kincir air poros vertikal tipe savonius dua sudu...

KINCIR AIR POROS VERTIKAL TIPE SAVONIUS DUA

SUDU TERBUKA DENGAN MENGGUNAKAN DEFLEKTOR

Skripsi

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan oleh :

REZA PERDANA ABADI

NIM : 135214022

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2018

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

i

KINCIR AIR POROS VERTIKAL TIPE SAVONIUS DUA

SUDU TERBUKA DENGAN MENGGUNAKAN DEFLEKTOR

Skripsi

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan oleh :

REZA PERDANA ABADI

NIM : 135214022

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2018


ii

VERTICAL AXIS WATERWHEELS TYPE SAVONIUS TWO

OPEN BLADES USING DEFLECTOR

A Thesis

Presented as Partitial Fulfilment of the Requirement

As to Obtain the Degree of Sarjana Teknik

Mechanical Engineering Study Program

Written by :

REZA PERDANA ABADI

Student ID : 135214022

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2018


iii


iv


v


vi


vii

ABSTARK

Pada zaman modern kebutuhan energi semakin meningkat setiap tahunnya,

terutama pada kebutuhan teknologi. Penghasil energi di Indonesia pada saat ini

masih menggunakan bahan bakar fosil yang berkisar antara 95% pada pembangkit

tenaga listrik. Oleh karena itu sumber energi terbarukan ramah lingkungan menjadi

pilihan yang sangat bagus untuk dikembangkan dan diteliti. Penelitian ini akan

meneliti energi terbarukan air, yaitu pada aliran saluran sempit seperti sungai-

sungai kecil atau saluran-saluran kecil dengan menggunakan rotor Savonius.

Model kincir air rotor Savonius yang diteliti menggunakan rotor Savonius

dua sudu terbuka e = e’ ≠ 0 dengan aspect ratio (α) adalah 1, overlap ratio (β) adalah

0,25, tinggi rotor (H) adalah 0,1 m, diameter rotor (D) adalah 0,1 m, diameter sudu

(d) adalah 0,05588 m, dan dengan kecepatan aliran air (U) adalah 0,75 m/s, 0,9 m/s

dan 1,1 m/s di dalam saluran air buatan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk

mencari Koefisien torsi (𝐶𝑚), koefisien daya (Cp), Tip Speed Ratio (TSR) (λ),

daya yang dihasilkan (P), dan pengaruh penggunaan deflektor pada rotor Savonius.

Dari hasil penelitian “Kincir Air Poros Vertikal Tipe Savonius Dua Sudu

Terbuka Dengan Menggunakan Deflektor”, berdasarkan data yang diperoleh hasil

tertinggi selalu hasil yang menggunakan deflektor, hasil tertinggi pada koefisien

daya (Cp) adalah 0,715 dengan Tip Speed Ratio (TSR) 0,789 pada kecepatan aliran

air 0,75 m/s, hasil tertinggi pada koefisien torsi (Cm) adalah 1,256 dengan Tip

Speed Ratio (TSR) 0,230 pada kecepatan aliran air 0,75 m/s, hasil tertinggi pada

torsi (T) adalah 0,215 Nm dengan kecepatan putaran (rpm) 32 pada kecepatan aliran

air 1,1 m/s, dan hasil tertinggi pada daya (P) adalah 1,664 watt dengan kecepatan

putaran (rpm) 108 pada kecepatan aliran air 1,1 m/s.


viii

ABSTRACT

Energy needs are increasing every year, especially on technology needs.

Energy source in Indonesia at this time still use fossil fuels that range between 95%

in power plants. An environmentally friendly renewable energy source becomes an

excellent choice to be developed and researched. This research will researching the

renewable energy of water that flow on narrow channels such as small rivers or

small ducts using Savonius rotor.

The design of Savonius rotor waterwheels that researching using the

Savonius rotor with two open blades e = e '≠ 0 with the aspect ratio (α) is 1, the

overlap ratio (β) is 0,25, the rotor height (H) is 0.1 m, the diameter of rotor (D) is

0,1 m, the diameter of the blade (d) is 0,05588 m, and with water flow rate (U) is

0,75 m/s, 0,9 m/s and 1,1 m/s in an artificial aqueduct. The purpose of this research

is to find the coefficient of torque (Cm), power coefficient (Cp), Tip Speed Ratio

(TSR), power generated (P), and influence of deflector usage on Savonius rotor.

The research result from "Vertical Axis Waterwheels Type Savonius Two

Open Blades Using Deflector", based on data obtained the highest results are always

results that using deflectors, the highest result on power coefficient (Cp) is 0,715

with Tip Speed Ratio (TSR) 0,789 at water flow speed of 0,75 m/s, the highest result

on the torque coefficient (Cm) is 1,256 with the Tip Speed Ratio (TSR) 0,230 at

water flow speed of 0,75 m/s, the highest result on torque (T) is 0,215 Nm with

revolution per minute ( rpm) is 32 at a water flow speed of 1,1 m/s, and the highest

result at power (P) is 1,664 watt with a revolution per minute (rpm) is 108 at water

flow speed of 1,1 m/s.


ix

KATA PENGANTAR

Dengan rasa sangat bersyukur, tugas ini akhirnya yang berjudul “KINCIR

AIR POROS VERTIKAL TIPE SAVONIUS DUA SUDU TERBUKA DENGAN

MENGGUNAKAN DEFLEKTOR” dapat terselesaikan. Tugas ini adalah sebagai

syarat untuk mencapat derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas

Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan adanya bantuan dan

kerjasama dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan

ucapan terima kasih kepada pihak :

1. Sudi Mungkasi, Ph.D. Selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas

Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Ir. PK. Purwadi, M.T. selaku ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains

dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. RB. Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si. selaku pembimbing tugas akhir.

4. Ir. Rines, M.T. Selaku kepala laboratorium Teknik Mesin Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

5. Doddy Purwadianto, M.T. selaku kepala laboratorium angin Teknik Mesin

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

6. Kepada keluarga saya yang selalu memberikan dukungan kepada saya.

7. Segenap staf pengajar Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma

yang telah mendidik dan memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis,

sehingga sangat berguna dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

8. Segenap staf dan karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata

Dharma.

9. Kepada rekan-rekan mahasiswa khusus angkatan 2013 dan 2014 yang telah

memberikan masukan-masukan dan dorongan dalam penyelesaian Tugas Akhir

ini.

10. Serta semua pihak yang tidak mungkin disebutkan satu per satu yang telah ikut

membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.


x


xi

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Satuan / unit

a Lebar sisi saluran air m

A Luas penampang m2

Cp Koefisien daya

Cm Koefisien torsi

D Diameter rotor m

d Diameter sudu m

Df Diameter plat terluar rotor m

DH Luas penampang saluran air m

EK Energi Kinetik Joule

EP Energi Potensial Joule

e Jarak celah dua sudu m

e’ Jarak celah dua sudu m

F Gaya penimbangan N

𝑔 Percepatan gravitasi m/s2

h Ketinggian permukaan air ke dasar air m

H Tinggi rotor m

L Panjang lengan rem m

LH Panjang saluran air agar aliran laminer m

m Massa kg

�̇� Massa air yang mengalir per satuan waktu kg/s

n Putaran kincir per menit

𝑝 Tekanan udara Pa

P Daya watt

Q Debit aliran fluida m3/s

Re Angka Reynold

T Torsi Nm

U Kecepatan aliran air m/s


xii

Z Beda ketinggian antara dua titik 1 dan 2 m

α Aspect Ratio

β Overlap Ratio

λ Tip Speed Ratio

𝜌 Massa jenis fluida kg/m3

𝜇 Viskositas dinamik fluida Ns/m2

𝜔 Kecepatan sudut rad/s

𝛾 Berat jenis fluida N/m3


xiii

DAFTAR ISI

Halaman judul ………………………………………………..……………… i

Tittle page ……………………………………………………………………. ii

Pengesahan ……………………………………………………….………….. iii

Pernyataan Keaslian Tugas Akhir………………………………………….. v

Lembar pernyataan persetujuan publikasi………………………………… vi

Abstrak …………………………………………………………………..…. . vii

Abstract ..……………………………………………………………..……… viii

Kata Pengantar ……………………………………………………………… ix

Daftar simbol ………………………………………………………………… xi

Daftar isi ………………………………………………………………...…… xiii

Daftar Gambar …………………………………………………................... xiv

Daftar Tabel …………………………………………………………............ xv

BAB I PENDAHULUAN …………………………………………............... 1

1.1 Latar Belakang ………………………………………….…………..… 1

1.2 Perumusan Masalah ………………………………………..………… 4

1.3 Tujuan Penelitian …………………………………………………….. 4

1.4 Manfaat Penelitian ……………………………………………….…… 5

1.5 Batasan Masalah …………………………………………..………… 5

BAB II DASAR TEORI DAN KEPUSTAKAAN ………………................... 6

2.1 Dasar Teori ………………………………………………………..…… 6

2.1.1. Energi air ...…………………………..………………………………… 6

2.1.2. Daya Kincir ……………….………..………………………………….. 7

2.1.3. Kincir air tipe Savonius ……………………………………..………... 8

2.1.4. Landasan teori rotor Savonius…………..……………………………... 9

2.1.5. Teori kontinuitas ……………………….……………………….…….. 10

2.1.6 Aliran laminer di dalam saluran tertutup……………………………… 11

2.2 Tinjauan Pustakaan….…………………..……………………………. 12


xiv

BAB III METODE PENELITIAN ……………………………………….... 14

3.1 Penelitian ……………………………………………………………... 15

3.2 Alat dan Bahan …………………….………………............................. 16

3.2.1. Skema set up alat eksperiman ……..………………..….……………... 16

3.2.2. Spesifikasi dan keterangan alat ………..………………………….…… 17

a. Rotor Savonius……….…………………………………………….. 17

b. Deflektor ………………………………..……………………….… 18

c. Saluran air ……………..………………………………………..… 19

d. Tangki air pengatur kecepatan aliran .……………….…………….. 21

e. Rem torsi ………………………………………………………...... 22

3.2.3. Alat ……...……………………………………….…………………... 24

3.3 Diagram alir penelitian………………………………………………... 25

3.4 Langkah penelitian ….……………………………………………….. 26

3.5 Analisa data ………………………………………………………….. 26

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN………………….. 28

4.1 Data hasil percobaan…………………………..…………………….. 28

4.2 Pengolahan data dan perhitungan………………..………………...... 30

4.3 Tabel hasil pengolahan data dan perhitungan………..............……… 32

4.3.1 Tabel hasil pengolahan data tanpa deflektor………………………… 32

4.3.2 Tabel hasil pengolahan data dengan deflektor……………….………. 34

4.4 Grafik hasil perhitungan……………………………………………... 37

4.4.1. Grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putar kincir................ 37

4.4.2. Grafik hubungan antara koefisien daya kincir dengan Tip Speed Ratio 39

4.4.3. Grafik hubungan antara koefisien torsi kincir dengan Tip Speed Ratio 41

4.4.4. Grafik hubungan antara daya (watt) kincir dengan kecepatan putar

(rpm)…………………………………………………………………. 43

4.5 Pembahasan …………………………………………………………. 45

4.6 Perbandingan hasil penelitian ……………………………………….. 47

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN …………………………………….. 49

5.1 Kesimpulan ………………………………………………………….. 49

5.2 Saran ………………………………………………………………… 50


xv

DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………….. 51

LAMPIRAN …………………………………………………………………. 53

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Diagram Betz Limit. (Sumber : Johnson, 2006, hal. 18)……… 7

Gambar 2.2 Rotor Savonius dengan gaya drag celah sudu tertutup tipe U.

(Sumber : Frederikus W, 2014, hal. 299)……………………. 8

Gambar 2.3 Skema dari rotor Savonius tipe U. (Rotor Savonius

konvensional: e ≠ 0 dan e’ ≠ 0 ). (Sumber : Menet, 2004)….. 9

Gambar 2.4 Deflektor pada aliran fluida …………………………………. 10

Gambar 2.5 Saluran air persegi tertutup sama sisi ……………………….. 11

Gambar 3.1 Bagian utama set up spesimen penelitian.…………………… 15

Gambar 3.2 Gambar skema proses penelitian berlangsung……….............. 16

Gambar 3.3 Gambar rotor savonius penelitian……………………………. 17

Gambar 3.4 Struktur rotor Savonius dengan Deflektor pada aliran fluida.

(a) deflektor, (b) rotor Savonius, dan (c) fluida yang mengalir. 18

Gambar 3.5 Gambar konstruksi deflektor.……………………………..…... 19

Gambar 3.6 Gambar Saluran air terbuat dari akrilik 5mm sepanjang 2 meter 20

Gambar 3.7 Gambar ukuran tangki air pengatur kecepatan aliran…………... 21

Gambar 3.10 Gambar Desain alat rem torsi………………………………….. 22

Gambar 3.11 Gambar skema alat rem torsi………………………………....... 23

Gambar 4.1 Gambar set up metode penelitian oleh mabrouki dkk 2014……. 48

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Tabel spesifikasi rotor …………….…………………………. 17

Tabel 3.2 Tabel alat dan bahan………………………………………….. 24

Tabel 4.1 Tabel pengambilan data tanpa deflektor …………………….. 28

Tabel 4.2 Tabel pengambilan data dengan deflektor…………………... 29

Tabel 4.3 Tabel pengolahan data tanpa deflektor kecepatan aliran air

0,75 m/s..................................................................................... 32


xvi


0,9 m/s…………………………………………………………. 32


1,1 m/s…………………………………………………………. 33

Tabel 4.6 Tabel pengolahan data dengan deflektor kecepatan aliran air

0,75 m/s……………………………………………………….. 34


0,9 m/s…………………………………………………………. 35


1,1 m/s………………………………………………………..... 36

Tabel 4.9 Tabel dimensi alat penelitian…………………………………. 47

Tabel 4.10 Tabel perbandingan data penelitian terdahulu dengan penulis.. 48


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang masalah

Pada zaman modern, energi listrik menjadi kebutuhan yang penting di

dalam kehidupan manusia terutama pada penggunaan teknologi, tingginya

peningkatan penggunaan teknologi membuat kebutuhan energi listrik semakin

meningkat setiap tahunnya. Di Indonesia peningkatan kebutuhan listrik

diperkirakan mencapai 6% per tahunnya (Outlook Energi Indonesia 2016).

Energi listrik di Indonesia yang dihasilkan rata-rata masih menggunakan

generator dengan sumber bahan bakar energi fosil berupa batubara, minyak

bumi dan gas alam yang keseluruhannya berkisar 76,8% (Outlook Energi

Indonesia 2016).

Sumber energi berbahan bakar fosil memiliki masalah sendiri keterbatasan

ketersediaannya di alam dan memiliki dampak buruk yang cukup berpengaruh

terhadap lingkungan. Emisi CO2 menyebabkan polusi dan pemanasan global.

Pemakaian energi berbahan bakar fosil berlebih menjadi masalah tersendiri bagi

Indonesia. terutama pada keterbatasan sumber daya alam Indonesia yang terus-

menerus dipakai dan juga diekspor terus menguras ketersedian bahan bakar

fosil di alam. Pengaruh terhadap lingkungan juga menjadi masalah yang perlu

diperhatikan pada tahun-tahun yang akan datang.

Sumber penghasil energi ramah lingkungan atau energi terbarukan menjadi

sebuah pilihan yang cukup bagus. Mengatasi masalah terhadap pengaruh buruk

penggunaan bahan bakar fosil, energi ramah lingkungan ini menjadi pilihan

yang bagus karena sumber energi yang diambil berjumlah tidak terbatas dan

tidak memiliki dampak yang sangat besar terhadap lingkungan, sumber energi

ini berasal dari sumber daya alam yang berlimpah berupa energi angin, energi

air, energi surya, energi laut dan energi panas bumi. Di luar Indonesia ada

beberapa negara-negara yang telah menggunakan energi terbarukan yang ramah

lingkungan sebagai penghasil kebutuhan energi listrik nasional negara mereka

sebesar 90%-100% seperti Scotland, United Kingdom, Costa Rica, German,


2

Norway, Denmark, New Zealand, Tokelau, Uruguay, Paraguay dan Spain

(Spanyol).

Pembangkit listrik tenaga air atau (PLTA) adalah pembangkit yang

mengandalkan energi potensial dan kinetik dari air untuk menghasilkan energi

listrik. Pada tahun 2015 tenaga air menghasilkan 16.6% total listrik dunia dan

70% dari seluruh energi terbarukan, dan diperkirakan akan naik 3.1% per tahun

sampai 25 tahun ke depan.

Tenaga air dihasilkan di 150 negara, dan kawasan Asia-Pasifik

menghasilkan 33% tenaga air global tahun 2013. China adalah penghasil energi

dengan tenaga air terbesar (920 TWh tahun 2013) menyumbang 16,9%

kebutuhan listrik domestik.

Ongkos listrik tenaga air relatif rendah, menjadikannya sumber yang

kompetitif untuk energi terbarukan. Pembangkitnya tidak menghabiskan air,

tidak seperti pembangkit batu bara atau gas. Ongkos listrik rata-rata untuk

pembangkit berukuran lebih dari 10 megawatt adalah 3 - 5 sen dolar AS per

kilowatt-jam. Dengan bendungan dan reservoir juga membuatnya sumber listrik

yang fleksibel karena listrik yang dihasilkan dapat dinaikkan atau diturunkan

sesuai kebutuhan. Ketika sebuah kompleks tenaga air dibangun, maka tidak

menghasilkan limbah langsung dan tingkat gas rumah kaca yang relatif lebih

rendah daripada pembangkit listrik berbahan bakar fosil.

Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah generator yang

dihubungkan ke turbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari air. Namun,

secara luas, pembangkit listrik tenaga air tidak hanya terbatas pada air dari

sebuah waduk atau air terjun, melainkan juga meliputi pembangkit listrik yang

menggunakan tenaga air dalam bentuk lain seperti tenaga ombak.

Mikrohidro atau yang dimaksud dengan Pembangkit Listrik Tenaga

Mikrohidro (PLTMH), adalah suatu pembangkit listrik skala kecil yang

menggunakan tenaga air sebagai tenaga penggeraknya seperti, saluran irigasi,

sungai atau air terjun alam dengan cara memanfaatkan tinggi terjunan (head)

dan jumlah debit air. Mikrohidro merupakan sebuah istilah yang terdiri dari kata

mikro yang berarti kecil dan hidro yang berarti air. Secara teknis, mikrohidro


3

memiliki tiga komponen utama yaitu air (sebagai sumber energi), turbin dan

generator. Mikrohidro mendapatkan energi dari aliran air yang memiliki

perbedaan ketinggian tertentu. Pada dasarnya, mikrohidro memanfaatkan

energi potensial jatuhan air (head). Semakin tinggi jatuhan air maka semakin

besar energi potensial air yang dapat diubah menjadi energi listrik. Di samping

faktor geografis (tata letak sungai), tinggi jatuhan air dapat pula diperoleh

dengan membendung aliran air sehingga permukaan air menjadi tinggi. Air

dialirkan melalui sebuah pipa pesat kedalam rumah pembangkit yang pada

umumnya dibagun di bagian tepi sungai untuk menggerakkan turbin atau kincir

air mikrohidro. Energi mekanik yang berasal dari putaran poros turbin akan

diubah menjadi energi listrik oleh sebuah generator. Mikrohidro bisa

memanfaatkan ketinggian air yang tidak terlalu besar, misalnya dengan

ketinggian air 2.5 meter dapat dihasilkan listrik 400 watt. Relatif kecilnya energi

yang dihasilkan mikrohidro dibandingkan dengan PLTA skala besar,

berimplikasi pada relatif sederhananya peralatan serta kecilnya areal yang

diperlukan guna instalasi dan pengoperasian mikrohidro. Hal tersebut

merupakan salah satu keunggulan mikrohidro, yakni tidak menimbulkan

kerusakan lingkungan. Perbedaan antara Pembangkit Listrik Tenaga Air

(PLTA) dengan mikrohidro terutama pada besarnya tenaga listrik yang

dihasilkan, PLTA di bawah ukuran 200 KW digolongkan sebagai mikrohidro.

Dengan demikian, sistem pembangkit mikrohidro cocok untuk menjangkau

ketersediaan jaringan energi listrik di daerah-daerah terpencil dan pedesaan.

Sungai-sungai atau selokan air dengan aliran air yang rendah dan potensi

ketinggian air yang rendah memiliki Energi Kinetik yang rendah dan sulit untuk

digunakan sebagai energi mekanik untuk menggerakkan kincir, namun tidak

berarti tidak bisa dimanfaatkan sebagai sumber energi, aliran air ini tetap bisa

dimanfaatkan dengan maksimal dengan menggunakan alat yang sesuai dan

tepat, seperti membuat penampungan air dan saluran air.

Kincir jenis Savonius menjadi pilihan untuk memanfaatkan sumber-sumber

tersebut dengan luas aliran yang sempit. Seperti pada penelitian A.C. Purnama

et al, 2013, pada Rancang Bangun Turbin Air Sungai Poros Vertikal Tipe


4

Savonius Dengan Menggunakan Deflektor dengan rotor Savonius tertutup

tanpa Deflektor, Dengan hasil yaitu; pada kecepatan aliran adalah 0,30 ; 0,57 ;

0,85 dan 1,08 meter per detik, tanpa Deflektor mendapat Koefisien Daya

sebesar 0,04 ; 0,10 ; 0,06 dan 0,05, dengan Deflektor Koefisien Daya sebesar

0,12 ; 0,13 ; 0,08 dan 0,06 untuk rotor Savonius satu tahap celah sudu tertutup.

Pada penelitian I. Mabrouki, Z. Driss, dan M. S. Abid, 2014, Experimental

Investigation of the Height Effect of Water Savonius Rotors, International

Journal of Mechanics and Applications. Dengan hasil yaitu mendapat koefisien

daya max sebesar 0,19 untuk tinggi rotor 100 mm, 0,047 untuk tinggi rotor

200mm. koefisien torsi max sebesar 0,155 untuk tinggi rotor 100mm dan 0,024

untuk tinggi rotor 200mm.

1.2 Perumusan masalah

Pada penelitian ini akan meneliti kincir air poros vertikal tipe Savonius dua

sudu celah terbuka tipe U dengan tinggi dan diameter kincir adalah 10 cm,

dengan variasi kecepatan aliran fluida 0,75 m/s, 0,9 m/s dan 1,1 m/s dengan

menggunakan deflektor dan tanpa deflektor pada saluran air buatan.

1.3 Tujuan penelitian

Berdasarkan latar belakang dan perumusan masalah pada permasalahan-

permasalahan oleh rekayasa energi air pada aliran air rendah, penelitian ini

berjutuan untuk :

1) Mengetahui potensi koefisien daya (Cp) yang dapat dihasilkan dengan kincir

air poros vertikal tipe Savonius dua sudu terbuka tipe U dengan menggunakan

deflektor pada aliran air yang berkecepatan rendah atau aliran air yang memiliki

potensi ketinggian yang rendah.

2) Mengetahui pengaruh penggunaan deflektor dan variasi kecepatan terhadap

Koefisien torsi (𝐶𝑚), koefisien daya (Cp), dan Tip Speed Ratio (TSR) (λ) pada

kincir air.

3) Membandingkan hasil penelitian dengan hasil penelitian oleh para peneliti

terdahulu yang digunakan sebagai referensi.


5

1.4 Manfaat penelitian

Manfaat-manfaat yang diharapkan penulis dengan penelitian ini yaitu :

1) Menambah kepustakaan teknologi tentang pemanfaatan sumber daya energi air

dengan kincir air poros vertikal tipe Savonius dua sudu terbuka tipe U dengan

menggunakan deflektor.

2) Mengetahui potensi koefisien daya yang dihasilkan oleh kincir air tipe Savonius

pada kecepatan aliran air yang rendah atau potensi ketinggian air yang rendah.

3) Hasil penelitian dapat digunakan sebagai data-data dasar dalam menerapkan

penggunaan kincir air tipe Savonius pada sungai dengan aliran air yang rendah

dan potensi ketinggian yang rendah.

4) Ikut serta dalam upaya memasyarakatkan pemanfaatan energi alternatif.

5) Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi referensi untuk membantu

dalam penggunaan kincir air dan dalam penelitian selanjutnya.

1.5 Batasan masalah

Dalam penelitian ada beberapa hal yang dibatasi oleh penulis, yaitu :

1) Material yang digunakan tidak membahas masalah korosi.

2) Ukuran desain dan model kincir tidak dapat dirubah.

3) Penelitian dilakukan dengan pengoperasikan model kincir air pada saluran air

yang telah dirancang.

4) Pengambilan data hanya dilakukan dengan membuat simulasi menggunakan

aliran saluran buatan.

5) Kecepatan aliran air terbatas oleh kondisi sungai.

6) Tinggi air diabaikan.


6

BAB II

DASAR TEORI DAN KEPUSTAKAAN

2.1 Dasar teori

2.1.1.Energi air

Aliran air yang mengalir ini memiliki energi yang dapat digunakan, energi

ini adalah Energi Kinetik yang akan dapat digunakan menjadi energi mekanik

untuk menggerakkan alat seperti kincir air.

Energi yang terdapat dalam aliran air adalah Energi Kinetik, Energi

Potensial, dan Energi Aliran.

Energi Kinetik :

Energi kinetik adalah energi yang berkaitan dengan benda-benda bergerak.

Ketika sebuah benda bergerak, ada energi yang berkaitan dengan objek tersebut.

Energi berasal dari massa suatu objek yang bergerak dengan kecepatan tertentu,

energi kinetik dapat dirumuskan sebagai berikut:

𝐸𝐾 =1

2�̇�𝑈2 (1)

Energi Potensial :

Energi potensial adalah energi yang memperngaruhi benda karena posisi

(ketinggian) benda tersebut yang mana kecenderungan tersebut menuju tak

terhingga dengan arah dari gaya yang ditimbulkan dari energi potensial tersebut.

Persamaan energi potensial dapat dirumuskan sebagai berikut:

𝐸𝑃 = �̇�𝑔ℎ (2)

Energi Mekanik adalah energi yang muncul saat suatu alat menangkap

Energi Kinetik dan Energi Potensial pada aliran fluida.

𝐸𝑀 = 𝐸𝐾 + 𝐸𝑃 (3)

Jika Energi Kinetik, Energi Potensial, dan Energi Aliran disubstitusikan dan

disederhanakan, maka akan menjadi persamaan Bernoulli :

𝑍1 +𝑝1

𝛾+

𝑈12

2𝑔= 𝑍2 +

𝑝2

𝛾+

𝑈22

2𝑔 (4)

Dengan Z adalah beda ketinggian antara dua titik 1 dan 2, 𝑝 adalah tekanan,

g adalah percepatan gravitasi bumi, U adalah kecepatan aliran fluida, dan 𝛾

adalah berat jenis fluida.


https://id.wikipedia.org/wiki/Ketinggian

https://id.wikipedia.org/wiki/Gaya

7

2.1.2.Daya kincir

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

yang melintasi sudu-sudu kincir. Pada tahun 1919 seorang fisikawan Jerman,

Albert Betz, menyimpulkan bahwa tidak pernah ada turbin yang dapat

mengkonversikan energi kinetik fluida ke dalam bentuk energi yang

menggerakkan rotor (kinetik) lebih dari 16/27 (59,3%). Dan hingga hari ini hal

tersebut dikenal dengan Betz Limit atau Hukum Bezt. Batasan ini tidak ada

hubungannya dengan ketidak efisienan pada generator, tapi lebih kepada turbin

angin itu sendiri.

Hubungan diagram Betz dengan Rotor Savonius adalah seberapa besar

koefisien daya (Cp) dan Tip Speed Ratio (TSR) yang dapat dihasilkan oleh rotor

Savonius yang seharusnya. Diagram Betz ini adalah diagram yang diteliti

dengan aliran fluida yaitu angin sebagai mediumnya, pada penelitian ini

menggunakan aliran fluida yaitu air sebagai mediumnya.

Gambar 2.1 : Diagram Betz Limit. (Sumber : Johnson, 2006, hal. 18)


8

2.1.3.Kinci air tipe Savonius

Rotor Savonius diciptakan oleh Sirgurd Johannes Savonius pada tahun 1922.

Sebagai rotor vertikal sederhana, rotor Savonius bekerja karena terjadinya

perbedaan gaya antara masing-masing sudu. Rotor ini dapat dimanfaatkan pada

aliran sungai-sungai dengan kecepatan aliran yang rendah dan potensi

ketinggian yang rendah tanpa harus memakan banyak ruang dan rotor ini

mampu mendapat koefisien daya yang cukup tinggi pada aliran air dengan

kondisi tersebut.

Gambar 2.2 : Rotor Savonius dengan gaya drag celah sudu tertutup tipe U.

(Sumber : Frederikus W, 2014, hal. 299)

Bagian cekung sudu rotor ini menangkap dan mengkonversikan energi

kinetik yang dihasilkan oleh aliran fluida yang berupa udara atau air.

Selanjutnya energi yang ditangkap dijadikan energi gerak untuk menggerakkan

rotor Savonius dengan arah gerakan rotasi. Bentuk dari sudu rotor Savonius

memiliki gaya drag yang sedikit saat bergerak akibar aliran fluida atau Fcovex

dibandingkan dengan sudu yang bergerak oleh aliran fluida atau Fconvace. Rotor

ini terdiri dari dua sudu dengan membentuk seperti huruf S jika dilihat dari atas.

Prinsip kerja rotor Savonius vertikal yaitu. Ketika rotor berputar sekitar

sepertiga dari revolusinya, sudu yang terbuka menerima aliran fluida akan

berada dibelakang, kemudian sudu selanjutnya akan berputar dan menerima

aliran fluida, proses ini akan terus berulang-ulang selama ada aliran fluida.

Rotor Savonius terdiri dari tiga bagian utama yaitu: plat, poros, dan sudu.


9

Gambar 2.3 : Skema dari rotor Savonius tipe U. (Rotor Savonius

konvensional: e ≠ 0 dan e’ ≠ 0 ). (Sumber : Menet, 2004)

2.1.4. Landasan teori rotor Savonius

Peforma dari kincir Savonius

Peforma dari kincir model Savonius dapat ditentukan dengan persamaan-

persamaan berikut:

a) Tip Speed Ratio (λ)

Tip Speed Ratio λ atau TSR pada kincir angin (pada kasus ini pada kincir

aliran air) adalah rasio antara kecepatan rotasi pada ujung sudu dan kecepatan

aktual dari aliran air yang akan kemudian berpengaruh terhadap kecepatan putar

rotor (Hayashi et al., 2005). Tip Speed Ratio λ atau TSR dengan menggunakan

ukuran diameter rotor dapat didefinisikan sebagai berikut:

λ = 𝜔𝐷

2𝑈 (5)

𝜔 = 2𝜋𝑛

60 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 (6)


10

Dengan U adalah kecepatan aliran masuk fluida, 𝜔 adalah kecepatan sudut,

n adalah rotasi per menit (rpm) rotor dan D adalah diameter rotor.

b) Koefisien torsi (Cm) dan koefisien daya (Cp)

Koefisien torsi dan koefisien dari dari peforma rotor. (Mabrouki et al. 2014)

𝐶𝑚 = 4𝑇

𝜌𝐻𝐷2𝑈2 (7)

𝐶𝑝 = 2𝑃

𝜌𝐻𝐷𝑈3 (8)

𝑃 = 𝑇𝜔 (9)

𝑇 = 𝐹𝐿 (10)

Dengan Cm adalah koefisien torsi dari rotor dan Cp adalah koefisien dari

peforma rotor (daya), dengan 𝜌 adalah massa jenis fluida, dengan T adalah torsi,

D adalah diameter rotor, H adalah tinggi rotor, P adalah daya keluaran rotor, F

adalah gaya yang dihasilkan yaitu beban dikalikan gravitasi, L adalah panjang

lengan torsi dan U adalah kecepatan aliran fluida.

c) Efisiensi kincir Savonius

ɳ𝑘𝑖𝑛𝑐𝑖𝑟 = 𝐶𝑝 ∗ 100% (11)

2.1.5. Teori kontinuitas

Gambar 2.4 : Deflektor pada aliran fluida

Dengan L1 adalah lebar masukan pada konstruksi, L2 adalah lebar

keluaran konstruksi, dan Q adalah debit aliran.


11

Peningkatan kecepatan aliran fluida karena penyempitan luas ruang

keluaran aliran fluida dapat dihitung dengan persamaan berikut:

Dengan persamaan kekekalan massa �̇�2 = �̇�1 jika A2 < A1 maka U2 > U1

𝑄 = 𝐴𝑈 (12)

𝑄1 = 𝑄2

𝐴1𝑈1 = 𝐴2𝑈2 (13)

Dengan A adalah luas konstruksi untuk masukan dan keluaran, dan U

adalah kecepatan aliran fluida.

2.1.6.Aliran laminer di dalam saluran tertutup

Menghitung aliran laminer untuk saluran air bisa dengan persamaan

berikut:

𝑅𝑒 =𝜌𝑈2𝐷𝐻

𝜇 (14)

Untuk 𝐷𝐻 pada saluran tertutup sama sisi :

Gambar 2.5 : Saluran air persegi tertutup sama sisi

𝐷𝐻 =4𝑎𝑎

4𝑎= 𝑎 (15)

Untuk panjang saluran air (𝐿𝐻) dengan aliran turbulen :

𝐿𝐻 = 1,359𝐷𝐻𝑅𝑒1/4 (16)

𝐿𝐻 = 𝑇𝑢𝑟𝑏𝑢𝑙𝑒𝑛 − 10 𝐷𝐻 (17)

Dengan Re adalah angka reynold, 𝜌 adalah massa jenis fluida, U adalah

kecepatan aliran fluida, 𝐷𝐻 adalah luas penampang saluran air, 𝑎 adalah lebar

sisi saluran air, 𝜇 adalah viskositas dinamik fluida, 𝐿𝐻 adalah panjang saluran

air agar aliran laminer.


12

2.2 Tinjauan Pustakaan

Penelitian-penelitian yang telah dilakukan oleh peneliti lainnya dengan

menggunakan fluida air sebagai mediumnya :

Pada penelitian yang dilakukan oleh Mabrouki et al. 2014 dengan judul

Experimental Investigation of the Height Effect of Water Savonius Rotors,

International Journal of Mechanics and Applications, melakukan peneltian

terhadap pengaruh ketinggian rotor Savonius dengan dua sudu pada saluran air

buatan. Metode yang digunakan adalah menggunakan aliran air yang tidak

tetap, air ditampung di bak air kemudian dialirkan ke saluran air sampai volume

air di tangki habis. Aliran air yang mengalir sangatlah cepat yaitu 2,45 m/s

sampai 10 m/s dalam satu kali uji coba dan aliran yang mengalir sangatlah

turbulen. Ukuran rotor yang digunakan dalam penelitian ada dua ukuran, yaitu

D=190mm, H=200mm dan D=190mm, H=200mm. Dengan metode tersebut

mereka mendapatkan hasil yaitu mendapat koefisien daya max sebesar 0,19

untuk tinggi rotor 100 mm, 0,047 untuk H=200mm. koefisien torsi max sebesar

0,155 untuk H= 100mm dan 0,024 untuk tinggi rotor 200mm. di dalam

penelitian ini energi potensial tidak digunakan dalam perhitungan hasil data.

(Mabrouki et al. 2014)

Pada penelitian yang dilakukan oleh Mabrouki et al. 2014 dengan judul

Performance Analysis of a Water Savonius Rotor: Effect of the Internal Overlap,

melakukan penelitian terhadap pengaruh rasio overlap yang digunakan pada

rotor savonius, yaitu dengan rasio 0, 0,2, dan 0,3 dengan ukuran rotor

D=190mm dan H=200mm. metode penelitian yang dilakukan sama dengan

metode yang digunakan pada penelitian “Experimental Investigation of the

Height Effect of Water Savonius Rotors, International Journal of Mechanics

and Applications”. Dengan melakukan penelitian tersebut mereka memperoleh

hasil yaitu mendapat koefisien daya max sebesar 0,215 untuk rasio overlap 0

dan 0,327 untuk rasio overlap 0,3. koefisien torsi max sebesar 0,155 untuk rasio

overlap 0 dan 0,26 untuk rasio overlap 0,3. Di dalam penelitian ini energi

potensial tidak digunakan dalam perhitungan hasil data. (Mabrouki et al. 2014)


13

Pada penelitian yang dilakukan oleh A.C. Purnama et al. 2013 dengan

judul Rancang Bangun Turbin Air Sungai Poros Vertikal Tipe Savonius Dengan

Menggunakan Pemandu Arah Aliran, melakukan penelitian terhadap

penggunaan deflektor dan tanpa deflektor pada rotor Savonius pada kecepatan

aliran sungai rendah. Ukuran dari rotor Savonius yang diteliti adalah D=180mm,

H=360mm, rasio overlap 0,2 diteliti pada kecepatan aliran air 0,30 m/s, 0,57

m/s, 0,85 m/s, dan 1,08 m/s. Metode yang digunakan dalam penelitian adalah

menggunakan aliran sungai langsung dengan meletakkan rotor Savonius di

sungai dan dilakukan pengujian. Dengan melakukan penelitian tersebut mereka

memperoleh hasil yaitu untuk tanpa deflektor mendapat koefisien daya max

sebesar 0,12 untuk kecepatan aliran air 0,3 m/s, 0,13 untuk kecepatan aliran air

0,57 m/s, 0,08 untuk kecepatan aliran air 0,85 m/s, dan 0,06 untuk kecepatan

aliran air 1,08 m/s. (A.C. Purnama et al. 2013)


14

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Penelitian

Pada penelitian ini akan meneliti kincir air poros vertikal tipe Savonius

dua dengan celah sudu terbuka tipe U dengan tinggi dan diameter kincir adalah

10 cm, dengan variasi kecepatan aliran fluida 0,75 m/s, 0,9 m/s dan 1,1 m/s

dengan menggunakan deflektor dan tanpa deflektor pada saluran air buatan.

Didalam penelitian ini akan mencari potensi dari koefisien daya (Cp),

koefisien torsi ( 𝐶𝑚 ) dan Tip Speed Ratio (TSR) (λ) pada kincir air

menggunakan aliran sungai atau selokan yang lambat dengan menampung air

dan mengalirkannya dengan saluran buatan.

Tujuan dari desain alat yang digunakan di dalam penelitian adalah untuk

mempermudah mengatur debit aliran air dan kecepatan aliran air yang akan

digunakan di dalam penelitian ini.


15

3.2 Alat dan Bahan

3.2.1. Skema set up alat eksperimen

Didalam melakukan penelitian digunakan set up alat seperti gambar berikut:

Gambar 3.1 : Bagian utama set up spesimen penelitian.

Keterangan :

1. Bak penampung air

2. Penutup pintu air.

3. Saluran air.

4. Rem torsi.

5. Deflektor.

6. Kincir.

1 6 cm

2

1 6 cm

6 cm

3

1 6 cm

6 cm

4

3

1 6 cm

6 cm

1 6 cm

6 cm

5

1 6 cm

1 6 cm

6 cm

6

3

1 6 cm

6 cm

1 6 cm

6 cm


16

Proses berlangsungnya kerja set up alat pada Gambar 3.1 dapat diskemakan

sebagai berikut:

Gambar 3.2 : Gambar skema proses penelitian berlangsung.

Dengan Q adalah debit masukan dari aliran air sungai, Qin adalah debit

masukan pada saluran air, U adalah kecepatan aliran fluida, Qout 1 adalah debit

berlebih yang keluar, Qout 2 adalah debit keluaran dari saluran air, a adalah

aliran air sungai, b adalah tangki air pengatur kecepatan aliran, dan c adalah

sungai.

Mula-mula tangki air (b) terisi penuh dengan masuknya air dari sungai (a),

kemudian volume air akan ditampung, setelah volume air yang ditampung

sudah melebihi tinggi pintu air yang dibuka maka volume air yang berlebihan

akan keluar melalui pintu air (Qout 1) kembali ke sungai (c), dengan mengatur

pintu air maka debit (Q) dapat diatur dan kemudian air akan masuk ke saluran

air dengan debit tertentu (Qin) dan kecepatan tertentu (U), kemudian akan

keluar melalui (Qout 2) kembali ke sungai (c).

Kincir

6 cm

c

6 cm

Q

6 cm

Qout 1

6 cm

Qin

6 cm

U

6 cm

Qout 2

6 cm

b

6 cm

c

6 cm

a

6 cm


17

3.2.2. Spesifikasi dan keterangan alat

a) Rotor Savonius

Rotor Savoniur adalah alat yang digunakan untuk menangkap Energi

Kinetik, Energi Potensial, dan Energi Aliran pada fluida yang mengalir dan

mengkonversikan Energi ini menjadi energi Kinetik dengan arah gerakan rotor

yang berotasi. Simbol-simbol dimensi rotor dapat dilihat pada gambar 2.3

Tabel 3.1 : Tabel spesifikasi rotor.

Diameter Ketinggian

Rotor H

(m)

Jarak Celah Aspect

Ratio

(α)

Overlap

Ratio

(𝛽)

Plat

(Df) m

Rotor

(D) m

Sudu

(d) m

1 (e) m 2 (e’) m

0,11 0,10 0,055

88

0,10

0,0139

7

0,0139

7

1 0,25

Gambar 3.3 : Gambar rotor savonius penelitian.

Akrilik 6 cm

PVC 6 cm


18

b) Deflektor

Di dalam penelitian kali ini akan digunakan deflektor sebagai pemandu

arah aliran fluda dan akan dibandingkan terhadap hasil data tanpa menggunakan

deflektor.

Deflektor adalah sebuah konstruksi yang bertujuan untuk mengarahkan

suatu aliran fluida ke arah tertentu atau mempersempit luas ruang keluaran

fluida tersebut, deflektor juga bisa digunakan dengan tujuan untuk

meningkatkan kecepatan suatu aliran fluida. Dengan menerapkan deflektor

pada kincir tipe savonius maka dapat mengurangi gaya drag, meningkatkan

kecepatan aliran, dan dapat meningkatkan efisiensi kincir. Desain atau

rancangan kincir savonius menggunakan desain sederhana seperti berikut:

Gambar 3.4 : Struktur rotor Savonius dengan Deflektor pada aliran fluida. (a)

deflektor, (b) rotor Savonius, dan (c) fluida yang mengalir.

Deflektor dipasang dengan jarak 10 cm dari poros kincir, dapat dilihat pada

Gambar 3.1.


19

Deflektor terbuat dari akrilik.

Gambar 3.5 : Gambar konstruksi deflektor

c) Saluran air

Saluran air adalah tempat aliran air akan mengalir, panjang saluran air ini

adalah 8 meter, dengan panjang 8 meter maka dapat menjamin aliran air akan

selalu laminer dan memiliki jarak untuk pemasangan alat ukur dan kincirnya.

Saluran air ini terbuat dari akrilik setebal 5 mm dan dibagi menjadi 4

bagian dengan panjang masing-masing adalah 2 meter dan disambung menjadi

8 meter.

Didalam penelitian ini kami menggunakan saluran air buatan untuk

mengalirkan fluida ke kincir air yang kami rancang, saluran air yang kami

rancang haruslah dapat membuat aliran fluida menjadi aliran laminer dan aliran

fluidanya dapat dilihat langsung.


20

Dengan kecepatan aliran fluida 1,1 m/s dari tangki air masuk ke saluran

air dapat menyebabkan aliran turbulen sehingga menyebabkan kecepatan aliran

tidak stabil, oleh karena itu panjang dari saluran haruslah dihitung.

Gambar 3.6 : Gambar Saluran air terbuat dari akrilik 5mm sepanjang 2 meter.

Panjang dari saluran air ini ditentukan dengan perhitingan-perhitungan

berikut:

Dengan persamaan 14 sampai 17 maka diperoleh angka Reynold sebesar

303.258 dengan 𝜌 sebesar 1000 kg/m3, U sebesar 1,1 m/s, 𝐷𝐻 sebesar 0,2 , 𝜇

sebesar 0,000798. Dengan angka Reynold 303.258 maka aliran pada saat

masuk saluran air adalah dalam kondisi sangat Turbulen, maka dibutuhkan jarak

tertentu agar aliran menjadi laminer.

Dengan angka Reynold sebesar 303.258 maka panjang saluran air yang

dibutuhkan agar aliran menjadi laminer (𝐿𝐻) adalah 4,37 meter.

Dengan hasil diatas maka desain saluran air kami haruslah minimal sepanjang

4,37 meter agar mendapat aliran laminer dan kecepatan yang stabil. Jarak 4,37

meter tersebut akan ditambah lagi dengan jarak pemasangan alat ukur dan jarak

kincir air dari aliran air yang laminer.

Akrilik 5mm 6 cm


21

d) Tangki air pengatur kecepatan aliran

Tangki air akan digunakan sebagai sumber penampungan fluida dan

pengatur kecepatan aliran fluida, karena di dalam penelitian ini menggunaan

aliran air sungai sebagai sumber fluida agar debit yang dibutuhkan dapat

terpenuhi.

Dikarenakan kecepatan aliran fluida yang dibituhkan adalah aliran secara

konstan dengan debit yang tetap dan kecepatan yang diinginkan, maka tidak

boleh adanya perubahan yang terlalu besar pada kecepatan aliran fluida, oleh

karena itu pintu air akan ditutup sampai kecepatan aliran sesuai yang

dibutuhkan

Tangki ini terbuat dari triplek 12 mm yang dilapisi dengan resin yang

berfungsi sebagai pengatur kecepatan aliran air dengan mengubah ketinggian

permukaan air dengan menutup pintu air. Air yang masuk ke tangki akan

mengalir keluar (a) mengalir ke saluran air buatan dan air yang berlebihan dari

tinggi air yang ditentukan akan keluar melalui pintu air (b).

Gambar 3.7 : Gambar ukuran tangki air pengatur kecepatan aliran.

b 6 cm

a 6 cm


22

e) Rem torsi

Rem torsi adalah alat yang akan digunakan untuk mengukur daya torsi dan

kecepatan putar per menit yang dihasilkan oleh kincir yang diteliti, skema dari

alat ini adalah sebagai berikut.

Gambar 3.10 : Gambar Desain alat rem torsi

1

2


23

Gambar 3.11 : Gambar skema alat rem torsi

1. Poros

2. Timbangan

3. Tempat mengukur rpm

4. Piring rem

5. Tempat menyambung dengan poros rotor

6. Kapas rem

7. Pegas pengatur rem

8. Lengan rem

9. Tali penghubung dengan timbangan.

Cara kerja alat :

Dapat dilihat pada gambar 3.10 dan gambar 3.11 saat poros disambung

dengan kincir (5) maka piring rem (4) akan ikut berputar bersama dengan kincir

berlawanan arah jarum jam, rem torsi akan dikencangkan (7) dan kemudian

kapas rem (6) akan menjepit dan mengerem piring rem (4), karena lengan rem

(8) tidak fix maka lengan rem akan ikut berputar searah jarum jam, akibat

putaran lengan rem maka ujung lengan yang dipasang tali (9) akan tertarik dan

tali ini akan menarik timbangan pada alat ukur beban (2).

6

5

4

3

7

9 8


24

3.2.3.Alat

Alat-alat yang digunakan untuk melaksanakan penelitian yang dilakukan :

Tabel 3.2 : Tabel alat dan bahan.

No Nama alat Tujuan penggunaan

1 Tachometer Mengukur revolusi per minute rotor (rpm)

Mesin bor Mengebor spesimen

3 Timbangan Mengukur beban yang dihasilkan oleh rem torsi

4 Anonemeter Mengukur kecepatan aliran fluida

5 Meteran Mengukur spesimen dan ketinggian permukaan

fluida

6 Alat potong Memotong bahan untuk membuat alat

7 Alat tulis Menulis pengambilan data

8 Mesin gerinda Memotong spesimen

9 Palu Memasang spesimen

10 Gergaji Memotong spesimen


25

3.3 Diagram alir penelitian

Diagram alir untuk penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut :

Hasil Tidak

Bagus

MULAI

STUDY PUSTAKA

PERANCANGAN ALAT PENELITIAN

PEMBUATAN ALAT PENELITIAN

SET UP ALAT PENELITIAN

PENGAMBILAN DATA

MELAKUKAN PENELITIAN DENGAN VARIASI

1. VARIASI KECEPATAN ALIRANTANPA DEFLEKTOR

2. VARIASI KECEPATAN ALIRAN DENGAN DEFLEKTOR

PENGOLAHAN

DATA

KESIMPULAN

SELESAI


26

3.4 Langkah penelitian

Didalam melakukan penelitian ini ada langkah-langkah yang perlu dikakukan

dalam melakukan penelitian dan pengambilan data, yaitu :

1. Penelitian akan diawali dengan melakukan persiapan set up penelitian seperti

pada Gambar 3.1 dan Gabar 3.2.

2. Air diarahkan ke tangki air dengan pengarah aliran air

3. Katup pada tangki air dibuka agar air mengalir.

4. Pengambilan data terhadap parameter-parameter yang diperlukan akan diambil

dalam ukuran beban torsi yang dihasilkan oleh rem torsi sampai kincir tidak

berotasi lagi.

5. setelah selesai dengan melakukan penelitian pada variasi pertama, maka akan

dilanjutkan pada variasi selanjutnya.

6. Setelah selesai melakukan pengambilan data terhadap parameter-parameter

yang diperlukan, pengarah aliran air dilepas.

7. Set up alat dibongkar dan disimpan.

8. Data parameter-parameter yang diproleh akan diproses untuk mencari koefisien

torsi (𝐶𝑚), koefisien daya (Cp), dan Tip Speed Ratio (TSR) (λ) dengan bentuk

grafik dan tabel.

3.5 Analisa data

Parameter-parameter yang perlu diukur selama penelitian berlangsung yaitu:

1. Kecepatan aliran air (U).

2. Putaran poros yang dihasilkan dalam tiap menit, rpm (n).

3. Gaya torsi yang dihasilkan oleh rotor (T).

Data yang perlu dianalisis setelah melakukan penelitian yaitu:

1. Koefisien torsi (𝐶𝑚).

2. Koefisien daya (Cp).

3. Tip Speed Ratio (TSR) (λ).

4. Pengaruh deflektor.

Pengolahan dan analisis data diawali dengan melakukan penelitian terlebih

dahulu kemudian melakukan perhitungan-perhitungan pada parameter-parameter


27

yang diperlukan dengan menggunakan persamaan (8) sampai dengan persamaan

(13). Pengolahan dan analisis data akan disajikan dengan bentuk tabel, grafik dan

kemudian kesimpulan.

Grafik dibuat sesuai dengan referensi penelitian yang digunakan


28

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data hasil percobaan

Didalam melakukan percobaan dan pengambilan data yang dilakukan

terdapat beberapa reduksi pada hasil data yang diambil, hal-hal ini disebabkan

oleh beban atau berat dari rem torsi dan poros yang digunakan mengakibatkan

data yang diambil mengalami reduksi.

Data-data hasil pengambilan data untuk variasi kecepatan aliran air 0,75 m/s,

0,9 m/s dan 1,1 m/s untuk tanpa menggunakan deflektor ditampilkan pada Tabel

4.1.

Tabel 4.1 Tabel pengambilan data tanpa deflektor

U = 0.75 m/s U = 0.9 m/s U = 1.1 m/s

No Beban

(Kg) rpm (n)

Beban

(Kg) rpm (n)

Beban

(Kg) rpm (n)

1 0.000 155 0.000 174 0.000 294

2 0.030 111 0.030 122 0.030 264

3 0.040 104 0.040 115 0.040 246

4 0.050 98 0.050 109 0.050 223

5 0.060 55 0.060 81 0.060 190

6 0.070 0 0.070 56 0.070 164

7 0.080 33 0.080 144

8 0.090 0 0.090 130

9 0.100 118

10 0.110 108

11 0.120 100

12 0.130 94

13 0.140 90

14 0.150 77

15 0.160 67

16 0.170 35

17 0.180 0


29

Data-data hasil pengambilan data untuk variasi kecepatan aliran air 0,75 m/s,

0,9 m/s dan 1,1 m/s untuk dengan menggunakan deflektor ditampilkan pada

Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Tabel pengambilan data dengan deflektor

U = 0.75 m/s U = 0.9 m/s U = 1.1 m/s

No Beban

(Kg) rpm (n)

Beban

(Kg) rpm (n)

Beban

(Kg) rpm (n)

1 0.000 216 0.000 235 0.000 327

2 0.030 184 0.030 204 0.030 272

3 0.040 176 0.040 193 0.040 257

4 0.050 166 0.050 187 0.050 245

5 0.060 156 0.060 180 0.060 217

6 0.070 149 0.070 173 0.070 194

7 0.080 144 0.080 168 0.080 179

8 0.090 141 0.090 162 0.090 161

9 0.100 137 0.100 149 0.100 147

10 0.110 128 0.110 136 0.110 137

11 0.120 120 0.120 126 0.120 130

12 0.130 113 0.130 117 0.130 121

13 0.140 101 0.140 109 0.140 113

14 0.150 74 0.150 104 0.150 108

15 0.160 61 0.160 97 0.160 94

16 0.170 44 0.170 83 0.170 76

17 0.180 33 0.180 70 0.180 61

18 0.190 0 0.190 63 0.190 55

19 0.200 49 0.200 47

20 0.210 30 0.210 38

21 0.220 0 0.220 32

22 0.230 0


30

4.2 Pengolahan data dan perhitungan

Contoh-contoh perhitungan diambil dari tabel 4.2 kecepatan aliran air 1.1 m/s

baris ke 14

1) Perhitungan torsi (T)

Besar torsi yang dihasilkan oleh kincir air pada pada aliran air yang mengalir

dapat dicari dengan mengetahui beban terukur pada timbangan dan panjang

lengan torsi menggunakan persamaan 10 :

𝑇 = 𝐹𝐿

= 1,472 . 0,1

= 0,147 Nm

Sehingga torsi yang didapat adalah 0,147 Nm

2) Perhitungan kecepatan sudut (𝜔)

Dengan diketahui kecepatan putaran per menit sebesar 108 (rpm) maka

kecepatan sudut dapat ditentukan dengan persamaan 6 :

𝜔 = 2𝜋𝑛

60 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘

= 2𝜋 . 108

60 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘

= 11,310 rad/s

Maka kecepatan sudut yang didapat adalah 11,310 rad/s

3) Perhitungan Tip Speed Ratio (TSR) (λ)

Dengan mengetahui kecepatan aliran sebesar air 1,1 m/s, kecepatan sudut

11,310 rad/s dan diameter kincir 0,1 m maka TSR dapat dicari menggunakan

persamaan 5 :

λ = 𝜔𝐷

2𝑈

= 11,310 . 0,1

2 . 1,1

= 0,514

Maka Tip Speed Ratio yang didapat adalah 0,514


31

4) Perhitungan daya (watt) (P)

Dengan mengetahui torsi sebesar 0,147 Nm dan kecepatan sudut 11,310 rad/s

maka daya yang dihasilkan dari kincir bisa dicari menggunakan persamaan 9 :

𝑃 = 𝑇𝜔

= 0,147 Nm . 3,351 Rad/s

= 1,664 watt

Maka daya yang didapat adalah 1,664 watt

5) Perhitungan koefisien torsi (Cm)

Dengan mengetahui torsi sebesar 0,147 Nm, massa jenis fluida 1000 kg/m3,

tinggi 0,1 m, lebar diameter kincir 0,1 m dan kecepatan aliran air 1,1 m/s maka

koefisien torsi dapat dicari menggunakan persamaan 7 :

𝐶𝑚 = 4𝑇

𝜌𝐻𝐷2𝑈2

= 4 . 0,147

1000 . 0,1 . 0,12 . 1,12

= 0,486

Maka koefisien torsi yang didapat adalah 0,486 (48,6%)

6) Perhitungan koefisien daya (Cp)

Dengan mengetahui daya yang dihasilkan kincir sebesar 1,664 watt, massa jenis

fluida 1000 kg/m3, tinggi kincir 0,1 m, lebar diameter kincir 0,1 m dan

kecepatan aliran air 1,1 m/s maka koefisien daya dapat dicari dengan persamaan

8 :

𝐶𝑝 = 2𝑃

𝜌𝐻𝐷𝑈3

= 2 . 1,664

1000 . 0,1 . 0,1 . 1,13

= 0,250

Maka koefisien daya yang didapat adalah 0,250 (25%)


32

4.3 Tabel hasil pengolahan data dan perhitungan

Setelah mendapatkan data-data dari pengekuran dan perhitungan-

perhitungan pengolahan data, data disajikan dalam bentuk tabel

4.3.1. Tabel hasil pengolahan data tanpa deflektor

Data-data hasil pengolahan data untuk variasi kecepatan aliran air 0,75 m/s,

0,9 m/s dan 1,1 m/s untuk tanpa menggunakan deflektor ditampilkan pada Tabel

4.3, Tabel 4.4 dan Tabel 4.5.

Tabel 4.3 Tabel pengolahan data tanpa deflektor kecepatan aliran air 0,75 m/s

No Torsi

(Nm) ω

TSR

(λ) P Cm Cp

1 0,000 16,232 1,082 0,000 0,000 0,000

2 0,029 11,624 0,775 0,342 0,209 0,162

3 0,039 10,891 0,726 0,427 0,279 0,203

4 0,049 10,263 0,684 0,503 0,349 0,239

5 0,059 5,760 0,384 0,339 0,419 0,161

6 0,069 0,000 0,000 0,000 0,488 0,000


No Torsi

(Nm) ω

TSR

(λ) P Cm Cp

1 0,000 18,221 1,012 0,000 0,000 0,000

2 0,029 12,776 0,710 0,376 0,145 0,103

3 0,039 12,043 0,669 0,473 0,194 0,130

4 0,049 11,414 0,634 0,560 0,242 0,154

5 0,059 8,482 0,471 0,499 0,291 0,137

6 0,069 5,864 0,326 0,403 0,339 0,110

7 0,078 3,456 0,192 0,271 0,388 0,074

8 0,088 0,000 0,000 0,000 0,436 0,000


33


No Torsi

(Nm) ω

TSR

(λ) P Cm Cp

1 0,000 30,788 1,399 0,000 0,000 0,000

2 0,029 27,646 1,257 0,814 0,097 0,122

3 0,039 25,761 1,171 1,011 0,130 0,152

4 0,049 23,353 1,061 1,145 0,162 0,172

5 0,059 19,897 0,904 1,171 0,195 0,176

6 0,069 17,174 0,781 1,179 0,227 0,177

7 0,078 15,080 0,685 1,183 0,259 0,178

8 0,088 13,614 0,619 1,202 0,292 0,181

9 0,098 12,357 0,562 1,212 0,324 0,182

10 0,108 11,310 0,514 1,220 0,357 0,183

11 0,118 10,472 0,476 1,233 0,389 0,185

12 0,128 9,844 0,447 1,255 0,422 0,189

13 0,137 9,425 0,428 1,294 0,454 0,195

14 0,147 8,063 0,367 1,187 0,486 0,178

15 0,157 7,016 0,319 1,101 0,519 0,165

16 0,167 3,665 0,167 0,611 0,551 0,092

17 0,177 0,000 0,000 0,000 0,584 0,000


34

4.3.2.Tabel hasil pengolahan data tanpa deflektor

Data-data hasil pengolahan data untuk variasi kecepatan aliran air 0,75 m/s,

0,9 m/s dan 1,1 m/s untuk dengan menggunakan deflektor ditampilkan pada

Tabel 4.6, Tabel 4.7 dan Tabel 4.8.

Tabel 4.6 Tabel pengolahan data dengan deflektor kecepatan aliran air 0,75

m/s

No Torsi

(Nm) ω

TSR

(λ) P Cm Cp

1 0,000 22,619 1,508 0,000 0,000 0,000

2 0,029 19,268 1,285 0,567 0,209 0,269

3 0,039 18,431 1,229 0,723 0,279 0,343

4 0,049 17,383 1,159 0,853 0,349 0,404

5 0,059 16,336 1,089 0,962 0,419 0,456

6 0,069 15,603 1,040 1,071 0,488 0,508

7 0,078 15,080 1,005 1,183 0,558 0,561

8 0,088 14,765 0,984 1,304 0,628 0,618

9 0,098 14,347 0,956 1,407 0,698 0,667

10 0,108 13,404 0,894 1,446 0,767 0,686

11 0,118 12,566 0,838 1,479 0,837 0,701

12 0,128 11,833 0,789 1,509 0,907 0,715

13 0,137 10,577 0,705 1,453 0,977 0,689

14 0,147 7,749 0,517 1,140 1,046 0,541

15 0,157 6,388 0,426 1,003 1,116 0,475

16 0,167 4,608 0,307 0,768 1,186 0,364

17 0,177 3,456 0,230 0,610 1,256 0,289

18 0,186 0,000 0,000 0,000 1,325 0,000


35

Tabel 4.7 Tabel pengolahan data dengan deflektor kecepatan aliran air 0,9 m/s

No Torsi

(Nm) ω

TSR

(λ) P Cm Cp

1 0,000 24,609 1,367 0,000 0,000 0,000

2 0,029 21,363 1,187 0,629 0,145 0,172

3 0,039 20,211 1,123 0,793 0,194 0,218

4 0,049 19,583 1,088 0,961 0,242 0,264

5 0,059 18,850 1,047 1,109 0,291 0,304

6 0,069 18,117 1,006 1,244 0,339 0,341

7 0,078 17,593 0,977 1,381 0,388 0,379

8 0,088 16,965 0,942 1,498 0,436 0,411

9 0,098 15,603 0,867 1,531 0,484 0,420

10 0,108 14,242 0,791 1,537 0,533 0,422

11 0,118 13,195 0,733 1,553 0,581 0,426

12 0,128 12,252 0,681 1,563 0,630 0,429

13 0,137 11,414 0,634 1,568 0,678 0,430

14 0,147 10,891 0,605 1,603 0,727 0,440

15 0,157 10,158 0,564 1,594 0,775 0,437

16 0,167 8,692 0,483 1,450 0,824 0,398

17 0,177 7,330 0,407 1,294 0,872 0,355

18 0,186 6,597 0,367 1,230 0,920 0,337

19 0,196 5,131 0,285 1,007 0,969 0,276

20 0,206 3,142 0,175 0,647 1,017 0,178

21 0,216 0,000 0,000 0,000 1,066 0,000


36

Tabel 4.8 Tabel pengolahan data dengan deflektor kecepatan aliran air 1,1 m/s

No Torsi

(Nm) ω

TSR

(λ) P Cm Cp

1 0,000 34,243 1,557 0,000 0,000 0,000

2 0,029 28,484 1,295 0,838 0,097 0,126

3 0,039 26,913 1,223 1,056 0,130 0,159

4 0,049 25,656 1,166 1,258 0,162 0,189

5 0,059 22,724 1,033 1,338 0,195 0,201

6 0,069 20,316 0,923 1,395 0,227 0,210

7 0,078 18,745 0,852 1,471 0,259 0,221

8 0,088 16,860 0,766 1,489 0,292 0,224

9 0,098 15,394 0,700 1,510 0,324 0,227

10 0,108 14,347 0,652 1,548 0,357 0,233

11 0,118 13,614 0,619 1,603 0,389 0,241

12 0,128 12,671 0,576 1,616 0,422 0,243

13 0,137 11,833 0,538 1,625 0,454 0,244

14 0,147 11,310 0,514 1,664 0,486 0,250

15 0,157 9,844 0,447 1,545 0,519 0,232

16 0,167 7,959 0,362 1,327 0,551 0,199

17 0,177 6,388 0,290 1,128 0,584 0,169

18 0,186 5,760 0,262 1,074 0,616 0,161

19 0,196 4,922 0,224 0,966 0,649 0,145

20 0,206 3,979 0,181 0,820 0,681 0,123

21 0,216 3,351 0,152 0,723 0,713 0,109

22 0,226 0,000 0,000 0,000 0,746 0,000


37

4.4 Grafik hasil perhitungan

Dari data yang telah diperoleh, kemudian diolah kembali ke dalam bentuk

grafik untuk mengetahui hubungan antara torsi (Nm) dengan kecepatan putar

kincir (rpm), koefisien daya kincir (Cp) dengan Tip Speed Ratio (TSR),

koefisien torsi kincir (Cm) dengan Tip Speed Ratio (TSR). Grafik yang

disajikan untuk setiap variasi kecepatan percobaan dapat dilihat pada grafik

berikut ini

4.4.1. Grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putar kincir

Berdasarkan hasil perhitungan yang telah dilakukan pada Tabel 4.3, 4.4, 4.5,

4.6, 4.7 dan 4.8 maka dapat dibuat grafik hubungan antara torsi dengan

kecepatan putar kincir yang disajikan pada Grafik 4.1, 4.2 dan 4.3

Grafik 4.1 : Grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putar kincir pada

kecepatan aliran air 0,75 m/s

0

50

100

150

200

250

0,000 0,020 0,040 0,060 0,080 0,100 0,120 0,140 0,160 0,180 0,200

rpm

Torsi (Nm)

Tanpa Deflektor Dengan Deflektor

Poly. (Tanpa Deflektor) Poly. (Dengan Deflektor)


38





0

50

100

150

200

250

0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250

rpm

Torsi (Nm)



0

50

100

150

200

250

300

350

0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250

rpm

Torsi (Nm)




39

4.4.2. Grafik hubungan antara koefisien daya kincir dengan Tip Speed Ratio


4.6, 4.7 dan 4.8 maka dapat dibuat grafik hubungan antara koefisien daya kincir

dengan Tip Speed Ratio yang disajikan pada Grafik 4.4, 4.5 dan 4.6

Grafik 4.4 : Grafik hubungan antara koefisien daya kincir dengan Tip Speed

Ratio pada kecepatan aliran air 0,75 m/s

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

0,700

0,800

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600

Cp

TSR




40





0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0,450

0,500

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600

Cp

TSR



0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800

Cp

TSR




41

4.4.3.Grafik hubungan antara koefisien torsi kincir dengan Tip Speed Ratio


4.6, 4.7 dan 4.8 maka dapat dibuat grafik hubungan antara koefisien torsi kincir

dengan Tip Speed Ratio yang disajikan pada Grafik 4.7, 4.8 dan 4.9

Grafik 4.7 : Grafik hubungan antara koefisien torsi kincir dengan Tip Speed


0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

1,400

1,600

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600

Cm

TSR




42





0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600

Cm

TSR



0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

0,700

0,800

0,900

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800

Cm

TSR




43

4.4.4. Grafik hubungan antara daya (watt) kincir dengan kecepatan putar (rpm)


4.6, 4.7 dan 4.8 maka dapat dibuat grafik hubungan antara koefisien torsi kincir

dengan kecepatan putar (rpm) yang disajikan pada Grafik 4.10, 4.11 dan 4.12

Grafik 4.11 : Grafik hubungan antara daya (watt) kincir dengan rpm pada


0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

1,400

1,600

0 50 100 150 200 250

Day

a (w

att)

rpm




44





0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

1,400

1,600

1,800

0 50 100 150 200 250

Day

a (w

att)

rpm



0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

1,400

1,600

1,800

0 50 100 150 200 250 300 350

Day

a (w

att)

rpm




45

4.5 Pembahasan

Dari hasil penelitian kincir air poros vertikal tipe Savonius dua sudu celah

terbuka tipe U dengan tinggi dan diameter kincir adalah 10 cm, dengan variasi

kecepatan aliran air adalah 0,75 m/s, 0,9 m/s dan 1,1 m/s dengan menggunakan

deflektor dan tanpa deflektor pada saluran air buatan tertutup, dapat dicari unjuk

kerja kincir air yang terbaik. Pada data hubungan antara torsi (Nm) dan

kecepatan putar kincir (rpm) dapat dilihat bahwa pada kecepatan aliran air 1,1

m/s dengan menggunakan deflektor menghasilkan torsi yang paling besar

diantara variasi kecepatan lainnya dengan menggunakan deflektor. Hal tersebut

dapat dilihat pada kecepatan putaran poros sebesar 32 (rpm) dan gaya 2,158 N

yang menghasilkan torsi sebesar 0,216 Nm.

Pada data hubungan antara koefisien daya kincir (Cp) dan Tip Speed Ratio

(TSR), dapat dilihat bahwa data dengan menggunakan deflektor meningkat

dengan drastis terhadap koefisien daya kincir dan Tipe Speed Ratio

dibandingkan terhadap tanpa menggunakan deflektor. Hal tersebut diakibatkan

oleh kecepatan aliran (m/s) yang meningkat menjadi dua kali lebih cepat dengan

deflektor dan berkurangnya gaya drag dikarenakan deflektor membelokkan

aliran air ke arah sudu yang digunakan untuk menangkap aliran air sehingga

aliran air yang menabrak sudu yang tidak menangkap aliran air berkurang cukup

besar. Hasil data hubungan antara koefisien daya kincir (Cp) dan Tip Speed

Ratio (TSR) yang paling tinggi diperoleh pada kecepatan aliran air 0,75 m/s

dengan menggunakan deflektor, dengan koefisien daya sebesar 0,715 (71,5%)

pada Tip Speed Ratio sebesar 0,789 menjadi hubungan tertinggi antara

hubungan data yang lainnya.

Hasil data hubungan antara koefisien torsi kincir (Cm) dan Tip Speed Ratio

(TSR) yang paling tinggi diperoleh pada kecepatan aliran air 0,75 m/s dengan

menggunakan deflektor, dengan koefisien daya sebesar 1,256 (125,6%) pada

Tip Speed Ratio sebesar 0,230 menjadi hubungan tertinggi antara hubungan data

yang lainnya.

Hasil data hubungan antara daya (P) (watt) kincir dan kecepatan putaran per

menit (rpm) yang paling tinggi diperoleh pada kecepatan aliran air 1,1 m/s


46

dengan menggunakan deflektor, dengan daya sebesar 1,664 watt pada rpm

sebesar 108 menjadi hubungan tertinggi antara hubungan data yang lainnya.

Dari hasil data yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa dari variasi

kecepatan aliran yang paling menunjukkan kinerja terbaik adalah kecepatan

aliran aliran 0,75 m/s dengan menggunakan deflektor, hal ini dikarenakan

dengan kecepatan aliran 0,75 m/s dapat menghasilkan daya sebesar 1,509 watt,

koefisien daya yang tinggi sebesar 0,715 (71,5%) dan koefisien torsi yang tinggi

sebesar 1,256 (125,6%) hanya dengan kecepatan aliran yang lebih lambat

daripada kecepatan aliran yang lainnya.

Dari hasil penelitian didapatkan hasil yang sangat besar dari grafik diagram

Betz limit yang ditunjukkan pada Gambar 2.1 yaitu efisiensi rotor Savonius

mencapai 71,5%, penyebab hal-hal tersebut yaitu:

a) Jenis fluida yang digunakan adalah fluida berupa air sehingga memiliki

massa jenis yang berbeda jauh dari massa jenis fluida udara, aliran air ini

memiliki energi yang dihasilkan lebih besar dari pada aliran udara.

b) Penggunaan deflektor mampu meningkatkan atau menambah efisiensi

sampai sebesar 50%. (K. Golecha, 2011, hal. 3207–3217)

c) Penelitian itu tidak menggunakan energi potensial pada perhitungan data

yang diperoleh, berdasarkan hasil penelitian-penelitian yang pernah

dilakukan oleh para peneliti terdahulu tidak menggunakan pengaruh energi

potensial pada penelitian mereka pada saluran air buatan tertutup.

d) Tekanan akibat pengaruh ketinggian air tidak diukur dan digunakan dalam

perhitungan hasil data.

Namun pada penelitian ini menunjukkan bahwa karakteristik koefisien daya

(Cp) dan Tip Speed Ratio (TSR) tanpa menggunakan deflektor sesuai dengan

grafik diagram Betz limit.


47

4.6 Perbandingan hasil penelitian

Penelitian ini dilakukan dengan melihat penelitian yang telah dilakukan

sebelumnya sebagai referensi, penelitian tersebut adalah hasil penelitian

berdasarkan dengan penelitian oleh Mabrouki dkk dengan judul Experimental

Investigation of the Height Effect of Water Savonius Rotors, International

Journal of Mechanics and Applications dan dengan judul Performance Analysis

of a Water Savonius Rotor: Effect of the Internal Overlap, Sustainable Energy,

tahun 2014. Dan membandingkan hasil penelitian terdahulu tersebut dengan

hasil penelitian yang dilakukan oleh penulis.

Dimensi dari masing-masing rotor yang diteliti disajikan pada tabel

berikut:

Tabel 4.9 Tabel dimensi alat penelitian

Experimental Investigation of the Height Effect of Water

Savonius Rotors, International Journal of Mechanics and

Applications

Dimensi D H e

1 190 mm 100 mm 0

2 190 mm 200 mm 0

Performance Analysis of a Water Savonius Rotor: Effect

of the Internal Overlap, Sustainable Energy

1 190 mm 200 mm 0

2 190 mm 200 mm 0,3

Kincir Air Poros Vertikal Tipe Savonius Dua Sudu

Terbuka Dengan Menggunakan Deflektor

1 100 mm 100 mm 0,25

Perbandingan hasil penelitian oleh peneliti terdahulu dan penulis disajikan

pada tabel 4.10 dengan hanya mengambil nilai-nilai tertinggi dari setiap

penelitian pada masing-masing variasi


48

Tabel 4.10 Tabel perbandingan data penelitian terdahulu dengan penulis

Gambar 4.1 : Gambar set up metode penelitian oleh Mabrouki dkk 2014.

Experimental Investigation of the Height Effect of Water Savonius Rotors,

International Journal of Mechanics and Applications

No RPM Torsi (Nm) TSR (λ) P Cm Cp Kecepatan Aliran

1 685 0,210 3,027 13,03 0,155 0,190 2,45 – 10 m/s

2 570 0,140 1,840 6,667 0,024 0,047 2,45 – 10 m/s

Performance Analysis of a Water Savonius Rotor: Effect of the Internal

Overlap, Sustainable Energy

1 685 0,210 3,027 15,05 0,155 0,215 2,45 – 10 m/s

2 737 0,250 2,510 19,28 0,260 0,327 2,45 – 10 m/s

Hasil Penelitian tanpa Deflektor

1 155 0,069 1,082 0,503 0,488 0,239 0,75 m/s

2 174 0,088 1,012 0,499 0,436 0,154 0,9 m/s

3 294 0,177 1,399 1,294 0,584 0,195 1.1 m/s

Hasil Penelitian Dengan Deflektor

1 216 0,186 1,508 1,509 1,325 0,715 0,75 m/s

2 235 0,216 1,367 1,603 1,066 0,440 0,9 m/s

3 327 0,226 1,557 1,664 0,746 0,250 1,1 m/s


49

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian yang telah dilakukan dengan melakukan variasi kecepatan

aliran 0,75 m/s, 0,9 m/s dan 1,1 m/s dengan tidak menggunakan deflektor dan

mengunakan deflektor dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1) Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa rotor savonius pada aliran air

yang rendah mengunakan deflektor dapat menghasilkan koefisien daya

yang tinggi yaitu sebesar 0,715 (71,5%) pada kecepatan aliran air 0,75 m/s

dan daya sebesar 1,509 watt. Dengan hasil tersebut dapat disimpulkan

bahwa aliran lambat yang diteliti ternyata memiliki potensi yang cukup

bagus jika digunakan metode yang benar dan efisien seperti menggunakan

deflektor.

2) Dari hasil data yang diperoleh dari penelitian dapat disimpulkan bahwa

dengan adanya deflektor sangat besar mempengaruhi koefisien daya (Cp),

koefisien torsi (Cm) dan Tip Speed Ratio (TSR) dari kincir Savonius yang

diteliti, terjadinya peningkatan yang sangat drastis dan berkurangnya daya

drag pada kincir savonius.

3) Dapat disimpulkan bahwa hasil dari penelitian yang dilakukan oleh penulis

menghasilkan koefisien torsi (Cm) dan koefisien daya (Cp) lebih besar

dibandingkan dengan hasil penelitian oleh referensi namun mendapatkan

daya yang jauh lebih rendah. Hal ini disebabkan oleh metode penelitian

yang berbeda dan variasi kecepatan aliran air penelitian penulis lebih rendah

dengan aliran fluida laminer konstan. Terjadinya perbedaan pada

perbandingan hasil penelitian diakibatkan oleh perbedaan metode penelitian

dan dimensi rotor Savonius yang digunakan, penelitian yang dilakukan oleh

Mabrouki dkk menggunakan metode aliran air yang tubulen dan debit aliran

air yang tidak konstan yang mengalir hanya beberapa saat saja.


50

5.2 Saran

1) Setelah melakukan penelitian ini, peneliti memiliki beberapa saran untuk

penelitian selanjutnya. Perlu dikembangkan penelitian lebih lanjut mengenai

kincir air tipe savonius untuk meningkatkan unjuk kerja kincir air. Untuk

mendapatkan hasil yang lebih akurat poros pada bearing haruslah benar-benar

lurus dan sambungan poros rotor pada poros piring rem juga harus lurus agar

mengurangi rugi-rugi akibat gesekan.

2) Saat melakukan penelitian disarankan untuk mengukur ketinggian permukaan

air di bak penampung.

3) Pada peneitian selanjutnya disarankan menggunakan saluran air yang lebih

luas dan penampung air yang lebih besar.

4) Untuk penelitian selanjutnya disarankan untuk menggunakan variasi dimensi

dan rasio rotor, variasi bentuk dan posisi deflector, dan variasi kecepatan aliran

lebih cepat.


51

DAFTAR PUSTAKA

A.C. Purnama, Dr. R. Hantoro, ST. MT., dan Dr. G. Nugroho, ST. MT. (2013)

Rancang Bangun Turbin Air Sungai Poros Vertikal Tipe Savonius

Dengan Menggunakan Pemandu Ara Aliran.

H. Bhatt dan S. Jani. (2014) Energy Generation in Water Pipe Lines Savonius

Water Turbine Power, International Journal of Research in Advent

Technology, Vol.2, No.12.

K. Golecha, T. I. Eldho, dan S.V. Prabhu (2012) Performance Study of Modified

Savonius Water Turbine with Two Deflector Plates, International Journal

of Rotating Machinery volume 2012.

K. Golecha, T. I. Eldho, dan S. V. Prabhu. (2011) Influence of the deflector plate

on the performance of modified Savonius water turbine, Applied Energy,

vol. 88, no. 9, pp. 3207–3217.

Mabrouki, Z. Driss, dan M. S. Abid. (2014) Experimental Investigation of the

Height Effect of Water Savonius Rotors, International Journal of

Mechanics and Applications.

Mabrouki, Z. Driss, dan M .S. Abid. (2014) Performance Analysis of a Water

Savonius Rotor: Effect of the Internal Overlap, Sustainable Energy, 2014,

Vol. 2, No. 4, 121-125.

M. N. I. Khan, M. Tariq Iqbal, M. Hinchey, dan V. Masek. (2009) Performance

Of Savonius Rotor As A Water Current Turbine, Journal of Ocean

Technology, vol. 4, no. 2, pp. 71–83.

M. Nakajima, S. Iio, dan T. Ikeda. (2008) Performance of Savonius rotor for

environmentally friendly hydraulic turbine, Journal of Fluid Science and

Technology, vol. 3, no. 3, pp. 420–429.

M. Nakajima, S. Iio, dan T. Ikeda. (2008) Performance of double step Savonius

rotor for environmentally friendly hydraulic turbine, Journal of Fluid

Science and Technology, vol. 3, no. 3, pp. 410–419.


52

N. K. Sarma. (2014) Experimental And Cfd Analyses Of Two Bladed Savonius

Water Turbine Under Low Velocity Conditions, Proceedings of the

ASME 2014 Power Conference.

N. H. Mahmoud, A. A. El-Haroun, E. Wahba, dan M. H. Nasef. (2010) An

experimental study on improvement of savonius rotor performance,

Alexandria Engineering Journal (2012) 51, 19-25.

Outlook Energi Indonesia 2016.

Wenehenubuna, A. Saputraa, dan H. Sutanto. (2014) An experimental study on

the performance of Savonius wind turbines related with the number of

blades, 2nd International Conference on Sustainable Energy Engineering

and Application, ICSEEA 2014.

Yaakob, Y.M. Ahmed, dan M.A. Ismail. (2012) Validation Study for Savonius

Vertical Axis Marine Current Turbine Using CFD Simulation, The 6th

Asia-Pacific Workshop on Marine Hydrodynamics-APHydro2012.

http://www.esdm.go.id/


http://www.esdm.go.id/

53

LAMPIRAN

Lampiran 1 : Lokasi Penelitian


54

Lampiran 2 : Foto-foto alat ukur


55

Lampiran 3 : Rem Torsi


56

Lampiran 4 : Saluran air


57

Lampiran 5 : Dokumentasi Penelitian


58


59


60

Lampiran 6 : Tabel viskositas air


kincir air poros vertikal tipe savonius dua sudu...

Documents