sebesar 24 watt.

Gambar 4.5 Grafik hubungan daya kincir dan torsi untuk variasi kincir dengan pengarah 30o

dibuat grafik hubungan Cp (power coefficient) dan tsr (tip speed ratio) yang

dihasilkan kincir angin untuk variasi kincir angin dengan pengarah 30o, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.6. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa

pada koefisien daya 0,47 dihasilkan perbandingan kecepatan di ujung sudu kincir

angin dengan kecepatan angin kurang lebih 1,2.

(65)

4.4.3 Grafik untuk

a. Grafik Hubungan

Berdasarkan hasi

dibuat grafik hubunga

untuk variasi kincir a

ditunjukkan pada Gam

kecepatan angin 6,18

280 rpm dan mengha

tersebut juga dapat di

0.00

untuk variasi kincir dengan pengarah 30o

uk variasi kincir dengan pengarah 45o

gan Putaran Poros dan Torsi

hasil perhitungan yang ditampilkan pada Tabel

gan putaran poros (rpm) dan torsi yang dihasilka

r angin dengan sirip-sirip pengarah bersudut 45

ambar 4.7. Dari gambar tersebut dapat diketa

6,18 m/s kincir angin menghasilkan putaran por

ghasilkan torsi sebesar 9,2 kg.cm atau 0,9 N

t diketahui bahwa rpm berbanding terbalik de

0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

tsr

bel 4.6 maka dapat

(66)

Gambar 4.7 Grafik hubungan putaran poros dan torsi untuk variasi kincir dengan pengarah 45o

variasi kincir angin dengan sirip-sirip pengarah bersudut 45o, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.8. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa pada

kecepatan angin 6,18 m/s kincir angin menghasilkan torsi sebesar 9,2 kg.cm atau

0.9 Nm dan menghasilkan daya kincir sebesar 26,5 watt.

(67)

Gambar 4.8 Grafik hubungan daya kincir dan torsi untuk variasi kincir dengan pengarah 45o

dibuat grafik hubungan Cp (power coefficient) dan tsr (tip speed ratio) yang

dihasilkan kincir angin untuk variasi kincir angin dengan pengarah 45o, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.9. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa

pada koefisien daya 0,40 dihasilkan perbandingan kecepatan di ujung sudu kincir

angin dengan kecepatan angin kurang lebih 1,46.

(68)

untuk variasi kincir dengan pengarah 45o

Dari data ketiga variasi kincir angin tersebut didapatkan grafik perbandingan

unjuk kerja unjuk ketiga variasi seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.10.

0.00

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60

(69)

4.5 Pembahasan

Dalam penelitian ini telah berhasil membuat model kincir angin Savonius dua

sudu dengan memvariasikan sirip-sirip pengarah. Penggunaan sirip-sirip pengarah

ini diharapkan mampu meningkatkan unjuk kerja kincir. Seperti telah diketahui

sebelumnya bahwa kincir angin berfungsi mengkonversi energi kinetik dari angin.

Sudu-sudu kincir mengubah energi tersebut menjadi energi mekanik yang dapat

digunakan untuk berbagai keperluan, seperti dihubungkan dengan pompa garam

untuk mengisi tambak petani garam, dihubungkan dengan generator untuk

menghasilkan energi listrik dan kebutuhan-kebutuhan lainnya.

Untuk memperoleh data torsi kincir angin diberikan variasi pembebanan.

Pembebanan ini bertujuan untuk memberiakan efek pengereman pada poros

kincir, beban yang diberiakan mempunyai arah yang berlawanan dengan arah

putaran poros sehingga gaya yang berlawanan arah inilah yang menjadi data torsi

pada kincir angin.

Dari hasil penelitian dengan memvariasikan ketiga jenis kincir angin yaitu

variasi kincir angin tanpa pengarah, kincir angin dengan sirip-sirip pengarah

bersudut 30o dan terakhir kincir angin dengan sirip-sirip pengarah bersudut 45o. Dapat dilihat pengaruh sirip terhadap unjuk kerjanya, yaitu kincir angin tanpa

pengarah dengan koefisien daya sebesar 32,4 % pada kecepatan angin 6,57 m/s,

(70)

sebuah kincir yang cukup signifikan yaitu dari kincir tanpa pengarah dengan

koefisien daya 32,4 % meningkat koefisien dayanya menjadi 46 % dengan variasi

sirip-sirip pengarah 30o.

Pengaruh sirip-sirip pengarah ini adalah untuk mengarahkan angin masuk

pada sisi up wind dan mengurangi angin yang menabrak sudu down wind karena

akan mengurangi energi yang dikonversikan. Koefisien daya terbesar dihasilkan

oleh kincir dengan sirip pengarah 30o, karena jumlah angin dapat masuk ke sudu up wind lebih banyak dari pada jumlah angin yang masuk ke sudu down wind.

Pada kincir dengan sirip-sirip pengarah 45okoefisien daya yang dihasilkan belum cukup maksimal karena jumlah angin yang diarahkan tidak sebanyak kincir angin

berpengarah 30o, artinya masih ada gaya dorong angin yang menghambat pada sudu down wind, namun bila dibandingkan dengan kincir tanpa pengarah hasil

koefisien yang dihasilkan sudah menunjukkan peningkatan.

Dari grafik Betz Limit diketahui bahwa koefisien daya kincir angin Savonius

tertinggi adalah sebesar 31 %, namun pada penelitian ini data yang diperoleh

menunjukkan koefisien daya sebesar 46 % hal ini dimungkinkan karena adanya

penambahan variasi sirip-sirip pengarah dan penambahan bagian over lap yang

(71)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari pengujian model kincir angin Savonius yang telah dilakukan, maka

dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Telah dapat dibuat model kincir angin Savonius dengan memvariasikan