“Analisis Performa Turbin Air Aksis Vertikal Tipe Savonius Sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Micro Hydro (PLTMH)”
Muhammad Nurhuda Lathif 20173020048
JURUSAN TEKNIK MESIN PROGRAM VOKASI
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA 2021
ii
HALAMAN PERSETUJUAN Tugas akhir
Analisis Performa Turbin Air Aksis Vertikal Tipe Savonius Sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Micro Hydro (PLTMH)
Disusun oleh :
Muhammad Nurhuda Lathif 20173020048
Telah disetujui dan disahkan pada tanggal, juli 2021 untuk dipertaruhkan didepan dewan penguji tugas akhir program studi D3 Teknologi Mesin
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Dosen pembimbing
Ir. Rinasa Agistya Anugrah,S.Pd.,M.Eng NIK. 19910614201802 183024
Yogyakarta , juli 2021
iii
HALAMAN PENGESAHAN
Analisis Performa Turbi Air Axis Vertikal Tipe Savonius Sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Micro Hydro (PLTMH)
iv
HALAMAN PERNYATAAN Yang bertandatangan di bawah ini :
Nama : Muhammad Nurhuda Lathif
Nim : 20173020048
Program Studi : D3 Teknologi Mesin Fakultas : Program Vokasi
Perguruan Tinggi : Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Dengan ini saya menyatakan bahwa laporan tugas akhir yang berjudul “Analisis Performa Turbin Air Aksis Vertikal Tipe Savonius Sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Micro Hydro (PLTMH)” ini tidak terdapat karya yang pernah di ajukan untuk memperoleh gelar ahli madya/ kesarjanaan di suatu perguruan tinggi atau instansi, dan sepengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat orang lan ,kecuali secara tertulis yang teracu pada naskan ini disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, juli 2021
v Motto
“Bantinglah otak untuk mencari ilmu sebanyak-banyaknya guna mencari rahasia besar yang bernama dunia ini, tetapi pasanglah pelita dalam hati sanubari, yaitu
pelita kehidupan jiwa”
(Al-Ghazali)
“Sebaik baik manusia ialah yang bermanfaat bagi orang lain”
(HR.Bukhori)
“Barang siapa yang keluar menuntut ilmu maka ia berada di jalan ALLAH hingga ia pulang”
(HR. Tirmidzi)
vi
KATA PENGANTAR Assalamu alaikum warahmatullahi wabarokatuh.
Segala puji syukur kami panjatkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, hidayah dan karunia-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan Tugas Akhir. Laporan Tugas Akhir ini merupakan syarat untuk menyelesaikan studi program Diploma III di Jurusan Teknologi Mesin, Fakultas Vokasi Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
Pelaksanaan Tugas Akhir dengan maksud agar mahasiswa mendapatkan pengalaman dan pengetahuan yang cukup dalam pelaksanaan atau perencanaan suatu proyek, sehingga kelak merupakan nilai tambah bagi mahasiswa setelah terjun ke dunia kerja.
Pembuatan laporan Tugas Akhir merupakan hasil dari pengamatan, pengumpulan data dan informasi yang di dapat dari berbagai pihak yang terkait selama pelaksanaan kegiatan. Untuk itu penyusunan pada kesempetan ini ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada yang terhormat :
1. Kedua orang tua kami masing-masing, atas doa dan dukungan materi yang diberikan guna mengerjakan Tugas akhir
2. M Abdus Shomad, S.Sos.SI., S.T., M.Eng. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
3. Dr.Bambang Jatmiko,S.E.,M.SI selaku direktur program vokasi.
4. Rinasa Agistyta Anugrah,S.Pd.,M.Eng selaku dosen pembimbing Tugas Akhir
5. Teman teman LAZISMU PLERET 6. Teman teman Relawan AmbuylanMu 7. Semua pimpinan dan staf Program Vokasi
vii
8. Semua pihak yang telah membantu menyelesaikan penulisan Tugas Akhir
Semoga Allah SWT meridhai dan membalas semua kebaikan yang telah kami lakukan dan semoga laporan Kerja Praktek ini dapat bermanfaat bagi yang mempelajarinya.
Wassalamu alaikum warahmatullahi wabarakatuh.
Yogyakarta,20 juni 2021
Muhammad Nurhuda Lathif
viii
“Analisis Performa Turbin Air Aksis Vertikal Tipe Savonius Sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Micro Hydro (PLTMH)”
Muhammad nurhuda lathif1, Rinasa Agistya Anugrah2 Jurusan D3 Tenologi Mesin Pogram Vokasi
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Jl Brawijaya, Bantul, Yogyakarta 55183 Telp : (0274) 387656 E-Mail : [email protected]
Kebutuhan energi akan demingkat secara berirngan dengan pertumbuhan ekonomi dan penduduk. Pada saat ini listrik diperlukan untuk mendukung kehidupan sehari hari manusia serta dipergunakan untuk teknologi.
Kebutuhanenergi semakin tinggi sedangkan sumberenergi semakin menurun.
Masalah ini merujuk kepada penggunaan energi terbarukan, snergi air menjadi salah satunya. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui nilai dari torsi(T), daya Turbinn (p), dan pengaruh kecepatan aliran air terhadap kinerja Turbinn air tipe svonius.
Penelitian tentang Turbinn air savonius yang diteliti menggunkan variasi jumlah sudu yaitu dua sudu dan empat sudu dengan poros vertikal yang diuji pada lima variasi kecepatan aliran air yang berbeda.
Data hasil penelitian dapat di simpulkan bahwa variasijumlah sudu dan kecepatan aliran air berpengaruh padakinerja Turbinn air savonius dengan aksis vertikal menunjukan hasil variasi terbaik pada variasi Turbinn dengan menggunakan empat sudu yang menghasilkaan daya (p) sebesar 4.62 w, kecepatan aliran air terbaik adalah 0.83 m/s pada Turbinn dengan empat sudu.
Kata Kunci : Turbinn Air Savonius,Dua Sudu, Empat Sudu, Energi Air
ix
“Analisis Performa Turbin Air Aksis Vertikal Tipe Savonius Sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Micro Hydro (PLTMH)”
Muhammad nurhuda lathif1, Rinasa Agistya Anugrah2 Jurusan D3 Tenologi Mesin Pogram Vokasi
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Jl Brawijaya, Bantul, Yogyakarta 55183 Telp : (0274) 387656 E-Mail : [email protected]
Energi demand will increase in tandem with economic and population growth. At this time electricity is needed to support human daily life and is used for technology. Energi needs are getting higher while energi sources are decreasing.
This problem refers to the use of renewable energi, the synergy of water being one of them. The purpose of this study was to determine the value of torque (T), Turbinne power (p), and the effect of water flow velocity on the performance of a Svonius type water Turbinne.
The research on the Savonius water Turbinne was studied using variations in the number of blades, namely two blades and four blades with a vertical shaft which were tested at five different variations of water flow velocity.
The data from the research can be concluded that variations in the number of blades and the speed of water flow affect the performance of the Savonius water Turbinne with a vertical aksis showing the best variations in Turbinne variations using four blades which produce a power (p) of 4.62 w, the best water flow velocity is 0.83 m/ s on a Turbinne with four blades.
Key words : Savonius Water Turbinne, Two Blades, Four Blades, Water Energi
xi Daftar isi
Halaman Judul ………...……….…………. i
Halaman persetujuan ……….………. ii
Halaman Pengesahan ………..……… iii
Pernyataan Keaslian Tugas Akhir ……….. iv
Kata Pengantar ………... vi
Daftar Isi ………... xi
Daftar Gambar ………..………..…….. xiv
Daftar Table ……….….. xv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ……… 1
1.2 Identifikasi Masalah ………...4
1.3 Rumusan Masalah……….... 4
1.4 Batasan Masalah………..……… 4
1.5 Tujuan Penelitian ………...…. 4
1.6 Manfaat Penelitian ………..…… 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA & LANDASAN TEORI ………...…….. 6
2.1 Tinjauan Pustaka ……….………...….. 6
2.2 Landasan Teori ………..…... 7
2.2.1.1 Energi Kinetik ………..….…. 7
2.2.1.2 Energi Potensial ………..…... 8
2.2.1.3 Energi Mekanik ………..….…….. 8
2.3 Teori Kontinuitas Air ………..………..…….. 8
2.4 Kincir Air ………..…………..…... 9
2.4.1 Turbinn Poros Horizontal ………..…... 10
2.4.2 Turbinn Poros Vertikal ……….…... 10
xii
2.5 Turbinn Savonius ……….………... 11
2.6 Rasio Overlap Turbinn Air Savonius ………..……. 12
2.7 Deftektor Pada Turbinn Air Svonius ………...…. 13
2.8 Rumus Perhitungan ………...………..………..…... 14
3.1 Tip Speed Ratio ………...…………..…. 15
3.2 Koefisien Torsi ………...….. 16
3.3 Daya Rotor ………..…..…. 16
3.4 Koefisien Daya ………..………..…. .16
3.5 Efisiensi Turbinn ………..…. 17
2.9 Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro ………...… 17
2.10 Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro ………..……... 18
BAB III METODE PENELITIAN ………...…. 19
3.1 Diagram Alir ……….………...… 20
3.2 Tempat Pembuatan Tugas Akhir …….………..…. 21
3.3 Alat Dan Bahan ……….………..…... 21
3.4 Proses Pembuatan Tugas Akhir ……….……….... 21
3.5 Metode Penelitian ………..…… 23
3.6 Blok Diagram Turbinn Air Savonius ………...…..…… 24
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ……..………….. 25
4.1 Data Penelitian ... 25
4.1.1 Data Turbinn Dengan Dua Sudu ... 25
4.2.2 Data Turbinn Dengan Empat Sudu ... 25
4.2 Grafik Hasil Pengolahan Data ... 26
4.2.1 Grafik Hubungan Antara Kecepatan Putar Turbinn Dengan Day.... 26
4.2.2 Grafik Hubungan Antara Kecepatan Aliran Air Dengan Daya... 26
4.2.3 Grafik Hubungan Antara Kecepatan Putar Turbinndengan Efisiensi . 26 BAB V KESIMPUULAN DAN SARAN ... 29
xiii
5.1 Kesimpulan ... 29 5.2 Saran ... 29 Daftar pustaka………..………... 30
xiv
Daftar Gambar
Gambar 2.1 Turbinn Aksis Horizontal ………..…….….. 10
Gambar 2.2 Turbinn Aksis Vertikal ………..…... 10
Gambar 2.3 Tipe Turbinn Savonius U Dan L ……….... 11
Gambar 2.4 Sekema Kerja Turbinn Savonius ……….... 12
Gambar 2.5 Dimensi Rasio Overlap Kincir Savonius ……….. 13
Gambar 2.6 Penerapan Deflektor ……….… 14
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ………...……. 20
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Antara Kecepatan Aliran Air Dengan Daya Turbin.27 Gambar 4.2 Hubungan Antara Kecepatan putar Turbinn dengan Daya Turbin ….. 28
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Antara Aliran air Dengan Daya Turbin ……… 29
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Antara Kecepatan Putar Turbin dengan Daya generator. 30 Gambar 4.5 Grafik Hubungan Kecepatan Putar Turbinn Dengan Efisiensi Turbin .. 31
xv Daftar Tabel
Tabel 2.1 klasifikasi PLTA ……….. 18
Tabel 3.1 Alat Dan Bahan ………. 21
Tabel 4.1 Data Turbinn dua sudu ……….… 26
Tabel 4.2 data Turbinn empat sudu …... 26
1 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Seiring dengan berkembang isu pemanasan global dan polusi udara yang disertai dengan efek rumah kaca di Indonesia serta di negara lain yang semakin lama semakin parah dapat mengakibatkan menipisnya lapisan ozon dan perubahan iklim yank tidak menentu. Selain pemanasan global, krisis energi yang disebabkan oleh kelangkaan bahan bakar minyak telah mendorong penduduk serta pemerintah untuk mencari energi terbarukan.
Para ilmuwan diharapkan segera mengambil jalur alternatif tentang penerapan dan pengembangan sumber energi terbarukan. Energi Terbarukan dikenal sebagai energi yang ramah lingkungan, sehingga dapat mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil. Energi alternatif adalah pemanfaatan semua sumber energi seperti air, panas, udara, dan gelombang suara (Anugrah, 2019). Dari berbagai macam energi tersebut dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik penganti bahan bakar fosil yang semakin lama habis serta mengurangi penggunaan bahan bakar hidrokarbon yang dapat menimbulkan kerusakan lingkungan. Dalam Al-Quran dijelaskan pada surat Al-Baqarah 25:
نِّم ى ِّرْجَت ٍتََّّٰنَج ْمُهَل َّنَأ ِّت ََّٰحِّل ََّّٰصلٱ ۟اوُلِّمَع َو ۟اوُنَماَء َنيِّذَّلٱ ِّرِّ شَب َو اَذ ََّٰه ۟اوُلاَق ۙ اًق ْز ِّ ر ٍة َرَمَث نِّم اَهْنِّم ۟اوُق ِّز ُر اَمَّلُك ۖ ُر ََّٰهْنَ ْلْٱ اَهِّتْحَت ىِّذَّلٱ
ۖ ٌة َرَّهَطُّم ٌج ََّٰو ْزَأ ٓاَهيِّف ْمُهَل َو ۖ اًهِّبََّٰشَتُم ۦِّهِّب ۟اوُتُأ َو ۖ ُلْبَق نِّم اَنْق ِّز ُر َنوُدِّل ََّٰخ اَهيِّف ْمُه َو
artinya : Dan sampaikanlah berita gembira kepada mereka yang beriman dan berbuat baik, bahwa bagi mereka disediakan surga-surga yang mengalir
2
sungai-sungai di dalamnya. Setiap mereka diberi rezeki buah-buahan dalam surga-surga itu, mereka mengatakan: "Inilah yang pernah diberikan kepada kami dahulu". Mereka diberi buah-buahan yang serupa dan untuk mereka di dalamnya ada isteri-isteri yang suci dan mereka kekal di dalamnya.
Dalam ayat tersebut dijelaskan bahwa terdapat sungai yang mengalir. Dari sungai yang mengalir itu akan dimanfaatkan alirannya sebagai irigasi, kebutuhan sehari hari serta sumber energi yang ramah lingkungan.
Negara Indonesia terletak di daerah khatulistiwa serta memiliki iklim tropis yang berarti memiliki curah hujan yang tinggi. Di sisi lain negara Indonesia juga terdapat sungai dengan aliran air dengan intensitas rendah sampai dengan intensitas yang tinggi. Sehingga pemanfaatan energi air sebagai energi yang terbarukan dan ramah lingkungan mempunyai potensi yang besar untuk dikembangkan. (Prasetyo et al., 2018).
Pengunaan macam-macam Turbinn untuk memanfaatkan energi yang ramah ligkungan khususnya air semakin lama semakin berkembang dan semakin maju. Karena Indonesia termasuk negara agraris dan juga memiliki iklim tropis yang dapat mampu menghasilkan air terus menerus, sehingga Turbinn air lebih diutamakan dibandingkan dengan Turbinn angin walaupun angin di Indonesia lebih stabil..
Karena air memiliki masa jenis lebih besar dibandingkan dengan udara dan mampu menghasilkan torsi yang besar maka air digunakan sebagai pengerak dari pembangit listrik Pembangkit listrik tenaga air menjadi pilihan utama yang dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit yang ramah lingkungan dibandingkan dengan pembangjkit listrik tenaga angin.
Turbinn angin memiliki beberapa kekurangan dibandingkan dengan Turbinn air diantaranya adalah (Alit et al., 2020) :
1. Sulit diprediksi. Arah angin energi alam yang sangat diprediksi arahnya.
3
2. Sulit diprediksi. Arah angin energi alam yang sangat diprediksi arahnya.
3. Biyanya yang mahal. Turbinn angin memerlukan biyaya pembangunan yang mahal dikarenakan untuk membangunya perlu dengan ketinggian yang cukup lumayan untuk mengurangi gaya gravitasi.
4. Harga perawatan yang sangat tinggi.
5. Mengancam kehidupan hewan seperti burung.
Sedangkan Turbinn air memiliki beberapa keuntungan dibandingka dengan Turbinn angin adalah :
1. Dapat memanfaatkan bendungan yang digunakan irigasi sebagai pembangkit listrik tenaga air.
2. Tenaga yang dihasilkan lebih besar 3. Biaya pembangunan yanmurah 4. Perawatan yang murah.
Pembangkit listrik yang menggunkan energi air sebagai sumber penggerak disebut dengan microhydro. Microhydro biasanya memanfaatkan memanfaatkan air terjun dan aliran sungai sebagai energi penggeraknya. Sedangkan tinggi rendahnya air terjun dan aliran sungai yang ada belum termanfaatkan secara maksimal. Hal ini menjadikan potensi untuk memanfaatkan aliran sungai sebagai energi penggerak dari Turbinn.
Turbinn sendiri dibagi menjadi dua yaitu Turbinn aksis horizontal dan aksis vertikal. Turbinn poros horizontal adalah Turbinn yang dubuat dengan poros sejajar dengan permukaan tanah dan dengan aliran fluida.
Sedangkan Turbinn aksis vertikal adalah Turbinn yang tegak lurus terhadap permukaan tanah dan fluida serta Turbinn aksis vertikal dapat menerima aliran fluida dari segala arah dan mengkonverikannya.
Salah satu jenis Turbinn dengan aksis vertikal adalah Turbinn savonius adalah. Turbinn savonius sangat tepat dipilih sebagai alat Pembangkit Listrik Tenaga Micro Hydro yang lebih efektif dan efisien
4
dalam penelitian ini. Oleh karena itu dalam penelitian ini akan diambil judul
“Analisis Performa Turbin Air Aksis Vertikal Tipe Savonius Sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Micro berkurang Hydro (PLTMH)”.
1.2 Identifikasi masalah
Pembuatan Turbinn Air digunakan sebagai slah satu energi alternatif untuk menangulangi permasalahan sebagai berikut :
1. Bahan bakar fosil yang semakin lama semakin.
2. Pemanfaatan aliran sungai yang kurang maksimal.
3. Penerapan Turbinn Air Savonius yang belum banyak di terapkan.
1.3 Rumusan Masalah
1. Bagainama pengaruh variasi kecepatan aliran air terhadap daya Turbinn Air Savonius?
2. Bagaimana pengaruh variasi jumlah sudu terhadap daya Turbinn Air Savonius?
3. Berapa daya maksimum yang dihasilkan Turbinn Air Savonius?
4. Berapa daya listrik maksimum yang dihasilkan PLTMH dengan Turbinn Air Savonius?
5. Bagaimana efisiensi yang dihasilkan Turbinn Air Savonius ?.
1.4 Batasan Masalah
Agar penyusunan tugas akhir semakin mengarah pada tujuan maka dilakukan pembatasan masalah sebagai berikut :
1. Dalam penelitian ini akan mengunakan Turbinn air aksis vertika dengan jenis savonius.
2. Sumber aliran air menggunakan aliran sunagi.
3. Penelitian tidak membahas tentang korosi pada material.
4. Penelitian menggunakan generator mini.
5. Pengukuran torsi menggunakan metode timbangan.
1.5 Tujuan Penelitian
1. Mengetahui pengaruh variasi kecepatan air terhadap Daya Turbinn Air Savonius.
5
2. Mengetahui pengaruh jumlah sudu terhadap kinerja Turbinn Air Savonius.
3. Mengetahui daya maksimum yang dihasilkan oleh Turbinn air savonius.
4. Mengetahui daya listrik maksimum yang dihasilkan oleh Turbinn air savonius.
5. Mengetahui efisiensi yang dihasilkan dari Turbinn Air Savonius.
1.6 Manfaat penelitian
1. Dapat diterapkan Turbinn Air Savonius di daerah yang memiliki potensi air baik.
2. Menambah pengetahuan mahasiswa dan masyarakat tentang pembangkit listrik microhydro khususnya Turbinn Air Savonius.
3. Mendorong pemanfaatan energi alternatif khususnya air.
6 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA & LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka
Observasi terhadap rancangan system Pembangkit Listrik Tenaga Micro Hydro (PLTMH) dan mencari referensi dari berbagai sumber yang berkaitan degan judul tugas akhir yang di ambil. Berikut ini reverensi yang berkaitan dengan dengan judul yang diambil sebagai berikut :
Dalam penelitiam yang dilakukan oleh (Golecha, Eldho and Prabhu, 2011) melakukan penelitian penambahan variasi sudut deflektor pada Turbinn tipe S dengan sudut β sebesar 440,580,900,1010,1230,1370,dan 1590. Penelitian ini dilakukan di sebuah lorong. Pada penelitian ini didapatkan daya maksimal pada sudut β sebbesar 1010 dengan nilai 0,21.
Dealam penelitian yang dilakukan oleh (Kailash, Eldho and Prabhu, 2012) Melakukan penelitian dengan menambahkan deflektor ganda pada Turbinn air savonius tipe S poros fertikal dengan sudut α sebesar 150,200,300,400,450,500,dan 600. dari penelitian didapatkan hasil yang maksimal pada sudut α sebesar 500dengan nilai 0,35. Penelitian ini delakukan sebagai penelitian lanjutan dari penelitian sebelumnya yang ber judul “influence of the deflektor plate on the performance of modified savonius water Turbinne”.yangb melakukan penambahan deflektor tunggal dengan sudut β sebesar 1010.
Pengunaan pemandu arah aliran dari jurnal (Purnama, Hantoro and Nugroho, 2013) Dalam penelitiannya melakukan penelitian tentang penggunaan pemadu arah aliran air dengan derbagai varasi kecepatan aliran air dengan kecepatan 0.30, 0.57, 0.85, dan 1.08 (m/s). Dalam penelitian diperoleh daya maksimum (Cp) 0.13 pada rasio kecepatan ujung 1.53 dengan kecepatan aliran 0,57 (m/s) serta pengaruh dari pemandu arah aliran.
7
Putaran per menit sebesar 162 putaran dan daya maksimal yang dihasilkan oleh generator sebesar 2311 mW.
Variasi overlap sudu oleh (Prasetyo et al., 2018) melakukan penelitian tentang variasi overlap sudu dengan nila 0, 0.1, 0.2, 0.3 dan 0.4.
Setiap variasi overlap sudu tersebut dilakukan pengujian dengan menggunakan 4 variasi kecepatan yang berbeda, sehinga dapat diketahui hasil kinerja dari Turbinn dengan berbagai variasi overlap tersebut.
Pengujian overlap tersebut dengan diterapkan pada Turbinn savonius tipe U dan pada pengujian didapatkan kinerja maksimal Turbinn dengan overlap sudu 0,3. Oleh karena itu,pada penelitian kalia ini akan melakukan analisa kerja Turbinn air savonius. Dengan adanya penelitian ini diharapkan Turbinn dapat mencapai hasil yang maksimal dan dapat digunakan sebagai pembangkit listrik yang bermanfaat.
2.2 Landasan Teori 2.2.1 Energi Air
Energi air adalah sebuah energi yang ramah lingkungan dan mudah di jumpa di lingkungan tertentu. Energi dapat dimanfaatkan dalam bentuk energi mekanik maupun energi listrik. Energi air dapat dimanfaatkan dengan mengunakan Turbinn yang digunakan sebagai pengolah enenrgi mekanik ke energi listrik dengan memanfaatkan air terjun atau aliran sungai.
Besar kecilnya energi air yang tersedia tergantung dari kecepatan air yang mengalir. Energi yang terdapat pada air energi kinertik dan energi potensial.
2.2.1.1 Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda berdasarkan gerakannya. Benda yang bergerak memiliki kecepatan yang sebanding dengan energi kinetiknya. Semakin besar kecepatan fluida maka semakin besar pula energi kinetik yang di hasilkan. Energi yang di hasilkan tersebut dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
EK = 1
2 m v2 ………. (1)
8
Keterangan :
Ek = energi kinetik (joule) m = massa benda (kg)
v = kecepatan aliran fluida (m/s)
2.2.1.2 Energi Potensial
Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda berdasarkan ndengan kedudukannya. Energi potensial dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
Ep = ρ g h ……….. (2) Keterangan :
Ep = energi potensial
ρ = masa jenis fluida (kg/m3)
g = percepatan grafitasi grafitasi ( m/s2) h = ketinggian (m)
2.2.1.3 Energi Mekanik
Energi mekanik adalah energi total yang didapatkan apabila energi kinetik dan energi potensial bekerja bersamaan dalam satu aliran fluida.
Nilai dari energi mekanik dapat di hitung dengan rumus sebagai berikut :
Em = EK + EP ………..……… (3)
Keterangtan :
EM = Energi Mekanik (joule) EK = Energi kinetik (joule) EP = Energi Potensial (joule) 2.3 Teori kontinuitas air
Kecepatan (Q) yaitu volume fluida yang mengalir per satuan waktu.
Apa bila fluida bergerak atau mengalir dalam sebuah tempat maka voleme yang masuk dengan volume yang keluar sama. Dapat dibuktikan dengan persamaan berikut:
Q = 𝑣
𝑡 ……….. (4)
9
Keterangan :
v = Volume (m3) t = Waktu (s)
Dalam persamaan kontinuitas di jelaskabn bahwa kecepatan fluida lebih besar apabila melalui penampang yang lebih kecil begitu pula sebaliknya kecepatan fluida lebih kecil apabila melalui sebuah penampang yang lebih besar. Dari persamaan tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut:
A1 v1 = A2 v2 ……….. (5) Keterangan :
A1 = luas penampang input (m2)
V1= kecepatan aliran fluida input ( m/s) A2= luas penampang output (m2)
V1= kecepatan aliran fluida output (m/s) 2.4 Kincir Air
Kincir air adalah sebuah alat dengan sudu yang dipasang pada poros yang digerakan oleh air yang mengalir atau jatuh untuk menciptakan tenaga.
Kincir air berguna sebagai pengubah energi air menjadi energi mekanik berupa torsi pada poros kincir. Air yang mengalir memberikan energi pada poros sehingga air dapat menggerakan sudu yang kemudian diteruskan ke poros kincir. Pada awalnya kincir hanya di gunakan untuk irigasi sawah atau ladang saja. Seiring dengan berkembangnya teknologi kincir air di manfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Kincir air yang di gunakan untuk menghasilkan energilistrik sering di sebut dengan tuirbin air.
Turbinn air pada dasarnya sama dengan Turbinn angin hanya saja sumber energi pengeraknya yang membedakan. Turbinn sendiri menurut porosnya dibagi menjadi dua yaitu Turbinn poros horizontal dan poros vertikal.
10
2.4.1 Turbinn Poros Horizontal
Turbinn poros horizontal adalah Turbinn yang menggunakan poros yang sejajar dengan permukaan tanah. Turbinn ini hanya dapat mengkonversikan energi yang diterima sejajar dengan poros saja.
Gambar 2.1 Turbinn Aksis Horizontal (Imam Ardiansyah, 2019)
2.4.2 Turbinn Poros Vertikal
Turbinn poros vertical adalah Turbinn yang menggunakan poros tegak lurus dengan permukaan tanah serta fluida. Kincir dengan poros vertical dapat menerima fluida dari segala arah alirannya dan mengkonversi energi air.
Gambar 2.2 Turbinn Aksis Vertikal (Imam Ardiansyah, 2019)
11
2.5 Turbinn savonius
Turbinn savonius adalah salah satu Turbinn porois vertikal. Turbinn ini mampu bekerja pada aliranb fluida yang rendah dan memiliki torsi awal yang tinggi.pada awalnya Turbinn airsavonius adalah prengembangan dari Turbinn angina savonius yang ditemukan oleh Sigurd j. Savonius dari Finlandia (1922). Turbinn savonius adalah perkembangan dari prinsip dsasar fletner, Turbinn savonius menggunakan sudu silinder flattner yang di potong menjadi dua dan pada setiap ujung di gabungkan hinga membentuk seperti huruf “s” yang di tempatkan pada lingkaran batas sudu. Kemudian pada pusat di beri poros yang sejajar dengan tinggi Turbinn yang digunakan untuk mentransmisikan energi yang dihasilkan oleh Turbinn. Pada Turbinn savonius terdapat tiga macam sudu diantaranya tipe U, tipe L, dan tipe S.
Gambar 2.3 Tipe Turbinn Savonius U Dan L
Pada Turbinn savonius terdiri dari dua bagian yaitu bagian sudu cekung dan bagian sudu cembung. Bagian sudu cekung (concave) adalah bagian yang menghadap kearah datangnya air dan mendapat dorongan sehingga mengakibatkan sudu berputar terhadap poros. Bagian sudu cembung (convex) adalah bagian yang terdorong meski terdapat beban yang di timbulkan oleh sudu cekung saat terdorong oleh alirabn air.
12
Gambar 2.4 Sekema Kerja Turbinn Savonius (Imam Ardiansyah, 2019)
Dalam penerapan Turbinn air savonius memiliki rasio tertentu dalam perancangan yang berfungsi untuk mengoptimalkan kerja dari Turbinn. Berdasarkan penelitian dari (Kuramoto, 1994). bahwa nilai aspek rasio α adalah optimal sebesar 1.53. aspek rasio dapat di rumuskan :
α = 𝐻
𝐷 ……… (6)
keterangan :
H = tinggi kincir (m) D = diameter sudu (m)
2.6 Rasio overlap Turbinn air savonius
Rasio overlap adalah rasio tumpang tindih antar sudu pada Turbinn safonius hal ini dilakukan bertujuan untuk meningkatkan efisiensi dari kerja Turbinn.
13
Gambar 2.5 Dimensi Rasio Overlap Kincir Savonius (Menet, Bourabaa and Bouraba, 2004)
Dengan penarapan overlap pada Turbinn kerja Turbinn menjadi lebih efektif karena pada celah overlap dapat membantu mendorong sudu concave dan sudu convex sehingga beban yang diterima berkurang.
Berdasarkan penelitian overlap rasio yang optimal adalah sebesar 0.3 dapat dihitung dengan persamaan berikut:
β = 𝑒
𝑑 ………. (7)
keterangan :
e = jarak antar sudu (m) d = diameter sudu (m)
2.7 Deflektor pada Turbinn air savonius
Deflektor adalah alat bantu untuk mengarahkan aliran fluida yang akan mendorong sudu Turbinn saat bekerja. Deflektor diterapkjan dengan tujuan utama untuk mengarahkan aliran air agar langsung mengarah dan mendorong sudu concave tanpa mendorong sudu convex sehingga beban Turbinn berkurang. Pada Turbinn savonius deflektor terdiri dari dua jenis yaitu deflektor tunggal dan deflektor ganda. Dalam penerapan deflektor sendiri terdapan perhitungan-perhitungan agar kerja dari deflektor yang di terapkan bekerja secara optimal(Kailash, Eldho and Prabhu, 2012).
14
Berdasarkan penelitian. bahwa penerapoan deflektor tunggal paling optimum untuk Turbinn air savonius adalah dengan sudut (β) sebesar 101o dengan persamaan sebagai berikut :
𝑥1
𝑅 = 1,240 ………. (8)
𝑥2
𝑅 = 1,102 ……….. (9)
𝑦1
𝑅 = 0,450 ………. (10)
Keterangan :
X1 = jarak pusat kincir dengan bagian deflektor atas secara horizontal.
X2 = jarak pusat kincir dengan bagian deflektor bawah secara horizontal.
Y1 = jarak pusat kincir dengan bagian deflektor bawah secara vertikal.
R = jari jarti terluar Turbinn
Gambar 2.6 Penerapan Deflektor
2.8 Rumus perhitngan
Untuk mengetahui kerja dari turbin savonius, maka digunaikan rumus-rumus berikut :
15
2.8.1 tip speed ratio (λ)
Tip speed ratrio (tsr) adalah kecepatan ujung rotor terhadap kecepatan aliran air. TSR berpengaruh pada kecapatan putar rotor. TSR dapat dihitung dengan rumus (Purnama, Hantoro and Nugroho, 2013):
λ = 𝜔𝐷
2𝜐 ……… (11)
dimana : ω = 2𝜋𝑛
60 𝑠 ………. (12)
keterangan : λ = tip speed ratio D = diameter rotor (m) v = volume aliran air (m/s) ω = kecepatan sudut (rad/s) n = putaran rotor per menit (rpm) 2.8.2 koefisien torsi
Untuk mengetahui Koefisien torsi pada Turbinn maka dilakukan perhitungan dengan rumus sebagai berikut(Purnama, Hantoro and Nugroho, 2013):
Cm = 4.𝑇
𝜌.𝐷2.𝑣2.𝐻 ………. (13) Dimana :
T = F l ………. (14) Keterangan :
Cm = Koefisien Torsi
T = Torsi Pada Kincir(N.m)
16
ρ = Masa Jenis Air (kg/m3) D = Diameter Rotor (m)
v = Kecepatan Aliran Air (m/s) H = Tinggi Rotor (m)
F = Beban Yang Bekerja (N) l = Panjang Lengan (m) 2.8.3 Daya Rotor
Untuk mengetahui daya keluaran yang dihasilkan oleh rotor maka diperlukan perhitungan dengan rumus berikut :
P = T ω ……….. (15) Keterangan :
P = Daya Roror (Watt) T = Torsi Pada Kincir (N.m) ω = Kecepatan Sudut (Rad/S) 2.8.4 koefisien daya
Koefisien daya merupakan perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh Turbinn dengan daya yang dihasilkan oleh air. Dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
Cp = 1 𝑃
2𝜌 𝐴 𝑣3 ……….………….. (16)
Keterangan :
Cp = Koefisien Daya P = Daya Rotor (Watt) ρ = Masa Jenis Air (kg/m3)
17
A = Luas penampang (m2) D = Diameter Rotor (m)
v = Kecepatan Aliran Air (m/s) 2.8.5 Efisiensi Turbinn
Efisiensi Turbinn digunakan sebagai tolakukur hasil kerja dari Turbinn, nilai efisiensi dari Turbinn dapat diketahui dengan perhitungan :
η
Turbinn = Cp 100 % ……….. (17)keterangan :
η
Turbinn = Efisiensi Turbinn (%) Cp = Koefisien daya 2.8.6 Efisiensi total Turbinnefisiensi total tubin digunakan sebagai tolak ukur kerja dari tubin, nilai efisiensi total Turbinn dapat diketahi dengan perhitungan (Budiarso, 2015):
η total = η tubin x η generator ... (18) 2.9 Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH)
Pembangkit Listik Tenaga Mikro Hidro adalah pembangkit listrik dengan sekala kecil (kurang dari 100 Kw ),yang memanfaatkan tenaga aliran air sebagai sumberenerginya. PLTMH juga termasuk dalam sumberenergi terbarukan dan ramah lingkungan.tenaga air berasal dari aliran sungai atau dari danau yang memeiliki kecepatan tertentu yang dapat mengerakan Turbinn yang dihubungkan dengan generator.pembangkit tenaga air merupakan perubahan tenaga dari tenaga air dengan kecepatan tertentu menjadi tenaga listrik dengan menggunakan Turbinn dan generator listrik. Berdasarkan kapasitas keluarannya, Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) dapat diklasifikasikan sebagai berikut(Halliday et al., 2016):
18
Table 2.1 klasifikasi PLTA
(Halliday et al., 2016)
2.10 Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Pembangkit listrik tenaga mikro hidro bekerja dengan memanfaatkan perbedaan kecepatan air dan ketingian yang ada pada aliran irigasi,sungai atau air terjun. Aliran air akan memutar poros Turbinn sehingga menghasilkan energi mekanik. Energi ini akan digunakan untuk mengerakan Turbinn yang disambungkan dengan generator yang kemudian akan menghasilkan listrik(Halliday et al., 2016).
19 BAB III
METEODE PENELITIAN 3.1 Diagram Alir
Diagram alir “Analisis Performa Turbin Air Aksis Vertikal Tipe Savonius Sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Micro Hydro (PLTMH)”.
yang ditunjukan pada gambar 3.1 berikut :
20
20
Tidak
Ya
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
Mulai
Studi literatur
Kesimpulan
Selesai
Identifikasi dan Perumusan Masalah
Seting pengujian
Analisis data dan pembahasan
Perbaikan Persiapan Eksperimen
Persiapan Alat dan Bahan
Pengaruh Variasi kecepatan Air Daya Maksimum Yang Dihasilkan Turbinn Dan Daya
Listrik Yang Dihasilkan
Efisiensi Turbinn Air Savonius
21
21 3.2 Tempat Pembuatan Tugas Akhir
Lokasi pelaksanaan pembuatan Tugas Akhir dilaksanakan di Laboraturium D3 Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Yogyakarta yang beralamat di jl. HOS Cokroaminoto, Pakuncen, Wirobrajan, Kota Yogyakarta.
3.3 Alat dan Bahan
Untuk melakukan pengujian terhadap hasil kerja Turbinn air savonius, ada beberapa kebutuhan alat dan bahan yang perlu diperhatikan, yaitu :
Table 3.1 Alat Dan Bahan
NO NAMA ALAT FUNGSI
1 Tachometer Mengukur kecepatan putar poros 2 Timbangan Mengukur Torsi
3 Stopwatch Mengukur waktu
4 Alat tulis Menulis pengambilan data 5 Kalkulator Membantu penhitungan
3.4 Proses Pembuatan Tugas Akhir
Proses “Analisis Performa Turbin Air Aksis Vertikal Tipe Savonius Sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Micro Hydro (PLTMH)” sebagai berikut :
1. Persiapan Blok Diagram Perancangan Sistem Merupakan tahap awal dari proses analisa Turbinn Air Savonius. Persiapan perancangan sistem ini sangatlah penting untuk dilakukan karena tanpa blok diagram perancangan sistem kerja kita untuk analisis ini akan mengalami kesulitan.
22
22
2. Persiapan alat dan bahan Merupakan tahap untuk menentukan komponen-komponen yang akan digunakan, kemudian memilih komponen yang sesuai dengan perancangan Turbinn Air Savonius dan memilih kualitas dari komponen yang akan digunakan.
3. Proses pemberian ukuran
Merupakan suatu proses pemberian ukuran untuk menentukan ketepatan dalam merancang Turbinn Air Savonius sehingga dapat menghasilkan ukuran yang sesuai dengan yang akan dirancang.
4. Proses pengecekan
Pada proses pengecekan dilakukan untuk mengurangi terjadinya kesalahan pada ukuran Turbinn. Komponen-komponen lain dicek apakah terjadi kerusakan, kelebihan ataupun kekurangan pada komponen. Jika terjadi kesalahan pada salah satu komponen tersebut maka akan diperbaiki kembali, tetapi jika semuanya benar maka proses akan dilanjutkan.
5. Proses pembuatan
Proses pembuatan Turbinn adalah langkah yang paling awal, karena pada proses ini akan dibuat rumah rurbin yang harus sesuai dengan ukuran pada rancangan agar nantinya Turbinn air savonius dapat bekerja secara optimal.
6. Proses perakitan komponen
Proses perakitan merupakan langkah menyatukan komponen- komponen yang sudah di persiapkan sebelumnya kemudian menjadikan sebuah Turbinn air savonius sehingga dapat digunakan dan dijalankan memutar generator bertujuan untuk menghasilkan energi yang memanfaatkan air sebagai energi pengeraknya.
7. Pengecekan kembali
Dalam proses pengecekan dilakukan untuk mengurangi terjadinya kesalahan pada proses perancangan Turbinn Air Savonius. Komponen Turbinn Air Savonius yang sudah di rakit harus di uji coba dan dicek
23
23
kembali apakah terjadi kesalahan maka akan diperbaiki kembali, tetapi jika sudah benar maka proses akan dilanjutkan.
8. Perakitan keseluruhan sistem
Perakitan keseluruhan sistem dilakukan untuk membuat sebuah Turbinn Air Savonius agar dapat dioperasikan untuk uji coba. Setelah keseluruhan rangkaian telah jadi, maka dilakukan uji coba alat. Apabila pada uji coba Turbinn air Savonius ada masalah maka segera cek kembali pada komponen-komponen.
3.5 Metode penelitian
Kegiatan rancang bangun Turbinn Air Savonius diperuntukan bagi masyarakat bertujuan untuk memanfatkan aliran air sungai. Turbinn ini dirancang di peruntukan sebagai pengerak sebuah generator yang memanfaatkan energi air sebagai energi pengeraknya. Pembuatan Turbinn Air Savonius ini dilengkapi oleh komponen-komponen elektronika lainnya seperti generator, regulator dan bola lampu. Perakitan keseluruhan sistem Turbinn dilakukan agar menjadi suatu sistem alat yang dapat digunakan sesuai dengan rancangan yang di inginkan. Pengujian dilakukan untuk mengetahui fungsi dan mekanisme kerja Turbinn air savonius. Bahan pengujian berupa Turbinn air savonius. Turbinn di masukan kedalam sungai yang memiliki intensitas aliran yang sesuai. Pada saat Turbinn di masukan kedalam sungai maka aliran sungai akan langsung mendorong sudu pada bagian concave kemudian Turbin akan berputar dan meneruskan tenaga ke poros. Setelah sampai keporos tenaga tersebuta akan diteruskan untuk memutar generator dengan menggunakan van belt. Jika kerja sistem belum optimal dilakukan modifikasi pada komponen untuk penyempurnaan Turbinn Air Savonius.
Pengujian yang selanjutnya dilakukan untuk mengetahui berapa daya yang dihasilkan oleh generator . Informasi daya yang dihasilkan akan di lakukan pengukuran menggunakan alat ukur multitester. Daya yang akan di hasilkan oleh Turbinbn tergantung oleh besar kecilnya kecepatan aliran sunagai yang menggerakkan Turbinn. Data daya yang akan dihasilkan oleh
24
24
rotor akan ditampilkan pada alat ukur sebagai informasi agar kita bisa mengetahiu berapa daya yang dihasilkan oleh generator yang digerakan oleh Turbinn karena aliran sungai sewaktu waktu dapat berubah ubah.
3.6 Blok diagram Turbinn air savonius
25 BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Penelitian
Data-data dari hasil penelitian yang di ambil dari pengujian Turbinn air aksis vertical tipe savonius dengan variasi sudu serta kecepatan aliran akan di sajikan dalam table berikut : grafik kecepatan aliran air.
4.1.1 Data Turbinn Dengan Dua Sudu
Tabel 4.1 Data Turbinn Dua Sudu
NO
Mekanik Elektrik
v (m/s)
n (rpm)
ω (rad/s)
T (N.m)
P (W)
η Turbinn
(%) V (V)
I (A)
P (W)
η gen (%)
η tot (%)
1 0.5 14 1.46 0.76 1.10 0 1 0 0 0 0
2 0.62 16 1.67 1.12 1.87 0 2 0 0 0 0
3 0.68 16 1.67 1.29 2.16 0 2 0 0 0 0
4 0.75 17 1.77 1.38 2,44 1,3 4 0.4 1.2 50 65
5 0.83 18 1.88 1.77 3.32 1,1 6 0.5 2.4 75 82.5
4.1.2 Data Turbinn Dengan Empat Sudu
Tabel 4.2 Data Turbinn Empat Sudu
NO
Mekanik Elektrik
v (m/s)
n (rpm)
ω (rad/s)
T (N.m)
P (W)
η Turbinn
(%) V (V)
I (A)
P (W)
η gen (%)
η tot (%)
1 0.5 14 1.46 1.79 2.61 0 2 0 0 0 0
2 0.62 16 1.67 1.87 3.12 1.7 5 0.3 1.5 50 85 3 0.68 16 1.67 2.19 3.65 1.1 5 0.3 1.5 50 55 4 0.75 17 1.77 2.26 4.00 1.3 6 0.4 2.4 60 78 5 0.83 18 1.88 2.46 4.62 1,1 8 0.5 3.9 87 95,7
26
4.2 Grafik Hasil Pengolahan Data
Dari hasil pengolahan data dan perhitungan akan di sajikan dalam bentuk grafik agar memudahkan untuk mengetahui perbandingan antara tip speed ratio, torsi, koefisien daya, dan daya Turbinn. Yang di teliti pada dengan cara membandingkan data pada variasi yang di teliti.
4.2.1 Grafik Hubungan Antara Kecepatan Aliran Air Dengan Daya Turbin Grafik hubungan antara kecepatan aliran air dengan daya turbin
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Antara Kecepatan Aliran Air Dengan Daya Turbin Berdasarkan gambar 4.1 pada data hubungan antara kecepatan aliran air dengn daya yang dihasilkan oleh turbin memiliki nilai 3,32 W pada turbin dengan dua sudu sedangkan pada turbin dengan empat sudu menghasilkan daya sebesar 4,62 W keduanya di capai pada kecepatan 0,83 m/s.
4.2.2 Grafik Hubungan Antara Kecepatan Putar Turbin Dengan Daya Turbin
Grafik hubungan antara kecepatan putar Turbinn dengan daya Turbin.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
0,5 0,62 0,68 0,75 0,83
Daya Turbin (P)
Kecepatan aliran air (v)
Dua Sudu Empat Sudu
27
Gambar 4.2 Hubungan Antara Kecepatan putar Turbinn dengan Daya Turbin Berdasarkan gambar 4.1 pada data hubungan antara kecepatan aliran air dengan daya Turbin terdapat data kecepatan putar yang sama pada penelitian yang dilakukan di sungai dua dan tiga tetapi dapat dilihat pada kecepatan 18 rpm mendapatkan daya yang paling besar dengan nilai 3.32 W pada dua sudu dan 4.62 W pada empat sudu.
4.2.3 Grafik Hubungan Antara Kecepatan Aliran Air Dengan Daya Grafik hubungan antara kecepatan aliran air dengan daya generator pada Turbin dengan variasi dua sudu dan empat sudu.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
14 16 16 17 18
Daya Tubin (W)
Kecepatan Putar Turbinn (rpm)
dua sudu empat sudu
28
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Antara Aliran air Dengan Daya Turbin Berdasarkan gambar 4.3 pada data hubungan antara kecepatan aliran air dengan daya generator dapat dilahat bahwa pada kecepatan sudut 0.83 m/s mendapatkan daya yang paling besar jika dibandingkan dengan kecepatan aliran air yang lain yaitu dengan nilai 3.9 W pada empat sudu dan 2.4 W pada Turbinn dengan variasi dua sudu. Pada grafik tersebut dapat disimpulkan bahwa semakin besar nilai kecepatan sudut maka semakin besar pula torsi yang di hasilkan oleh Turbin.
4.2.4 Grafik Hubungan Antara Kecepatan Putaran Turbin Dengan Daya Grafik hubungan antara kecepatan aliran turbin dengan daya Generator.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
0,5 0,62 0,68 0,75 0,83
Daya Generator (W)
Kecepatan Aliran Air (m/s)
dua sudu empat sudu
29
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Antara Kecepatan Putar Turbin dengan Daya generator
Berdasarkan gambar 4.4 pada hubungan antara kecepatan putar turbin dengan daya pada generator data disimpulkan bahwa hasil dari pengujian pada variasi kecepatan putar 16 rpm menghasilkan daya yang sama yaitu 0 pada dua sudu serta 1.5 W pada empat sudu. Serta dapat dilihat pula pada Gambar 4.4 bahwa daya generator pada turbin dengan variasi dua sudu mendapatkan daya maksimaum sebesar 2.4 W sedangkan pada turbin dengan variasi empat sudu mendapatkan nilai maksimum sebesar 3.9 W. Keduanya di capai pada kecepatan putar turbin 18 rpm.
4.2.5 Grafik Hubungan Antara Kecepatan Putar Turbinn Dengan Efisiensi Turbinn
Grafik hubungan antara kecepatan sudt dengan daya pada Turbin dengan variasi dua sudu dan empat sudu
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
14 16 17 18
Daya Generator (P)
Kecepatan Putar Turbin (n)
Dua Sudu Empat Sudu
30
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Kecepatan Putar Turbinn Dengan Efisiensi Turbin Berdasarkan gambar 4.5 pada data hubungan antara kecepatan putar Turbinn dengan efisiensi Turbinn dapat dilihat bahwa pada kecepatan aliran 0.83 m/s mendapatkan efisiensi yang paling besar jika dibandingkan dengan kecepatan putar Turbinn yang lain yaitu dengan nilai 95,7 pada empat sudu dan 82,5 pada Turbinn dengan variasi dua sudu. Pada grafik tersebut dapat disimpulkan bahwa semakin besar nilai kecepatan sudut maka semakin besar pula daya yang di hasilkan oleh Turbinn. Pada data tersebut dapat dsimpulkan pula bahwa efisiensi yang didapatkan oleh Turbinn tidak bisa 100% yang dikarenakan terdapat kerugian dari gesekan(Purnama, Hantoro and Nugroho, 2013).
0 20 40 60 80 100 120
0.5 0.62 0.68 0.75 0.83
Efisiensi Turbinn (%)
Kecepatan Aliran Air (v)
dua sudu empat sudu
31 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 KESIMPULAN
Setelah dilakukan pengujian Turbinn dan diperoleh data dapat ditarik kesimpulan bahwa :
1. Variasi kecepatan aliran air sangat berpengaruh terhadap daya Turbinn dengan menunjukan hasil terbesar pada kecepatan aliran air 0.83 m/s dengan menghasilkan daya 4.62 W.
2. Variasi jumlah sudu pada Turbinn air savonius dengan aksis vertikal berpengaruh terhadap Torsi (T) serta daya Turbinn (P) dengan terjadinya peningkatan torsi serta daya pada Turbinn dari variasi dua sudu dan empat sudu.
3. Pada hasil pengujian dapat disimpulkan bahwa daya maksimum yang dihasilkan oleh Turbinn air tipe savonius sebesar 4,62 W pada variasi Turbinn dengan menggunakan empat sudu dengan kecepatan aliran air 0,83 m/s.
4. Dari hasil pengujian daya listrik yang kikeluarkan maksimum oleh Turbinn air savonius adalah 3.9 W
5. Pada hasil pengujian serta pengolahan data dapat di simpulkan bahwa efisiensi kinerja pada Turbinn yang paling besar di dapatkan nilai terbesar 95,7 % pada kecepatan aliran 0.83 m/s dengan variasi empat sudu.
5.2 SARAN
Berikut beberapa saran untuk penelitian berikutnya agar hasil yang di dapatkan maksimal :
1. Melkukan penelitian dengan Turbinn savonius dengan model yang berbeda atau yang lebih bervariasi.
2. Melakukan penelitia dengan kecepatan air yang lebih tinggi dan bervariasi
32
DAFTAR PUSTAKA
Alit, I. B. et al. (2020) ‘Pengaruh rasio konsentrasi pada turbin air Savonius Effect of concentration ratios on the Savonius water turbine’, 10(1), pp. 18–24.
Anugrah, R. A. (2019) ‘Experimental Study on Variation of Tilted Angles Toward Acoustic Power of Thermoacoustic Engine’, Journal of Physics: Conference Series, 1381(1). doi: 10.1088/1742-6596/1381/1/012066.
Budiarso, H. (2015) sitem fluida. ERLANGGA.
Golecha, K., Eldho, T. I. and Prabhu, S. V. (2011) ‘Influence of the deflector plate on the performance of modified Savonius water turbine’, Applied Energy. Elsevier Ltd, 88(9), pp. 3207–3217. doi: 10.1016/j.apenergy.2011.03.025.
Halliday, M. A. K. et al. (2016) ‘Analisis Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH)’, Nusa, 5(1), pp. 1689–1699. doi: 10.1017/CBO9781107415324.004.
Imam Ardiansyah (2019) ‘Pengaruh Variasi Deflektor Ganda Pada Kincir Air Savonius Horizontal Dua Tingkat’, 4(1), pp. 75–84. doi: .1037//0033-
2909.I26.1.78.
Kailash, G., Eldho, T. I. and Prabhu, S. V. (2012) ‘Performance study of modified savonius water turbine with two deflector plates’, International Journal of
Rotating Machinery, 2012. doi: 10.1155/2012/679247.
Kuramoto, T. (1994) ‘NII-Electronic Library Service’, Chemical Pharmaceutical Bulletin, 17(11), pp. 1460–1462.
Menet, J.-L. J., Bourabaa, N. and Bouraba, N. (2004) ‘Increase in the Savonius rotors efficiency via a parametric investigation’, EWEA - 2004 European Wind Energy Conference. Available at:
http://www.wrapwind.com/download/vawt/23_1400_jeanlucmenet_01.pdf.
Prasetyo, A. et al. (2018) ‘P-64 STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH OVERLAP SUDU TERHADAP KINERJA TURBIN AIR SAVONIUS
EXPERIMENTAL STUDY OF THE EFFECT OF BLADE OVERLAP ON THE
33 UNJUK’, pp. 1–4.
Purnama, A. C., Hantoro, R. and Nugroho, G. (2013) ‘Rancang Bangun Turbin Air Sungai Poros Vertikal Tipe Savonius dengan Menggunakan Pemandu Arah Aliran’, Jurnal Teknik ITS, 2(2), pp. B278–B282. Available at:
http://www.ejurnal.its.ac.id/index.php/teknik/article/view/4615.
http://www.wrapwind.com/download/vawt/23_1400_jeanlucmenet_01.pdf.
Prasetyo, A. et al. (2018) ‘P-64 STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH OVERLAP SUDU TERHADAP KINERJA TURBIN AIR SAVONIUS
EXPERIMENTAL STUDY OF THE EFFECT OF BLADE OVERLAP ON THE UNJUK’, pp. 1–4.
Purnama, A. C., Hantoro, R. and Nugroho, G. (2013) ‘Rancang Bangun Turbin Air Sungai Poros Vertikal Tipe Savonius dengan Menggunakan Pemandu Arah Aliran’, Jurnal Teknik ITS, 2(2), pp. B278–B282. Available at:
http://www.ejurnal.its.ac.id/index.php/teknik/article/view/4615.
34 LAMPIRAN
Lampiran 1 Hasil Pengolahan Data Penelitian Tabel L.1 Turbinn Variasi Dua Sudu
NO Turbinn variasi dua sudu
T (N.m)
ω (rad/s)
λ P
(W)
Cm Cp
1 0.76 1.46 0.0029 1.10 36.194 1.06
2 1.12 1.67 0.0267 1.87 34.134 0.9
3 1.29 1.67 0.0245 2.15 32.920 0.8
4 1.38 1.77 0.0249 2.44 32.305 0.8
5 1.77 1.88 0.0226 3.32 30.318 0.63
Tabel L.2 Turbinn Variasi Empat Sudu
NO Turbinn variasi empat sudu
T ω λ P Cm Cp
1 1.79 1.46 0.0029 2.61 84.48 2.44
2 1.87 1.67 0.0267 3.12 59 1.57
3 2.19 1.67 0.0245 3.65 55.888 1.36
4 2.26 1.77 0.0249 4 52.905 1.31
5 2.46 1.88 0.0226 4.62 42.137 0.95
35
Lampiran 2 Perhitungan Data Turbinn Dua Sudu 1. 𝜔 =2𝜋𝑛
60 𝑠 𝜆 =𝜔.𝑑
2𝑉 𝑇 = 𝑓. 𝑙 P = T.ω
=2.22/7.14
60 = 1,46.0,02
2.0,5 = 7,8.9,81.0,01 = 076.1.46
= 1.46 𝑟𝑎𝑑/𝑠 = 0,0292 = 0,76 N.m = 1,1096 W
𝐶𝑚 = 4.𝑇
𝜌.𝑣2.𝐷2.𝐻 Cp = λ.Cm
= 4.0,76
997.0,25.0,0004.0,85 = 0,0292.36,194
=36,194 = 1,05
2. 𝜔 =2𝜋𝑛
60 𝑠 𝜆 =𝜔.𝑑
2𝑉 𝑇 = 𝑓. 𝑙 P = T.ω
=2.22/7.16
60 = 1,67.0,02
2.0,62 = 11,5.9,81.0,01 = 1,128.1,67
= 1,67 𝑟𝑎𝑑/𝑠 = 0,02693 = 1,12815N.m = 1,8737 W 𝐶𝑚 = 4.𝑇
𝜌.𝑣2.𝐷2.𝐻 Cp = λ.Cm
= 4.1,128
997.0,39.0,0004.0,85 = 0,02693.34,134
=34,134 = 0,9192
3. 𝜔 =2𝜋𝑛
60 𝑠 𝜆 =𝜔.𝑑
2𝑉 𝑇 = 𝑓. 𝑙 P = T.ω
=2.22/7.16
60 = 1,67.0,02
2.0,68 = 13,23.9,81.0,01 = 1,297.1,67
= 1.67 𝑟𝑎𝑑/𝑠 = 0,0245 = 1,297863 N.m = 2,16 W
𝐶𝑚 = 4.𝑇
𝜌.𝑣2.𝐷2.𝐻 Cp = λ.Cm
= 4.1,29
997.0,4624.0,0004.0,85 = 0,0245.32,9027
= 32,9207 = 0,8066
4. 𝜔 =2𝜋𝑛
60 𝑠 𝜆 =𝜔.𝑑
2𝑉 𝑇 = 𝑓. 𝑙 P = T.ω
=2.22/7.17
60 = 1,78.0,02
2.0,75 = 14,10.9,81.0,01 = 1,3832.1,78
36
= 1.78 𝑟𝑎𝑑/𝑠 = 0,02373 = 1,3832 N.m =2,46 W
𝐶𝑚 = 4.𝑇
𝜌.𝑣2.𝐷2.𝐻 Cp = λ.Cm
= 4.1,38
997.0,5049.0,0004.0,85 = 0,0237.32,3052
=32,3052 = 0,7656
5. 𝜔 =2𝜋𝑛
60 𝑠 𝜆 =𝜔.𝑑
2𝑉 𝑇 = 𝑓. 𝑙 P = T.ω
=2.22/7.18
60 = 1,88.0,02
2.0,83 = 18,14.9,81.0,01 = 1,77.1,88
= 1.88 𝑟𝑎𝑑/𝑠 = 0,02265 = 1,7795 N.m = 3,3276 W
𝐶𝑚 = 4.𝑇
𝜌.𝑣2.𝐷2.𝐻 Cp = λ.Cm
= 4.1,77
997.0,6889.0,0004.0,85 = 0,02269.30,3186
=30,3186 =0,643
37
Lampiran 3 Perhitungan Data Turbinn Empat Sudu 6. 𝜔 =2𝜋𝑛
60 𝑠 𝜆 =𝜔.𝑑
2𝑉 𝑇 = 𝑓. 𝑙 P = T.ω
=2.22/7.14
60 = 1,46.0,02
2.0,5 = 18,34.9,81.0,01 = 1,79.1,46
= 1.46 𝑟𝑎𝑑/𝑠 = 0,0292 = 1,79 N.m = 2,61 W
𝐶𝑚 = 4.𝑇
𝜌.𝑣2.𝐷2.𝐻 Cp = λ.Cm
= 4.1,79
997.0,25.0,0004.0,85 = 0,0292.84,48
=84,48 = 2,466
7. 𝜔 =2𝜋𝑛
60 𝑠 𝜆 =𝜔.𝑑
2𝑉 𝑇 = 𝑓. 𝑙 P = T.ω
=2.22/7.16
60 = 1,67.0,02
2.0,62 = 19,13.9,81.0,01 = 1,87.1,67
= 1,67 𝑟𝑎𝑑/𝑠 = 0,02693 = 1,876653 N.m = 3,1229W 𝐶𝑚 = 4.𝑇
𝜌.𝑣2.𝐷2.𝐻 Cp = λ.Cm
= 4.1,87
997.0,39.0,0004.0,85 = 0,02693.59,00031
=59 = 1,588
8. 𝜔 =2𝜋𝑛
60 𝑠 𝜆 =𝜔.𝑑
2𝑉 𝑇 = 𝑓. 𝑙 P = T.ω
=2.22/7.16
60 = 1,67.0,02
2.0,68 = 22,33.9,81.0,01 = 2,19.1,67
= 1.67 𝑟𝑎𝑑/𝑠 = 0,0245 = 2,190 N.m = 3,65 W
𝐶𝑚 = 4.𝑇
𝜌.𝑣2.𝐷2.𝐻 Cp = λ.Cm
= 4.2,19
997.0,4624.0,0004.0,85 = 0,0245.55,888
=55,888 = 1,369
9. 𝜔 =2𝜋𝑛
60 𝑠 𝜆 =𝜔.𝑑
2𝑉 𝑇 = 𝑓. 𝑙 P = T.ω
=2.22/7.17
60 = 1,78.0,02
2.0,75 = 23,12.9,81.0,01 = 2,26.1,78
38
= 1.78 𝑟𝑎𝑑/𝑠 = 0,02373 = 2,268 N.m =4,03704 W
𝐶𝑚 = 4.𝑇
𝜌.𝑣2.𝐷2.𝐻 Cp = λ.Cm
= 4.2,26
997.0,5049.0,0004.0,85 = 0,02373.52,907
=52,907 = 1,255
10. 𝜔 =2𝜋𝑛
60 𝑠 𝜆 =𝜔.𝑑
2𝑉 𝑇 = 𝑓. 𝑙 P = T.ω
=2.22/7.18
60 = 1,88.0,02
2.0,83 = 25.12.9,81.0,01 = 2,46.1,88
= 1.88 𝑟𝑎𝑑/𝑠 = 0,02265 = 2,4642 N.m = 4,6248 W
𝐶𝑚 = 4.𝑇
𝜌.𝑣2.𝐷2.𝐻 Cp = λ.Cm
= 4.2,46
997.0,6889.0,0004.0,85 = 0,02265.42,1377
=42,1377 =0,954
