laporan kemajuan pekerti - p3m.ppns.ac.idp3m.ppns.ac.id/wp...agus-setiawan-laporan-kemajuan.pdf ·...

i

LAPORAN KEMAJUAN

PEKERTI

RANCANG BANGUN VERTICAL AXIS SAVONIUS W

ATER TURBINE MODIFIKASI DENGAN MENGGUN

AKAN PERSAMAAN MYRING n = 1

TIM PENGUSUL

PRIYO AGUS SETIAWAN, ST., MT 0019087702

NOPEM ARIWIYONI, ST., MT 0030116205

RINI INDARTI, S.Si., MT 0007017004

POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA

ii

AGUSTUS 2019 RINGKASAN

Kebutuhan energi baru dan terbarukan sangat dinantikan ketika cadangan

bahan bakar fossil menurun. Salah satu energi yang melimpah adalah energi air

yang merupakan sumber daya alam yang dapat diperoleh secara cuma-cuma. Turbin

air Savonius merupakan tipe vertical axis Savonius water turbine (VASWT) yang

sederhana terdiri dari dua (2) atau tiga (3) blade, yang mampu menghasilkan daya

listrik, dimana riset sebelumnya menunjukkan kinerja terbaik untuk jumlah bucket

2. Pada penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa secara numerikal

menggunakan bentuk blade turbin Savonius dengan pendekatan persamaan

MYRING untuk nilai n = 1 mampu meningkatkan kinerja turbin Savonius

dibandingkan dengan model pada n yang lainya dengan kenaikan power coefficient

sekitar 10,9 %. Penelitian lainya dengan memvariasikan overlap ratio pada turbin

Savonius mampu meningkatkan kinerja turbin. Pada tahun pertama dilakukan

penelitian menggunakan bentuk Blade Myring dengan memvariasi overlap ratio 0;

0,01; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25 dan 0,3. Pada tahun ke 2 akan dilanjutkan

mengkombinasikan Myring-Bucket setengah lingkaran dengan memvariasi overlap

ratio 0; 0,01; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25 dan 0,3.

Tujuan umum penelitian ini adalah mampu membuat turbin sesuai dengan

kebutuhan kapasitas daya yang ramah terhadap lingkungan, memiliki kinerja yang

unggul dan reliable sebagai energi masa depan Indonesia sebagai pengganti energi

fossil. Tujuan khusus penelitian ini adalah membuat model vertical axis Savonius

water turbine skala laboratorium dengan simulasi numerikal dan eksperimental

yang diuji pada flume tank pada kondisi nyata dan dapat dilakukan scale up untuk

kebutuhan energi di Indonesia. Tahapan dalam merealisasikan ini dengan

menggunakan metode eksperimental dan numerikal. Sedangkan eksperimental

dilakukan pada flume tank dengan blockage ratio yang diharapkan adalah kurang

dari 20%. Open water channel telah dilakukan pengukuran dengan currentmeter

dan memiliki kecepatan arus sekitar 0,22 m/s. Open water channel memiliki ukuran

lebar 1100 mm dan ketinggian 800 mm. Diameter blade Savonius berukuran 40 mm

dengan overlap ratio () 0; 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25 dan 0,3. Parameter yang diubah

pada tahun 1 dalam penelitian ini adalah overlap ratio (). Pengujian laboratorium

bertujuan untuk mengukur torsi, dengan menggunakan spring balance untuk load

(pembebanan) sebagai brake dan dilakukan perhitungan koefisien torsi dan daya.

Sedangkan simulasi numerikal digunakan untuk memvisualisasikan aliran dari

percobaan dengan berbagai parameter, dimana eksperimen sebagai validator

numerikal. Numerikal dilakukan dengan pendekatan-pendekatan artikel yang telah

dipublikasikan seperti uniform flow pada velocity inlet, symmetry pada wall. Pada

boundary condition terdapat 3 zone yaitu fixed zone (daerah yang terluar), wake

zone (daerah untuk melihat terbentuknya wake dibelakang turbin dan rotating zone

iii

(menggunakan sliding mesh) untuk blade Savonius turbine yang berputar, dimana

antara wake zone dan rotating zone dibatasi oleh interface.

Hasil penelitian pada tahun pertama menunjukkan bahwa Myring blade

pada n=1 menunjukkan peningkatan kinerja atau performansi pada turbin sebesar

42,88% dibanding dengan turbin Savonius konvensional. Secara numerik

menunjukkan bahwa pada sisi advancing di daerah attached flow menunjukkan

bahwa kecepatan meningkat pada sisi advancing daerah attached flow sehingga

menurunkan tekanan dan akan meningkatkan torsi dan daya turbin. Sedangkan,

variasi overlap rasion menunjukkan peningkatan performansi turbin pada overlap

ratio 0,2. Pada tahun selanjutnya akan dikembangkan turbin modifikasi cekung

Myring dan cembung setengah bucket disebut (Myring-conventional) serta dengan

menggunakan gangguan untuk meningkatkan performansi turbin.

Kata Kunci: vertical axis Savonius water turbine, flume tank, blockage ratio,

Myring, konvensional

iv

DAFTAR ISI

Halaman Sampul……………………………………………………………....... i

Halaman Pengesahan………………………………………………………….... ii

Ringkasan ……………………………………………………............................. iii

Daftar Isi ............................................................................................................. v

Bab I. Pendahuluan……………………………………………………………. 1

Bab 2.Tinjauan Pustaka………………………………………………………... 4

Bab 3. Tujuan dan Manfaat Penelitian...……………………………………..... 10

Bab 4. Metode Penelitian ................………………………………………….... 11

Bab 5. Hasil dan Luaran yang Dicapai................................................................. 22

Bab 6. Kesimpulan dan Saran............................................................................... 94

Daftar Pustaka………………………………………………………………….. 95

Lampiran...............................................................................................................

Artikel Ilmiah

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

Penggunaan energi fosil juga berdampak negatif terhadap lingkungan, baik

secara langsung maupun tidak langsung seperti pemanasan global yang berdampak

pada kerusakan ekologi. Untuk mengatasi ketergantungan terhadap energi fosil,

maka perlu dilakukan konversi, konservasi, dan pengembangan sumber-sumber

energi baru terbarukan. Energi ini merupakan energi yang bersih dan dalam proses

produksinya tidak mencemari lingkungan, Nakajima dan Ikeda, [1].

Turbin mengacu pada turbin tipe drag, momentum aliran yang menumbuk

permukaan blade akan mengakibatkan rotor berputar. Salah satu contoh turbin tipe

drag adalah turbin Savonius. Kelebihan dari turbin tipe drag adalah kemampuan

self-starting dengan kecepatan fluida yang relatif rendah, sehingga tidak diperlukan

bantuan dorongan eksternal. Berbagai penelitian telah dilakukan untuk

memperbaiki performa dari turbin Savonius, antara lain dengan memvariasikan

jumlah sudu bucket dan jarak antar bucket. Penelitian dilakukan pada wind tunnel

dengan kecepatan angin 7 dan 14 m/s. Hasil penelitian menunjukkan kinerja turbin

terbaik pada 2 bucket dan overlap ratio 0,15-0,2, Sheldahl, dkk, [2].

Turbin Savonius konvensional memiliki power efficiency relatif lebih

rendah, dengan efisiensi maksimum sekitar 0,25. Untuk meningkatkan efisiensi

turbin Savonius, studi telah dilakukan terhadap pengaruh variasi parameter desain,

seperti aspect ratio dari rotor, overlap, number of blades, dan endplates terhadap

kinerja dengan menggunakan metode eksperimen dan numerik oleh Sheldahl, dkk

[2], Saha dkk, [3], Hayashi, dkk, [4], Akwa, dkk [5] dan Irabu, K dkk [6]. Penelitian

dilakukan untuk meningkatkan kinerja turbin savonius dengan merubah struktur

dari turbin. Kailash dkk, [7] dan Altan dan Atigan, [8] melakukan kajian

eksperimental dnegan meletakkan sebuah guide vane di depan turbin untuk

mendefleksikan aliran didaerah returning blade. Tian dkk, [9] melakukan simulasi

CFD dengan bentuk Novel Blade Shapes terhadap kinerja turbin Savonius dan

kinerja terbaik pada persamaan MYRING nilai n = 1. Patel, dkk [10] melakukan

2

studi secara numerik dilakukan pada Savonius turbine konvensional dengan

kontruksi konvensional dengan memvariasikan overlap ratio sebesar 0, 0,1 dan 0,2.

Pengamatan kinerja turbin savonius dengan kecepatan yang berbeda-beda diperoleh

torsi maksimum pada overlap ratio (e) sebesar 0,2. Yaakob, O. B dkk, [11]

melakukan pengembangan Vertical Axis Marine Current Turbine (VAMCT)

diterapkan pada kecepatan arus yang rendah dengan melanjutkan penelitian

savonius konvensional dari patel, dkk [10]). Eksperimen menemukan indikasi

terbaik pada overlap ratio pada range 0,2 - 0,25 dengan menunjukkan torsi pada

saat starting rendah, rotor mampu bekerja pada kecepatan arus laut yang rendah

sekitar 0,56 m/s. Kecepatan arus yang rendah dan densitas air lebih tinggi tidak

mempengaruhi koefisien power turbin, yang mana mirip turbin angin sekitar 0,16-

0,18. Performansi terbaik diperoleh pada overlap ratio 0,21. Setiawan, [12, 13]

melakukan studi numerikal dengan perubahan diameter sisi advancing dan

Yuwono, [14] menambahkan deflektor pada sisi returning, mampu meningkatkan

kinerja turbin.

Berdasarkan pemahaman di atas, maka dalam penelitian ini akan

dilakukan pengembangan penelitian dalam upaya peningkatan kinerja vertical axis

Savonius water turbine menggunakan persamaan MYRING pada n = 1 dengan

modifikasi perubahan terhadap overlap ratio () sebesar 0; 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25

dan 0,3 pada kecepatan air 0,22 m/s. Vertical axis Savonius Water Turbine diuji

dalam open water channel dengan hasil kinerja turbin dalam koefisien torsi dan

koefisien daya.

1.1.Perumusan Masalah

Masalah yang diangkat dalam penelitian ini adalah:

a. Bagaimana mengetahui kinerja turbin Myring n=1 tanpa overlap ratio secara

simulasi numerik?

b. Bagaimana mengetahui kinerja Myring n=1 dan n=2 dengan eksperimen?

c. Bagaimana mengetahui kinerja dengan overlap ratio dengan overlap ratio

dengan eksperimen?

3

1.2.Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk:

1. Bagaimana mengetahui kinerja turbin Myring n=1 tanpa overlap ratio secara

simulasi numerik?

2. Bagaimana mengetahui kinerja Myring n=1 dan n=2 dengan eksperimen?

3. Bagaimana mengetahui kinerja dengan overlap ratio dengan overlap ratio

dengan eksperimen?

1.3.Batasan Masalah

Untuk lebih memfokuskan arah penelitian, maka diberikan beberapa bat

asan masalah sebagai berikut:

1. Fluida yang digunakan adalah air dengan asumsi alirannya di sisi upstream

bersifat fluida incompressible, steady flow dan uniform.

2. Kemungkinan timbulnya perpindahan panas diabaikan.

3. Turbin Myring dengan dimensi sebagai berikut;

- Diameter turbin (D) = 40 cm.

- Tinggi Turbin (H) = 40 cm.

- Material stainless.

4. Simulasi Numerik dengan menggunakan Initial Condition (IC) yang

digunakan sebagai inputan berdasarkan kecepatan eksperimen.

5. Program CFD yang digunakan software komersial.

4

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Myring Equation

Persamaan Myring untuk desain blade savonius seperti pada persamaan 1 sebagai

berikut:

𝑦 = 𝑏 [1 − (𝑥

𝑎)

2

]1/𝑛

1)

Ketika nilai n = 2, persamaan ini mendefinisikan setengah ellip. Sebagai tambahan

jika n = 2 dan a = b, persamaan tersebut didefinisikan sebagai setengah lingkaran

atau bentuk blade turbin secara konvensional, Tian, dkk [9].

2.2 Tinjauan Pustaka

Penelitian Tian dkk, [9] mengkaji secara numerik dengan memvariasikan

bentuk blade dari persamaan MYRING dengan mengambil nilai a = b = 0,25 m,

dimana nilai n adalah 0,5; 0,75; 1; 1,5; 2; 2,5 dan 3. Gambar 2.1 menunjukkan

bentuk blade terhadap variasi nilai n.

Gambar 2.1. Bentuk blade dengan variasi n

Kajian penelitian yang dihasilkan Tian dkk, [9] mengenai kinerja turbin

Svonius berbagai variasi n seperti pada Gambar 2.2 dan Gambar 2.3.

5

Gambar 2.2. Koefisien torsi terhadap Tip speed ratio () dengan berbagai variasi n

Gambar 2.3. Koefisien daya terhadap Tip speed ratio () dengan berbagai variasi

n

Penelitian Tian dkk, [9] menunjukkan bahwa kinerja turbin Savonius optimal

pada persamaan MYRING n = 1 dibandingkan dengan turbin Savonius tipe n

lainnya. Dimana nilai koefisien power dari variasi n = 1 sebesar 0,2573 dan

koefisien daya meningkat 10,98% dibandingkan blade turbin Savonius

konvensional seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2 dan Gambar 2.3.

Patel, dkk [10] telah melakukan kajian numerik dengan memvariasikan over

lap ratio sebesar 0, 0.1 dan 0,2 dengan mengambil nilai torsi pada putaran bervaria

si dari hasil simulasi numerik. Turbin Savonius dengan memvariasikan overlap rat

6

io sebesar 0, 0,1 dan 0,2, seperti ditunjukkan pada gambar 4. Pengamatan perform

ansi turbin savonius dengan kecepatan yang berbeda-beda diperoleh torsi maksimu

m pada overlap ratio 0,2 .

Gambar. 2.4. Skema penelitian Patel dkk., (2013).

Rekomendasi overlap ratio untuk tipe turbin Savonius adalah 0,2 dan dengan

meningkatnya tip speed ratio (TSR), koefisien power meningkat dan koefisien tors

i menurun. Hal ini serupa dengan hasil studi turbin Savonius untuk aplikasi turbin

angin. Hasil yang diperoleh dari plot simulasi menunjukkan overlap ratio 0,2 men

ghasilkan nilai Cp (koefisien pressure) dan Ct (koefisien torsi) terbesar diantara se

mua studi terhadap overlap ratio. Dari kontur tekanan pada posisi anguler 90o, teka

nan maksimum meningkat pada permukaan vane.

Gambar 2.5. Kontur Tekanan untuk perbedaan Sudut Serang.

Visualisasi aliran melintasi blade menunjukkan bahwa pada sudut serang 0

7

o mengalami distribusi tekanan pada advaning blade (sisi belakang) rendah sehing

ga berakibat pada menurunnya putaran turbin (Gambar 2.5). Penelitian diatas men

ggunakan konvensional rotor savonius dan lebih fokus pada overlap ratio.

Penelitian Patel, dkk [10] dikembangkan lagi oleh Yaakob, O. B dkk, [11] de

ngan menambah range overlap ratio 0,2 – 0,25 menggunakan kajian eksperimen. K

ajian penelitian ini meneliti tentang overlap ratio, dimana Overlap ratio yang sem

akin besar, aliran yang melintasi returning blade akan menyebabkan turbulensi leb

ih awal pada sudut posisi returning blade sebelum mencapai posisi blade 0o, sehin

gga menurunkan drag pada sisi returning blade yang akan meningkatkan besar tor

si dan daya turbin, namun ketika Overlap ratio yang semakin besar pada diameter

turbin yang tetap akan menurunkan luasan efektif sisi advancing blade sehingga m

enurunkan besar torsi dan daya yang dihasilkan.

Altan dan Atigan, [8] melakukan kajian eksperimen dengan menambahkan

deflektor pada sisi samping advancing blade dan sisi depan returning blade. Variasi

yang dikembangkan untuk penelitian ini adalah panjang deflektor dengan sudut

deflektor tertentu yang konstan. Kedua deflektor tersebut menyerupai sebuah

nozzle, sehingga semakin panjang deflektor maka akan memperlebar sisi upstream

sehingga akan meningkatkan kecepatan fluida yang melintasi turbin savonius

sehingga akan meningkatkan torsi dan daya turbin.

Kailash dkk, [7] mengembangkan penelitian modifikasi dari turbin savonius

konvensional dengan melakukan perubahan sudut posisi deflektor, teori yang

diambil sesuai dengan Altan, 2008, namun posisi depan returning blade

berkebalikan dengan Altan. Kajian ini untuk mengantisipasi adanya kecepatan lebih

melintasi turbin savonius yang akan menambah torsi negatif pada sisi returning

blade dengan konsekuensi akan menurukan torsi dan daya total savonius. Penelitian

yang dilakukan tentang turbin savonius dengan menggunakan deflektor pada sisi

sudu advancing seperti ditunjukkan pada Gambar 2.6, mampu meningkatkan

performansi turbin. Fenomena aliran melintasi advancing blade dalam bentuk drag

force akan meningkat dengan menggunakan two deflectors. Kemudian aliran yang

cenderung menuju ke returning blade dikurangi akibat terhalang oleh plat sehingga

8

selisih drag antara sudu advancing dan sudu returning semakin besar sehingga

meningkatkan torsi total turbin.

Gambar 2.6. Modifikasi Savonius Water Turbine

Pada studi ini, pengamatan secara eksperimen dilakukan pada open water c

hannel dengan Reynolds number 1,32 x 105 berdasarkan pada diameter rotor Savo

nius. Koefisien power (Cp) maksimum pada rotor modifikasi Savonius sebesar 0,1

4 pada tip speed ratio 0,7 tanpa plat deflektor. Penempatan deflektor pada sisi retur

ning blade meningkatkan koefisien power dari modifikasi rotor savonius 0,21 pada

tip speed ratio 0,82. Plat deflektor pada sisi advancing blade diletakan pada posisi

yang berbeda dimana koefisien power maksimum dari rotor savonius modifikasi d

engan plat deflektor pada sisi advancing blade dan sisi returning blade meningkat

0,35 pada tip speed ratio 1,08.

Gambar 2.7. Kurva Coefisien power (Cp) sebagai fungsi Tip speed ratio

9

Kemudian Yaakob, dkk [11], telah melakukan penelitian mengenai Vertical A

xis Marine Current Turbine (VAMCT) untuk kecepatan arus yang rendah. Riset se

belumnya dengan mengembangkan VAMCT didasarkan pada kecepatan arus mini

mum lebih dari 2 knot atau sekitar 1,02 m/s pada full scale. Prototipe rotor Savoni

us yang dikembangkan pada penelitian ini dioperasikan dengan kecepatan arus ren

dah sebesar 0,56 m/s atau 1,1 knots. Eksperimen dilakukan pada towing tank deng

an double stacking rotors, masing-masing dengan dua paddles. Eksperimen mene

mukan indikasi terbaik pada overlap ratio pada range 0,2 – 0,25 dengan menunjuk

kan torsi pada saat starting rendah, rotor mampu bekerja pada kecepatan arus laut y

ang rendah sekitar 0,56 m/s. Kecepatan arus yang rendah dan densitas air lebih tin

ggi tidak mempengaruhi koefisien power turbin, yang mana mirip turbin angin sek

itar 0,16-0,18. Performansi terbaik diperoleh pada overlap ratio 0,21 (Gambar 8).

Eksperimen pada skala 1:10, estimasi dimensi, kecepatan arus, torsi, kecepatan an

guler dan power rotor full scale prototype dengan kecepatan model 0,17 m/s yang

ekivalen dengan kecepatan arus aktual prototip 0,56 m/s atau 1,1 knot diperoleh da

ya sekitar 1426,28 W.

Gambar 2.8. Hasil eksperimen Perubahan koefisien power (Cp) terhadap rasio kec

epatan ujung/tip speed ratio untuk overlap ratio sebesar 0.21 dan Vm = 0.17 m/s.

10

BAB 3

TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN

1.1. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk:

a. Mengetahui kinerja turbin Savonius terhadap Myring n=1 dengan

menggunakan simulasi numerik.

b. Mengetahui kinerja turbin Savonius terhadap Myring n=1 dengan

menggunakan eksperimen.

c. Mengetahui kinerja turbin Savonius variasi overlap ratio terhadap Myring

n=1 dengan menggunakan eksperimen.

1.2. Manfaat Penelitian

Pengembangan riset pada turbin air Savonius yang menggunakan

formla Myring untuk meningkatkan kinerja turbin air Savonius.

11

BAB 4

METODE PENELITIAN

4.1. Variabel Penelitian

Pengertian variabel penelitian adalah suatu atribut atau sifat atau nilai dari orang

objek atau kegiatan yang mempunyai variasi yang tertentu yang diterapkan oleh

peneliti untuk dipelajari dan kemudian ditarik kesimpulannya. Jenis-jenis variabel

penelitian dalam tugas akhir ini adalah, sebagai berikut:

a. Variabel Bebas

Variabel bebas adalah variable yang ditentukan nilainya sebelum dilakukan

eksperimen terdiri dari: Variasi nilai overlap ratio, Debit air.

b. Variabel Terikat

Variabel terikat adalah variable yang nilainya sangat tergantung pada variable

bebas dan merupakan hasil dari eksperimen. Variable terikat yang diperoleh dari

eksperimen ini adalah:

a. Torsi turbin air savonius sumbu vertikal

b. Daya turbin air savonius sumbu vertikal

c. Variable Terkontrol

Variable terkontrol adalah putaran turbin yang ditentukan untuk mengukur

besaran Gaya:

a. Bentuk sudu

b. Jumlah sudu

c. Sudut sudu

d. Putaran turbin

4.2. Peralatan Eksperimen

Current meter

Menurut (Ministry of Environment Science and Information Branch,

2009) Pengukur arus ideal harus merespons secara instan dan konsisten setiap

perubahan dalam air kecepatan. Juga, pengukur harus tahan lama, mudah dirawat,

12

dan mudah digunakan di bawah berbagai kondisi lingkungan. Kinerja meteran

konsisten tergantung pada desain dan toleransi manufaktur.

Ada berbagai jenis pengukur arus yang tersedia di pasar. Mereka

dikelompokkan menjadi tiga kategori utama: meter arus mekanis, meter arus

elektromagnetik, dan baru-baru ini diperkenalkan meter kecepatan akustik Doppler.

1. Mechanical Current Meters

Semua meter mekanis-arus mengukur kecepatan dengan menerjemahkan gerak

linier menjadi sudut gerakan. Dua jenis current meterr yang umum digunakan

di British Columbia: sumbu vertikal, dan sumbu horizontal. Mau vertikal

ataupun horizontal, laju rotasi rotor atau baling-baling digunakan untuk

menentukan kecepatan air pada titik di mana current meter diletakkan.

Brake Dynamometer

Brake dynamometer merupakan alat ukur manual yang berfungsi untuk men

gukur torsi dinamis yang dihasilkan oleh putaran suatu objek. Brake dynamometer

yang digunakan didasarkan pada penelitian yang dilakukan oleh (Mahmoud, El-Ha

roun, Wahba, & Nasef, 2012).

13

Keterangan

1. Sistem pulley 5. Struktur penyanggah

2. Benang nilon 6. Rotor turbin savonius

3. Weighting Pan 7. Spring balance

4. Poros

Pengukuran yang dilakukan adalah dengan skema yang terdiri dari sistem

pulley, massa pemberat dan pegas yang dihubungkan oleh benang nilon dengan

yang menyelubungi dari poros turbin air Savonius. Besarnya daya yang terukur

sesuai dengan persamaan perhitungan Coefficient of power, dimana torsi dinamis

yang dihasilkan oleh turbin air Savonius dapat diukur oleh brake dynamometer.

Torsi dinamis yang dihasilkan oleh turbin air Savonius diukur ketika turbin

berputar. Massa pemberat ditambahkan dengan berbagai variasi hingga turbin

berhenti berputar.

Tabel 0-1 Spesifikasi Pegas

SPESIFIKASI

Range 0 to 75 N ; 0 to 7.5 Kg

Resolution 0.1 N ; 100 g

Gambar 0-1 Susuna sitem Brake Dynamometer

14

Tabel 0-2 Spesifikasi Benang Nylon

SPESIFIKASI

Kekuatan 15 lbs ; 6,8 kg

Diameter 1 mm

Dalam penelitian ini, sebagai massa pemberat dalam sistem brake

dynamometer yang digunakan, dipakai berbagai macam benda, antara lain plat

aluminium tipis, akrilik, karet, serta baut dan mur. Untuk mengukur besarnya massa

pemberat adalah dengan menggunakan timbangan. Untuk spesifikasi yang lebih

detail dapat dilihat pada tabel 3.4 ±

Tabel 0-1 Spesifikasi Timbangan

SPESIFIKASI

Weighting Capacity 300 g

Minimum Display 0,01 g

Standard Deviation 0,01 g

Linearity Errors +/- 0,01 g

Pan size Diameter 110 mm

Benda Uji

Pada penelitian ini, sebagai benda kerja digunakan turbin angin tipe Savonius

dengan sudu yang telah di modifikasi.

Profil Turbin Air tipe Savonius sebagai berikut :

Diameter (D) : 400 mm

Tinggi (H) : 400 mm

Gambar 0-1 Diagram skema turbin air savonius

15

1. Profil Sudu Turbin sebagai berikut

a. Overlap Ratio : 0; 0,05 ; 0,1 ; 0,15 ; 0,2 ; 0,25

b. Kepenuhan sudu : nilai n=1 pada persamaan myring

Gambar 0-2 Hasil proyeksi persamaan myring dengan n=1

Gambar 0-3 Proyeksi persamaan Myring dengan n=1 da;am bentuk CAD

16

Alat Ukur

Pada penelitian ini digunakan beberapa alat ukur untuk mendapatkan nilai

putaran (rpm) dan torsi (N.m) yang dihasilkan oleh turbin Savonius.

Tachometer

Tachometer merupakan alat ukur digital yang digunakan untuk mengukur

kecepatan rotasi dari sebuah objek. Tachometer yang digunakan pada penelitian ini

dengan kemampuan pembacaan 0,05 m sampai 7,6 m akurasi pembacaan 0.01%

atau ± 1 digit.

Tabel 0-1 Spesifikasi Tachometer

SPESIFIKASI

Range 5 to 99.999 rpm

Accuracy 0.01 % of reading or ± 1 digit

Resolution 0.001 to 1.0 rpm

Display 5 – digit alphanumeric LCD

Memory Max. min and last

Power 2 “AA” 1.5 Vdc Batteries

Environmental 5 to 40o C

Rumus Perhitungan

Data-data yang akan diukur nantinya akan diolah, pengolahan data-data terse

but menggunakan rumus-rumus sebagai berikut.

Untuk mengukur laju aliran air yang melewati turbin, menggunakan bantuan

Tabung pitot seperti pada Gambar 3-7 dengan rumus

𝑉 = √2Δ𝑃

𝜌 (3.1)

Dimana;

𝑉 = Kecepatan (m/s)

Δ𝑃 = Perbedaan Tekanan (Kg/ms2)

ρ = Massa jenis air (Kg/m3)

dan dalam mencari Δ𝑃 menggunakan rumus

17

Δ𝑃 = 𝜌𝑔𝛥ℎ 𝑠𝑖𝑛 𝜃 (3.2)

Δℎ = perbedaan ketinggian pada manometer pada Gambar 4-7

𝜌 = massa jenis fluida dalam manometer (red oil 880 Kg/m3)

𝑔 = gravitasi bumi (9.81 m/s2)

sin 𝜃 = sudut inklanasi pada manometer (300)

Yang dimana tabung pitot ini akan dihubungkan oleh selang transparan me

nuju manometer sudut seperti pada Gambar 3-8.

Gambar 0-2 Tabung Pitot

Gambar 0-1 Manometer

18

Setelah mengetahui kecepatan aliran air barulah dapat menghitung

bilangan Reynolds menggunakan rumus berikut. Reynolds Number berfungsi untuk

mengklasifikasi jenis aliran air yang melalui turbin

Re = 𝜌𝑈𝐷

𝜇 (3.3)

Dimana;

Re : Reynolds number,

𝜌 : densitas air (Kg/m3),

U : kecepatan aliran fluida (m/s),

D : diameter rotor (m),

𝜇 : viskositas dinamik fluida (Ns/m2).

Hal lain yang perlu di cari adalah Tip Speed Ratio

TSR (λ) = 𝜔.𝐷

2.𝑈 (3.4)

Dimana;

TSR : Tip Speed Ratio

𝜔 : kecepatan sudut (rad/s).

D, dan U memiliki definisi yang sama pada rumus (3.3)

𝜔 merupakan kecepatan sudut yang diukur dari hasil pengujian rotor turbin savoni

us konvensional dan sudu kombinasi menggunakan tachometer.

𝑇 = (𝑀 − 𝑆)(𝑟𝑠ℎ𝑎𝑓𝑡 + 𝑑𝑟)𝑔 (3.5)

Dimana;

T : Torsi turbin savonius

M : beban terukur (Kg),

S : beban keseimbangan (Kg),

rshaft : radius dari poros turbin (m),

dr : diameter nilon (m),

19

g : gravitasi (9,8 m/s2).

Torsi turbin dihitung dengan bantuan alat bernama Brake dynamometer

yang dijelaskan pada 3.3.2 . Dengan mengukur nilai M dan nilai S serta mengetahui

nilai rshaft dan dr pada Brake dynamometer, nilai Torsi turbin dapat diketahui

menggunakan rumus (3.5)

Koefisien torsi (Ct) dan koefisien daya (Cp)

Cm = 4𝑇

𝜌𝑈2𝐷2𝐻 (3.6)

Cp = TSR . Cm (3.7)

Dimana;

𝑇 : torsi (Nm),

H : tinggi turbin (m),

Cp : koefisien daya,

Cm : koefisien torsi.

Nilai Cp dan Cm berfungsi untuk mengetahui adanya atau tidak peningkatan

performa turbin savonius

Prosedur Eksperimen

Prosedur pengambilan data pada saat pengujian,

1. Memasang turbin air savonius sudu konvensional.

2. Menyalakan water channel.

3. Setelah menyala kurang lebih 5 menit.

4. Melakukan pembebanan weighting pan yang pertama

5. Mengukur N1 (RPM) dengan Tachometer

6. Setelah itu mengukur nilai M1 dan S1

7. Kemudian pembebanan weighting pan yang kedua



20

10. Kemudian pembebanan weighting pan yang ketiga



13. Lalu memasang turbin air savonius sudu kombinasi dengan variasi

overlap ratio 0, 0.1, dan 0.2

14. Melakukan langkah 4-12 kembali.

21

Diagram Alir Tugas Akhir

Diagram alir penelitian yang dilakukan sesuai dengan metode yang tertera

pada Gambar 3-9.

Mulai

Identifikasi masalah

Studi Literatur

Menentukan Data Profil dan Spesifikasi Turbin

Persiapan

Pengujian dan Pengambilan Data

(ω (rad/s), λ, T, Cp dan Cm)

Analisa Data dan Pembahasan

Kesimpulan dan Saran

Selesai

Tahap Pengolahan data

Tahap Tinjauan Pustaka

Tahap Identifikasi Awal

Pembuatan Turbin

Sesuai Kriteria

Gambar 0-1 Diagram alir penelitian

22

BAB 5. HASIL DAN LUARAN YANG DICAPAI

5.1. Data Penelitian

Pengambilan data ini bisa didapat melalui banyak tahapan yang terencana de

ngan baik, sehingga bisa didapat data seakurat mungkin yang bisa diolah untuk ter

capainya tujuan yang telah direncanakan. Adapun beberapa data yang diambil saat

pengujian, diantaranya sebagai berikut:

N = Kecepatan Rotasi (rpm)

M = Beban (kg)

S = Spring Balance load (kg)

Adapun beberapa kegiatan pengambilan data yang dilakukan diantaranya ad

alah sebagai berikut;

Gambar 4.1. Setup eksperimen

Dari data-data yang didapat tersebut akan dilakukan pengolahan data

untuk menjawab pertanyaan dari setiap rumusan masalah, diantaranya ialah

mengetahui kecepatan sudut (ω), koefisien torsi (Ct) dan Koefisien Power (Cp),

dengan variasi sudu yang digunakan adalah persamaan myring n=1 dan

penambahan obstacle berbentuk silinder sirkular dengan diameter bervariasi, yang

23

diletakkan didepan sisi advancing blade secara varian sesuai sudut stagger yang

telah dijelaskan pada bagian batasan masalah penelitian.

5.2. Persamaan Myring

Bentuk sudu rotor turbin savonius pada penelitian yang dilakukan mengguna

kan persamaan myring n=1, persmaan myring digunakan untuk menentukan bentu

k sudu rotor yang selanjutnya akan dilakukan penelitian. Adapun beberapa persam

aan yang bisa digunakan dalam mendesain bentuk rotor diantaranya persmaan my

ring n=2, n=0.5, n=1.5 dan beberapa yang lain yang bisa dilihat pada gambar diba

wah ini.

Gambar 4.2 Bentuk Blade hasil persamaan Myring Sumber : Wenlong Tian dkk (2015)

5.3. Contoh Perhitungan

Adapun data yang didapatkan dengan tidak menempatkan obstacle berupa s

ilinder sirkular didepan advencing blade. Pada penelitian ini contoh perhitungan di

lakukan untuk menunjukkan bagaimana pengolahan data dalam penenelitian sehin

gga didapatkan nilai seperti pada lampiran. Adapun data yang bisa digunakan seba

gai contoh perhitungan diantaranya adalah sebagai berikut:

N = Kecepatan Rotasi (rpm)

M = Beban (kg)

S = Spring Balance load (kg)

24

Tabel 4.1 Data Pengujian

No F1/M (kg) F2/S (kg) N (rpm)

1 0.13 0 7.4

2 0.14 0 6.8

3 0.16 0 6.3

4 0.195 0 6

5 0.23 0 5.6

6 0.275 0 5

7 0.3 0 4.5

8 0.335 0 4.2

Data diatas merupakan beberapa data yang diambil saat pengujian

dilakukan, adapun detail data perhitungan yang disajikan dalam tabel bagian

lampiran.

5.3.1 Perhitungan Tip Speed Ratio (TSR)

Persamaan untuk mendapatkan nilai Tip Speed Ratio adalah sebagai berikut:

TSR =ω. D

2. U

Dimana;

ω =2. π. n

60; n = rpm

ω =2. π. (11.19)

60= 1.172 rad

s⁄

D = Diameter rotor turbin = 0.40 m

U = Kecepatan aliran fluida = 0.22 m/s

Sehingga didapatkan nilai TSR:

TSR =1.477 rad

s⁄ × 0.40m

2 x 0.22m/s= 1.0647

5.3.2 Perhitungan Torsi (T)

Persamaan untuk mendapatkan nilai torsi (T) adalah sebagai berikut:

T = (M − S)(rshaft+dr)g

25

Dimana;

M = Beban (kg) = 1.5 (kg)

S = Beban Spring Balance = 0.64 (kg)

Rshaft = jari-jari pulley/poros 0.020 = (m)

dr = Diameter Nylon 0.001 (m)

T = (1.5 − 0.64)kg × (0.020 + 0.001)m × 9.81m/s2

= 0,1772 Nm

5.3.4 Perhitungan Koefisien Torsi (Cm)

Persamaan untuk mendapatkan nilai koefisien torsi (Cm) adalah sebagai

berikut:

Cm = 4𝑇

𝜌. 𝑈2. 𝐷2. 𝐻

Dimana;

T = Torsi = 0,1772 Nm

ρ = massa jenis air = 999 kg/m3 pada saat temperatur air mencapai 30

oC

U = kecepatan aliran fluida = 0.22 m/s

D = diameter rotor turbin = 0.40 m

H = Tinggi rotor turbin = 0.40 m

Cm = 4 × 0,1772Nm

999 × 0,22m/s2 × 0,4m2 × 0,4m

Cm = 0,2290

5.3.5 Perhitungan Koefisien Power (Cp)

Persamaan untuk mendapatkan nilai koefisien power (Cp) adalah sebagai

berikut:

Cp = Tsr × Cm

Cp = 1,0647 × 0,2290

Cp = 0,2438

26

Turbin air savonius myring n = 1 tanpa penghalang dan berpenghalang silinder

sirkular. Data hasil pengujian turbin air savonius dengan myring n = 1 dapat

dilihat pada tabel yang terdapat pada lampiran.

5.3.6. Turbin air savonius myring n = 1 tanpa penghalang

Gambar 4.3 dibawah menunjukkan grafik hasil pengambilan data turbin

air savonius dengan myring n = 1 tanpa silinder penghalang, dimana coefficient

of torque (Cm) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR).

Gambar 4.3 Grafik tanpa silinder penghalang coefficien of torque (Cm) sebagai fu

ngsi tip speed ratio (TSR)

Gambar 4.3 menunjukkan bahwa semakin kecil nilai tip speed ratio (TS

R), maka coefficien of torque (Cm) semakin meningkat. Hal ini terjadi dikarena

kan pembebanan yang dilakukan terhadap poros turbin sangat berpengaruh terh

adap coefficien of torque (Cm). Semakin berat beban yang diterima poros maka

coefficien of torque (Cm) akan semakin besar dan nilai tip speed ratio (TSR) ak

an semakin menurun. Begitupun nilai coefficient of power (Cp) sebagai fungsi t

ip speed ratio (TSR) yang ditunjukkan pada gambar 4.4.

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t o

f T

orq

ue

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cm - TSR

MYRING tanpa penghalang

27

Gambar 4.4 Grafik tanpa silinder penghalang coefficien of power (Cp) sebag

ai fungsi tip speed ratio (TSR)


R) maka nilai coefficient of power (Cp) semakin meningkat, namun pada nilai t

ip speed ratio (TSR) tertentu nilai coefficient of power (Cp) akan menurun, hal

ini terjadi dikarenakan coefficient of power (Cp) sudah mencapaai puncaknya, h

al ini beriringan dengan putaran turbin yang semakin menurun dan mendekati b

erhenti yang disebabkan pembebanan pada poros turbin.

5.3.7. Turbin air savonius myring n = 1 dengan penghalang silinder

sirkular diameter 8 cm, θ = 0o


air savonius dengan myring n = 1 dengan penghalang silinder sirkular diameter

8 cm, θ = 0o, dimana coefficien of torque (Ct) sebagai fungsi tip speed ratio

(TSR).

0,00

0,20

0,40

0,60

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t o

f P

ow

er

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR

MYRING tanpa penghalang

28

Gambar 4.5 Grafik dengan penghalang silinder sirkular diameter 8 cm, θ = 0o coe

fficien of torque (Cm) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR)


R), maka coefficien of torque (Cm) semakin meningkat. Hal ini terjadi dikarena

kan pembebanan yang dilakukan terhadap poros turbin sangat berpengaruh terh

adap coefficien of torque (Cm). Semakin berat beban yang diterima poros maka

coefficien of torque (Cm) akan semakin besar dan nilai tip speed ratio (TSR) ak

an semakin menurun. Begitupun nilai coefficient of power (Cp) sebagai fungsi t

ip speed ratio (TSR) yang ditunjukkan pada gambar 4.6.

Gambar 4.6 Grafik dengan penghalang silinder sirkular diameter 8 cm, θ = 0o coe

fficien of power (Cp) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR)

Gambar 4.6 menunjukkan bahwa semakin kecil nilai tip speed ratio (TSR)

maka nilai coefficient of power (Cp) semakin meningkat, namun pada nilai tip

0,00

0,20

0,40

0,60

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t o

f T

orq

ue

TIP SPEED RATIO


MYRING 8 0

0,00

0,10

0,20

0,30

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50Co

effi

cien

t o

f P

ow

er

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR

MYRING 8 0

29

speed ratio (TSR) tertentu nilai coefficient of power (Cp) akan menurun, hal ini

terjadi dikarenakan coefficient of power (Cp) sudah mencapaai puncaknya, hal ini

beriringan dengan putaran turbin yang semakin menurun dan mendekati berhenti

yang disebabkan pembebanan pada poros turbin.





8 cm, θ = 30o, dimana coefficien of torque (Cm) sebagai fungsi tip speed ratio

(TSR).

Gambar 4.7 Grafik dengan penghalang silinder sirkular diameter 8 cm, θ = 30o c

oefficien of torque (Cm) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR)

Gambar 4.7 menunjukkan bahwa semakin kecil niali tip speed ratio (TSR),

maka coefficien of torque (Cm) semakin meningkat. Hal ini terjadi dikarenakan

pembebanan yang dilakukan terhadap poros turbin sangat berpengaruh terhadap

coefficien of torque (Cm). Semakin berat beban yang diterima poros maka

coefficien of torque (Cm) akan semakin besar dan nilai tip speed ratio (TSR) akan

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t o

f T

orq

ue

TIP SPEED RATIO


MYRING 8 30

30

semakin menurun. Begitupun nilai coefficient of power (Cp) sebagai fungsi tip

speed ratio (TSR) yang ditunjukkan pada gambar 4.8.


oefficien of power (Cp) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR)

Gambar 4.8 menunjukkan bahwa semakin kecil nilai tip speed ratio (TSR)

maka nilai coefficient of power (Cp) semakin meningkat, namun pada nilai tip

speed ratio (TSR) tertentu nilai coefficient of power (Cp) akan menurun, hal ini

terjadi dikarenakan coefficient of power (Cp) sudah mencapaai puncaknya, hal ini








(TSR).

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50Co

effi

cien

t o

f P

ow

er

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR

MYRING 8 30

31



Gambar 4.9 menunjukkan bahwa semakin kecil nilai tip speed ratio (TSR),









0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50Co

effi

cien

t o

f T

orq

ue

TIP SPEED RATIO


MYRING 8 60

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50Co

effi

cien

t o

f P

ow

er

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR

MYRING 8 60

32

Gambar 4.10 menunjukkan bahwa semakin kecil nilai tip speed ratio

(TSR) maka nilai coefficient of power (Cp) semakin meningkat, namun pada nilai

tip speed ratio (TSR) tertentu nilai coefficient of power (Cp) akan menurun, hal ini

terjadi dikarenakan coefficient of power (Cp) sudah mencapai puncaknya, hal ini








(TSR).




(TSR), maka coefficien of torque (Cm) semakin meningkat. Hal ini terjadi

dikarenakan pembebanan yang dilakukan terhadap poros turbin sangat berpengaruh

terhadap coefficien of torque (Cm). Semakin berat beban yang diterima poros maka


0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50Co

effi

cien

t of

To

rqu

e

TIP SPEED RATIO


MYRING 12 0

33
















(TSR).

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

Po

wer

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR

MYRING 12 0

34

Gambar 4.13 Grafik dengan penghalang silinder sirkular diameter 12 cm, θ = 30o

coefficien of torque (Cm) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR)









coefficien of power (Cp) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR)



0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t o

f T

orq

ue

TIP SPEED RATIO


MYRING 12 30

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t o

f P

ow

er

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR

MYRING 12 30

35










(TSR).










0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50Co

effi

cien

t o

f T

orq

ue

TIP SPEED RATIO


MYRING 12 60

36














(TSR).

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t o

f P

ow

er

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR

MYRING 12 60

37












0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t o

f T

orq

ue

TIP SPEED RATIO


MYRING 16 0

0,00

0,10

0,20

0,30

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t o

f P

ow

er

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR

MYRING 16 0

38







5.3.14. Trubin air savonius myring n = 1 dengan penghalang silinder





(TSR).



Gambar 4.19 menunjukkan bahwa semakin kecil nilai tip speed ratio (TSR), maka

coefficien of torque (Cm) semakin meningkat. Hal ini terjadi dikarenakan




0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50Co

effi

cien

t o

f T

orq

ue

TIP SPEED RATIO


MYRING 16 30

39











5.3.15. Trubin air savonius myring n = 1 dengan penghalang silinder





(TSR).

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t o

f P

ow

er

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR

MYRING 16 30

40


coefficien of torque (Ct) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR)

Gambar 4.21 menunjukkan bahwa semakin kecil nilai tip speed ratio (T

SR), maka coefficien of torque (Cm) semakin meningkat. Hal ini terjadi dikaren

akan pembebanan yang dilakukan terhadap poros turbin sangat berpengaruh ter

hadap coefficien of torque (Cm). Semakin berat beban yang diterima poros mak

a coefficien of torque (Cm) akan semakin besar dan nilai tip speed ratio (TSR) a

kan semakin menurun. Begitupun nilai coefficient of power (Cp) sebagai fungsi

tip speed ratio (TSR) yang ditunjukkan pada gambar 4.22.




R) maka nilai coefficient of power (Cp) semakin meningkat, namun pada nilai t

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50Co

effi

cien

t o

f T

orq

ue

TIP SPEED RATIO


MYRING 16 60

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t o

f P

ow

er

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR

MYRING 16 60

41

ip speed ratio (TSR) tertentu nilai coefficient of power (Cp) akan menurun, hal

ini terjadi dikarenakan coefficient of power (Cp) sudah mencapai puncaknya, h


erhenti yang disebabkan pembebanan pada poros turbin.

5.4. Perbandingan turbin air savonius myring n = 1 tanpa penghalang

silinder sirkular terhadap turbin air savonius sudu konvensional tanpa

penghalang silinder sirkular

Data hasil pengujian turbin air savonius dengan myring n = 1 akan dibandin

gkan dengan turbin air savonius sudu konvensional, dari perbandingan tersebut ap

akah akan ada peningkatan atau penurunan performa yang tetrjadi pada turbin air s

avonius dengan myring n = 1. Untuk mengetahui perbandingan terjadinya peningk

atan ataupun penurunan performa turbin, dapat dilihat detail data hasil pengujian y

ang terdapat pada lampiran.

4.5.1 Perbandingan turbin air savonius sudu konvensional terhadap turb

in air savonius myring n = 1 tanpa silinder penghalang

Gambar 4.23 dibawah menunjukkan grafik hasil pengambilan data turbi

n air savonius dengan myring n = 1 dan sudu konvensional tanpa silinder pengh

alang, dimana coefficien of torque (Cm) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR).

42

Gambar 4.23 Grafik tanpa silinder penghalang coefficien of torque (Ct) sebagai fu

ngsi tip speed ratio (TSR)

Gambar 4.23 menunjukkan bahwa semakin kecil tip speed ratio (TSR),



coefficien of torque (Cm). Semakin berat beban yang diterima poros maka coeff

icien of torque (Cm) akan semakin besar dan nilai tip speed ratio (TSR) akan se

makin menurun. Begitupun nilai coefficient of power (Cp) sebagai fungsi tip sp

eed ratio (TSR) yang ditunjukkan pada gambar 4.24.

Gambar 4.24 Grafik tanpa silinder penghalang coefficien of power (Cp) sebagai f

ungsi tip speed ratio (TSR)

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

To

rqu

e

TIP SPEED RATIO


MYRING tanpa penghalang KONVENSIONAL tanpa penghalang

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50Co

effi

cien

t o

f P

ow

er

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR

MYRING tanpa penghalang KONVENSIONAL tanpa penghalang

43


SR) maka nilai coefficient of power (Cp) semakin meningkat, namun pada nilai

tip speed ratio (TSR) tertentu nilai coefficient of power (Cp) akan menurun, hal



erhenti yang disebabkan pembebanan pada poros turbin. Dari gambar diatas me

nunjukkan bahwa terjadi peningkatan pada turbin air savonius dengan myring n

= 1 terhadap turbin air savonius sudu konvensional. Peningkatan yang terjadi d

apat diketahui dengan perhitunagn dibawah ini.

% performa = cp myring − cp konvensional

cp konvensional × 100%

% performa = 0,4061 − 0,2842

0,2842 × 100%

% performa = 42,89%

Perbandingan turbin air savonius myring n = 1 berpenghalang silinder sirkular

terhadap turbin air savonius sudu konvensional tanpa penghalang silinder

sirkular. Data hasil pengujian turbin air savonius myring n = 1 yang

menggunakan variasi penghalang berupa silinder yang diletakkan di depan

advencing blade akan dibandingkan dengan turbin air savonius sudu

konvensional, dari perbandingan tersebut apakah akan ada peningkatan

atau penurunan performa yang tetrjadi pada turbin air savonius dengan

myring n = 1. Untuk mengetahui perbandingan terjadinya peningkatan

ataupun penurunan performa turbin, dapat dilihat detail data hasil

pengujian yang terdapat pada lampiran.

5.4.6. Perbandingan turbin air savonius sudu konvensional dan myring n

= 1 dengan penghalang silinder sirkular diameter 8 cm, θ = 0o


n air savonius dengan myring n = 1 berpenghalang silinder sirkular berdiameter

44

8 cm didepan advencing blade dengan θ = 0o dan sudu konvensional tanpa silin

der penghalang, dimana coefficien of torque (Cm) sebagai fungsi tip speed ratio

(TSR).

Gambar 4.25 Grafik dengan silinder penghalang diameter 8, θ = 0o coefficien tor

que (Cm) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR)





icien of torque (Cm) akan semakin besar dan nilai tip speed ratio (TSR) akan se



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t o

f T

orq

ue

TIP SPEED RATIO


MYRING 8 0 KONVENSIONAL tanpa penghalang

45

Gambar 4.26 Grafik dengan silinder penghalang diameter 8, θ = 0o coefficien of p

ower (Cp) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR)







nunjukkan bahwa terjadi penurunan pada turbin air savonius sudu myring n = 1

dengan diletakkannya silinder penghalang berdiameter 8 cm didepan advencing

blade dengan θ = 0o terhadap turbin air savonius sudu konvensional. Penurunan

yang terjadi dapat diketahui dengan perhitunagn dibawah ini.



% performa = 0,2605 − 0,2842

0,2605 × 100%

% performa = −8,34%




0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

Po

wer

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR


46


8 cm didepan advencing blade dengan θ = 30o dan sudu konvensional tanpa sili

nder penghalang, dimana coefficien of torque (Cm) sebagai fungsi tip speed rati

o (TSR).

Gambar 4.27 Grafik dengan silinder penghalang diameter 8, θ = 30o coefficien of

torque (Cm) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR)





icient of torque (Cm) akan semakin besar dan nilai tip speed ratio (TSR) akan s

emakin menurun. Begitupun nilai coefficient of power (Cp) sebagai fungsi tip s

peed ratio (TSR) yang ditunjukkan pada gambar 4.8.

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

To

rqu

e

TIP SPEED RATIO



47


power (Cp) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR)







nunjukkan bahwa terjadi peningkatan pada turbin air savonius sudu myring n =

1 dengan diletakkannya silinder penghalang berdiameter 8 cm didepan advenci

ng blade dengan θ = 30o terhadap turbin air savonius sudu konvensional. Penin

gkatan yang terjadi dapat diketahui dengan perhitunagn dibawah ini.



% performa = 0,3945 − 0,2842

0.3945 × 100%

% performa = 38,81%





0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

Po

wer

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR


48



o (TSR).


torque (Ct) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR)





icient of torque (Cm) akan semakin besar dan nilai tip speed ratio (TSR) akan s



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

To

rqu

e

TIP SPEED RATIO



49










1 dengan diletakkannya silinder penghalang berdiameter 8 cm didepan advenci

ng blade dengan θ = 60o terhadap turbin air savonius sudu konvensional. Penin




% performa = 0,4049 − 0,2842

0,4049 × 100%

% performa = 42,47%





0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

Po

wer

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR


50



o (TSR).






coefficient of torque (Cm). Semakin berat beban yang diterima poros maka coef

ficient of torque (Cm) akan semakin besar dan nilai tip speed ratio (TSR) akan s



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

To

rqu

e

TIP SPEED RATIO



0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

Po

wer

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR


51









nunjukkan bahwa terjadi penurunan pada turbin air savonius sudu myring n = 1

dengan diletakkannya silinder penghalang berdiameter 12 cm didepan advencin

g blade dengan θ = 0o terhadap turbin air savonius sudu konvensional. Penurun

an yang terjadi dapat diketahui dengan perhitunagn dibawah ini.



% performa = 0,2535 − 0,2842

0,2535 × 100%






12 cm didepan advencing blade dengan θ = 30o dan sudu konvensional tanpa sil

inder penghalang, dimana coefficient of torque (Cm) sebagai fungsi tip speed ra

tio (TSR).

52

Gambar 4.33 Grafik dengan silinder penghalang diameter 12, θ = 30o coefficien o

f torque (Ct) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR)


maka coefficien of torque (Ct) semakin meningkat. Hal ini terjadi dikarenakan p

embebanan yang dilakukan terhadap poros turbin sangat berpengaruh terhadap






f power (Cp) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR)


0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

To

rqu

e

TIP SPEED RATIO



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

Po

wer

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR


53







1 dengan diletakkannya silinder penghalang berdiameter 12 cm didepan advenc

ing blade dengan θ = 30o terhadap turbin air savonius sudu konvensional. Penin




% performa = 0,3625 − 0,2842

0,3625 × 100%

% performa = 27,55%




air savonius dengan myring n = 1 berpenghalang silinder sirkular berdiameter

12 cm didepan advencing blade dengan θ = 60o dan sudu konvensional tanpa

silinder penghalang, dimana coefficien of torque (Cm) sebagai fungsi tip speed

ratio (TSR).

54


f torque (Ct) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR)








0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t o

f T

orq

ue

TIP SPEED RATIO



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t o

f P

ow

er

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR


55

Gambar 4.36 Grafik dengan silinder penghalang diameter 12, θ = 30o coefficien

of power (Cp) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR)








1 dengan diletakkannya silinder penghalang berdiameter 12 cm didepan advenc

ing blade dengan θ = 60o terhadap turbin air savonius sudu konvensional. Penin




% performa = 0,4198 − 0,2842

0,4198 × 100%

% performa = 47,71%






nder penghalang, dimana coefficient of torque (Cm) sebagai fungsi tip speed rat

io (TSR).

56




maka coefficient of torque (Cm) semakin meningkat. Hal ini terjadi dikarenakan



ficient of torque (Ct) akan semakin besar dan nilai tip speed ratio (TSR) akan se



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

To

rqu

e

TIP SPEED RATIO



0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t o

f P

ow

er

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR


57








erhenti yang disebabkan pembebanan pada poros turbin. Dari gambar grafik dia

tas menunjukkan bahwa terjadi penurunan pada turbin air savonius sudu myring

n = 1 dengan diletakkannya silinder penghalang berdiameter 16 cm didepan ad

vencing blade dengan θ = 0o terhadap turbin air savonius sudu konvensional. Pe

nurunan yang terjadi dapat diketahui dengan perhitunagn dibawah ini.



% performa = 0,2509 − 0,2842

0,2509 × 100%






16 cm didepan advencing blade dengan θ = 30o dan sudu konvensional tanpa

silinder penghalang, dimana coefficien of torque (Cm) sebagai fungsi tip speed

ratio (TSR).

58

Gambar 4.39 Grafik dengan silinder penghalang diameter 16, θ = 30o coefficient

of torque (Cm) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR)








0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t o

f T

orq

ue

TIP SPEED RATIO



0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

eff

icie

nt

of

Po

we

r

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR


59









tas menunjukkan bahwa terjadi peningkatan pada turbin air savonius sudu myri

ng n = 1 dengan diletakkannya silinder penghalang berdiameter 16 cm didepan

advencing blade dengan θ = 30o terhadap turbin air savonius sudu konvensional

. Peningkatan yang terjadi dapat diketahui dengan perhitunagn dibawah ini.



% performa = 0,3315 − 0,2842

0,3315 × 100%

% performa = 16,64%





16 cm didepan advencing blade dengan θ = 60o dan sudu konvensional tanpa sil

inder penghalang, dimana coefficient of torque (Cm) sebagai fungsi tip speed ra

tio (TSR).

60










0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t o

f T

orq

ue

TIP SPEED RATIO



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

eff

icie

nt

of

Po

we

r

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR


61









tas menunjukkan bahwa terjadi peningkatan pada turbin air savonius sudu myri

ng n = 1 dengan diletakkannya silinder penghalang berdiameter 16 cm didepan

advencing blade dengan θ = 60o terhadap turbin air savonius sudu konvensional

. Peningkatan yang terjadi dapat diketahui dengan perhitunagn dibawah ini.



% performa = 0,4356 − 0,2842

0,4356 × 100%

% performa = 53,27%

5.5. Perbandingan turbin air savonius myring n = 1 berpenghalang silinder

sirkular terhadap turbin air savonius myring n = 1 tanpa penghalang silinder

sirkular

Data hasil pengujian turbin air savonius myring n = 1 yang menggunakan va

riasi penghalang berupa silinder yang diletakkan di depan advencing blade akan di

bandingkan dengan turbin air savonius myring n = 1 tanpa penghalang silinder sirk

ular, dari perbandingan tersebut apakah akan ada peningkatan atau penurunan perf

orma yang tetrjadi pada turbin air savonius dengan myring n = 1. Untuk mengetah

ui perbandingan terjadinya peningkatan ataupun penurunan performa turbin, dapat

dilihat detail data hasil pengujian yang terdapat pada lampiran.

62

5.5.6. Perbandingan turbin air savonius myring n = 1 tanpa penghalang

terhadap turbin air savonius myring n = 1 dengan penghalang

silinder sirkular diameter 8 cm, θ = 0o


air savonius dengan myring n = 1 berpenghalang silinder sirkular berdiameter 8

cm didepan advencing blade dengan θ = 0o dan turbin air savonius dengan

myring n = 1 tanpa silinder penghalang, dimana coefficient of torque (Cm)

sebagai fungsi tip speed ratio (TSR).

Gambar 4.43 Grafik dengan silinder penghalang diameter 8, θ = 0o coefficient of t

orque (Cm) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR)








0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

To

rqu

e

TIP SPEED RATIO


MYRING 8 0 MYRING tanpa penghalang

63

Gambar 4.44 Grafik dengan silinder penghalang diameter 8, θ = 0o coefficient of









n = 1 dengan diletakkannya silinder penghalang berdiameter 8 cm didepan adve

ncing blade dengan θ = 0o terhadap turbin air savonius sudu myring n = 1 tanpa

penghalang. Penurunan yang terjadi dapat diketahui dengan perhitunagn dibaw

ah ini.

% performa = cp myring penghalang 8.0 − cp myring


% performa = 0,2605 − 0,4061

0,4061 × 100%


0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

Po

wer

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR


64







myring n = 1 tanpa silinder penghalang, dimana coefficien of torque (Cm)











0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

To

rqu

e

TIP SPEED RATIO



65











ncing blade dengan θ = 30o terhadap turbin air savonius sudu myring n = 1 tanp

a penghalang. Penurunan yang terjadi dapat diketahui dengan perhitunagn diba

wah ini.



% performa = 0,3945 − 0,4061

0,4061 × 100%


0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

Po

wer

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR


66


















0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

To

rqu

e

TIP SPEED RATIO



67











ncing blade dengan θ = 60o terhadap turbin air savonius sudu myring n = 1 tanp


wah ini.



% performa = 0,4049 − 0,4061

0,4061 × 100%


0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

Po

wer

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR


68






12 cm didepan advencing blade dengan θ = 0o dan turbin air savonius dengan




torque (Ct) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR)








0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

To

rqu

e

TIP SPEED RATIO



69

Gambar 4.50 Grafik dengan silinder penghalang diameter 12, θ = 0o coefficient o









n = 1 dengan diletakkannya silinder penghalang berdiameter 12 cm didepan adv

encing blade dengan θ = 0o terhadap turbin air savonius sudu myring n = 1 tanp


wah ini.



% performa = 0,2535 − 0,4061

0,4061 × 100%


0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

Po

wer

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR


70







myring n = 1 tanpa silinder penghalang, dimana coefficien of torque (Cm)



of torque (Ct) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR)








0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

To

rqu

e

TIP SPEED RATIO



71











encing blade dengan θ = 30o terhadap turbin air savonius sudu myring n = 1 tan

pa penghalang. Penurunan yang terjadi dapat diketahui dengan perhitungan dib

awah ini.



% performa = 0,3625 − 0,4061

0,4061 × 100%


0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

Po

wer

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR


72


















0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

To

rqu

e

TIP SPEED RATIO



73






ini terjadi dikarenakan coefficient of power (Cp) sudah mencapai puncaknya, ha

l ini beriringan dengan putaran turbin yang semakin menurun dan mendekati be

rhenti yang disebabkan pembebanan pada poros turbin. Dari gambar grafik diat

as menunjukkan bahwa terjadi peningkatan pada turbin air savonius sudu myrin

g n = 1 dengan diletakkannya silinder penghalang berdiameter 12 cm didepan a

dvencing blade dengan θ = 60o terhadap turbin air savonius sudu myring n = 1 t

anpa penghalang. Peningkatan yang terjadi dapat diketahui dengan perhitunagn

dibawah ini.



% performa = 0,4198 − 0,4061

0,4061 × 100%

% performa = 3,37%

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

Po

wer

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR


74










f torque (Cm) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR)








0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

To

rqu

e

TIP SPEED RATIO



75









as menunjukkan bahwa terjadi penurunan pada turbin air savonius sudu myring


encing blade dengan θ = 0o terhadap turbin air savonius sudu myring n = 1 tanp


wah ini.



% performa = 0,2509 − 0,4061

0,4061 × 100%


0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

Po

wer

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR


76


















0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

To

rqu

e

TIP SPEED RATIO



77









as menunjukkan bahwa terjadi penurunan pada turbin air savonius sudu myring


encing blade dengan θ = 30o terhadap turbin air savonius sudu myring n = 1 tan

pa penghalang. Penurunan yang terjadi dapat diketahui dengan perhitunagn dib

awah ini.



% performa = 0,3315 − 0,4061

0,4061 × 100%


0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

Po

wer

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR


78


















0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

To

rqu

e

TIP SPEED RATIO



79









as menunjukkan bahwa terjadi peningkatan pada turbin air savonius sudu myrin

g n = 1 dengan diletakkannya silinder penghalang berdiameter 16 cm didepan a

dvencing blade dengan θ = 60o terhadap turbin air savonius sudu myring n = 1 t

anpa penghalang. Peningkatan yang terjadi dapat diketahui dengan perhitunagn

dibawah ini.



% performa = 0,4356 − 0,4061

0,4061 × 100%

% performa = 7,26%

5.6. Perbandingan turbin air savonius myring n = 1 berpenghalang silinder

sirkular terhadap turbin air savonius myring n = 1 tanpa penghalang silinder

sirkular dan turbin air savonius sudu konvensional

Data hasil pengujian turbin air savonius myring n = 1 yang menggunakan va

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50

Co

effi

cien

t of

Po

wer

TIP SPEED RATIO

Perbandingan Cp-TSR


80

riasi penghalang berupa silinder yang diletakkan di depan advencing blade akan di

bandingkan dengan turbin air savonius myring n = 1 tanpa penghalang silinder sirk

ular dan turbin air savonius sudu konvensional tanpa penghalang. Data perbanding

an akan ditampilkan dalam bentuk grafik secara keseluruhan pada gambar 4.61 da

n 4.62.

Gambar 4.61 Grafik coefficient of torque (Ct) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR)

Gambar 4.61 menunjukkan bahwa semakin kecil tip speed ratio (TSR), maka coef

ficient of torque (Cm) semakin meningkat. Hal ini terjadi dikarenakan pembebana

n yang dilakukan terhadap poros turbin sangat berpengaruh terhadap coefficient of

torque (Cm). Semakin berat beban yang diterima poros maka coefficient of torque

(Cm) akan semakin besar dan nilai tip speed ratio (TSR) akan semakin menurun

81

Gambar 4.62 Grafik coefficient of power (Cp) sebagai fungsi tip speed ratio (TSR

)

Gambar 4.62 menunjukkan bahwa semakin kecil nilai tip speed ratio (TSR

) maka nilai coefficient of power (Cp) semakin meningkat, namun pada nilai tip sp

eed ratio (TSR) tertentu nilai coefficient of power (Cp) akan menurun, hal ini terja

di dikarenakan coefficient of power (Cp) sudah mencapai puncaknya, hal ini beriri

ngan dengan putaran turbin yang semakin menurun dan mendekati berhenti yang d

isebabkan pembebanan pada poros turbin.

1.1 Analisa Perhitungan

Turbin air yang diteliti adalah turbin savonius poros vertikal dengan dua sud

u kombinasi antara sudu konvensional dan sudu hasil dari persamaan myring pada

yang apabila dilihat dari pandangan atas, turbin tersebut berbentuk S. Turbin air in

i memanfaatkan selisih ketinggian alamiah dari permukaan sungai kecil atau kecep

atan aliran air yang masuk ke dalam dan keluar turbin. Dalam penelitian ini dibuat

suatu turbin air yang ditempatkan secara aksial dan memanfaatkan kecepatan alira

82

n air dalam kolam uji, kinerja dari turbin air ini tergantung dari kondisi aliran (kec

epatan air dan kedalaman air). Dalam pengujian turbin ini diharapkan agar mendap

atkan hubungan antara kecepatan air dengan kinerja turbin (koefisien daya dan koe

fisien torsi) dengan melakukan pengujian pembebanan terhadap turbin dengan vari

asi nilai overlap ratio.

1.1.1 Turbin Air

3.4 Pembuatan dimensi turbin.

Setelah model turbin yang akan digunakan untuk turbin air kinetik

ditentukan, maka dilakukanlah pembuatan. ukuran utama turbin.

Bentuk sudu turbin dibuat untuk kedalaman sungai dan aliran yang

rendah. Untuk pemanfaatan aliran sungai yang rendah, peembuatan

dimensi turbin tidak lebih dari 500 mm. adapun dimensi utama turbin

adalah sebagai berikut :

a. Turbin

Diameter : 400 mm

Tinggi : 400 mm

Bahan : Stainless Steel (Tebal 0,6 mm)

b. Sudu turbin

Model : Kombinasi

Jumlah Sudu : 2 Buah

Jumlah Variasi : 6 (nilai overlap ratio 0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2, dan

0.25)

Bahan : Stainless steel; ( Tebal 0,6 mm)

Bentuk sudu turbin merupakan hasil dari persamaan myring (1.1) y

ang dimana persamaan ini akan menghasilkan kurva yang menjadi bentu

k sudu turbin yang akan di uji. Dimana jika n=2 persamaan ini mendefin

isikan setengah elips, akan tetapi bila n=2, dan nilai a=b persamaan ini m

endefinisikan bentuk setengah lingkaran. Setengah lingkaran merupakan

83

bentuk dari sudu turbin savonius konvensional.

Myring Equation

𝑦 = 𝑏[1 − (𝑥

𝑎)

2

]1𝑛

Penelitian saat ini menggunakan nilai konstan n=1 untuk sudu myri

ng dan n=2 untuk sudu konvensional dimana nilai a=b akan di variasika

n sesuai nilai overlap ratio yang telah direncanakan. Karena nilai a=b ad

alah nilai jari-jari sudu turbin. Dengan memvariasikan nilai overlap rati

o, nilai a=b akan berubah searah dengan berubahnya nilai jari-jari sudu t

urbin savonius. Seperti contoh berikut :

1) Nilai overlap ratio 0, jari-jari sudu 0.1 m

a) Nilai n = 1

𝑦 = 𝑏[1 − (𝑥

𝑎)

2

]1𝑛

Dimana:

a = b = jari-jari sudu =0.1 m ~ 0.099 m ~ 99 mm dengan

(1 mm toleransi pengelasan)

x = {-99, -80, ......, 80, 99}

Maka untuk x = -99

𝑦 = 99[1 − (−99

99)

2

]11

𝑦 = 0 ...dan seterusnya

2) Nilai overlap ratio 0.05, jari-jari sudu 0.105 m

a. Nilai n = 1

𝑦 = 𝑏[1 − (𝑥

𝑎)

2

]1𝑛

Dimana:

a = b = jari-jari sudu =0.105 m ~ 0.104 m ~ 104 mm (1

mm toleransi pengelasan)

x = {-104, -84 ......, 84, 104}

Maka untuk x = -84

84

𝑦 = 104[1 − (−84

104)

2

]11

𝑦 = 36.35354 ...dan seterusnya

Dengan memasukkan persamaan myring pada Excel mendapatkan hasil

seperti yang ditunjukkan oleh Tabel 4-1, 4-2, 4-3, 4-4, 4-5, dan 4-6.

Tabel 0-1 Hasil persamaan Myring dengan nilai ovrlap ratio = 0 diameter sudu 200

mm

Tabel 0-2 Hasil

persamaan Myring

dengan nilai ovrlap

ratio = 0,05 diameter

sudu 210 mm

Tabel 0-3 Hasil persamaan Myring dengan nilai ovrlap ratio = 0,1 diameter sudu

220 mm

n=1 n=2

n=1 n=2

X y x y

-99 0 -101 0

-80

34.3535

4 -80

61.6522

5

-60

62.6363

6 -60

81.2465

4

-40

82.8383

8 -40

92.7415

8

-20 94.9596 -20 99

0 99 0 101

20 94.9596 20 99

40

82.8383

8 40

92.7415

8

60

62.6363

6 60

81.2465

4

80

34.3535

4 80

61.6522

5

99 0 101 0

85

-109 0 -110 0

-88

37.9541

3 -88 66

-66 69.0367 -66 88

-44

91.2385

3 -44

100.816

7

-22

104.559

6 -22

107.777

5

0 109 0 110

22

104.559

6 22

107.777

5

44

91.2385

3 44

100.816

7

66 69.0367 66 88

88

37.9541

3 88 66

109 0 110 0

Tabel 0-4 Hasil

persamaan Myring

dengan nilai ovrlap

ratio = 0,15 diameter

sudu 230 mm

n=1 n=2

-114 0 -115 0

-92

39.7543

9 -92 69

-69

72.2368

4 -69 92

n=1 n=2

-104 0 -105 0

-84

36.1538

5 -84 63

-63

65.8365

4 -63 84

-42

87.0384

6 -42

96.2340

9

-21

99.7596

2 -21

102.878

6

0 104 0 105

21

99.7596

2 21

102.878

6

42

87.0384

6 42

96.2340

9

63

65.8365

4 63 84

84

36.1538

5 84 63

104 0 105 0

86

-46 95.4386 -46

105.399

2

-23

109.359

6 -23

112.676

5

0 114 0 115

23

109.359

6 23

112.676

5

46 95.4386 46

105.399

2

69

72.2368

4 69 92

92

39.7543

9 92 69

114 0 115 0


240 mm

n=1 n=2

-119 0 -120 0

-96

41.5546

2 -96 72

-72

75.4369

7 -72 96

-48

99.6386

6 -48

109.981

8

-24

114.159

7 -24

117.575

5

0 119 0 120

24

114.159

7 24

117.575

5

48

99.6386

6 48

109.981

8

72

75.4369

7 72 96

96

41.5546

2 96 72

119 0 120 0

87


250 mm

Bentuk sudu turbin

dari hasil persamaan Myring dapat dipresentasikan menggunakan perangkat lunak

Autocad seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4-1, 4-2, 4-3, 4-4, 4-5, dan 4-6.

n=1 n=2

-124 0 -125 0

-100

43.3548

4 -100 75

-75 78.6371 -75 100

-50

103.838

7 -50

114.564

4

-25

118.959

7 -25

122.474

5

0 124 0 125

25

118.959

7 25

122.474

5

50

103.838

7 50

114.564

4

75 78.6371 75 100

100

43.3548

4 100 75

124 0 125 0

Gambar 0-1 Visualisasi Tabel 4-1, dan 4-2

88

Gambar 0-2 Visualisasi Tabel 4-3 dan 4-4

Gambar 0-3 Visualisasi Tabel 4-5 dan Tabel4-6

89

3.5 Fabrikasi Turbin

Fabrikasi turbin dimulai dengan membuat sudunya terlebih dahulu.

Dengan menekuk pelat stainless steel dengan bantuan mesin roll

sesuai desain yang ditentukan. Hasil seperti yang di tunjukkan oleh

Gambar 4-4.

Sudu turbin yang telah di bentuk akan ditempatkan di atas endplate

seperti pada Gambar 4-5.

Gambar 0-4 Bentuk sudu hasil fabrikasi

90

1.1.2 Komparasi Nilai Cm-TSR

Gambar 4-24 adalah grafik hubungan koefisien torsi (Cm) dan TSR, diman

a secara umum turbin savonius dengan sudu kombinasi memiliki torsi lebih bes

ar dari turbin savonius konvensional. Grafik tersebut juga menunjukkan pola tre

n performa yang mirip pada TSR tinggi dan mulai berbeda pada TSR rendah.

Nilai TSR yang rendah menunjukkan nilai koefisien torsi yang berbeda p

ada masing masing variasi. Perbedaan tiap nilai koefisien torsi tersebut akan dit

unjukkan lebih jelas lagi pada Tabel 4-15. Perbedaan performa yang ditunjukka

n pada tabel merupakan perbandingan performa tiap-tiap turbin savonius sudu k

ombinasi dengan turbin savonius konvensional.

Tabel 0-7 Perbedaan Cm masing-masing turbin

Tipe Turbin Koefisien

Torsi Max

Korespondensi

TSR

Perbedaan Performa

(+)/(-)

Gambar 0-5 Perbandingan Cm-TSR hasil eksperimen

91

Konvensional 0.4793 0.5348 0 %

Kombinasi (0) 0.7403 0.6014 54.45%

Kombinasi (0.05) 0.7989 0.5899 66.68%

Kombinasi (0.1) 0.8788 0.5833 83.35%

Kombinasi (0.15) 0.8202 0.7327 71.12%

Kombinasi (0.2) 1.1850 0.5024 147.23%

Kombinasi (0.25) 1.184 0.5186 147.02%

Disini dapat dilihat peningkatan koefisien torsi seiring dengan besar nilai o

verlap ratio pada tiap turbin savonius sudu kombinasi, namun terlihat penuruna

n singkat pada turbin savonius sudu kombinasi dengan nilai overlap ratio 0.2 h

al ini dapat terjadi karena defect pada turbin dan alat pengukur untuk memberik

an kondisi yang ideal dan berpengaruh pada data yang dihasilkan. Dapat dibukt

ikan ketika performa kembali meningkat pada Turbin Savonius sudu kombinasi

dengan nilai overlap ratio 0.2 yang juga berhasil mencapai nilai Cm terbesar de

ngan perbedaan 147.23%. Kemudian penurunan performa pada turbin dengan n

ilai overlap ratio 0.25 dengan perbedaan performa 147.02 % menunjukkan nila

i overlap ratio 0.2 merupakan nilai overlap yang optimum pada penelitian ini.

1.1.3 Komparasi Nilai Cp-TSR

Gambar 4-24 adalah grafik hubungan koefisien daya (Cp) dan TSR, dim

ana secara umum turbin savonius dengan sudu kombinasi memiliki daya lebih b

92

esar dari turbin savonius konvensional. Ke-lima turbin mencapai nilai Cp maksi

mum pada TSR yang berbeda.

Nilai TSR yang terendah pada masing-masing turbin menunjukkan nilai

koefisien daya yang berbeda pada masing masing variasi. Perbedaan tiap nilai

koefisien daya tersebut akan ditunjukkan lebih jelas lagi pada tabel 4-16. Perbedaan

performa yang ditunjukkan pada tabel merupakan perbandingan performa tiap-tiap

turbin savonius sudu kombinasi dengan turbin savonius konvensional

Tabel 0-1 Perbedaan Cp masing-masing turbin

Tipe Turbin Koefisien

Daya Max

Korespondensi

TSR

Perbedaan Performa

(+)/(-)

Konvensional 0.2842 0.7679 0%

Kombinasi (0) 0.4625 0.7329 62.73%

Kombinasi (0.05) 0.5765 0.9135 102.85%

Gambar 0-6 Perbandingan Cp-TSR hasil eksperimen

93

Kombinasi (0.1) 0.5795 0.8992 103.9%

Kombinasi (0.15) 0.6188 0.8449 117.73%

Kombinasi (0.2) 0.6603 0.6946 132.33%

Kombinasi (0.25) 0.6532 0.7279 129.83%

Disini dapat dilihat peningkatan koefisien daya seiring dengan besar nilai

overlap ratio pada tiap turbin savonius sudu kombinasi, namun terlihat menurun

pada turbin savonius sudu kombinasi dengan nilai overl ratio 0.25. Turbin

Savonius sudu kombinasi dengan nilai overlap ratio 0.2 berhasil mencapai nilai Cp

terbesar dengan perbedaan 132.33%. Penambahan gap atau nilai overlap ratio pada

turbin terbukti mampu meningkatkan performa turbin savonius, akan tetapi

diperlukannya nilai overlap ratio yang optimum. Hal ini di tunjukkan oleh

penurunan performa turbin pada nilai overlap ratio 0.25.

94

DAFTAR PUSTAKA

Akwa, J., Junior, G., & Petry, A.(2012). Dicussion on the verification of the overlap

ratio influence on performance coefficients of a Savonius wind rotor using

computational fluid dynamics. Renew. Energy, volume38, 141-149.

Altan, B., Atilgan, M.2008. An experimental and numerical study on the

improvement of the performance of Savonius wind rotor. Energy Convers.

Manag., volume 49, 3425-3432.

Altan, B., Atilgan, M.(2008). An experimental study on improvement of a Savonius

rotor performance with curtaining. Exp. Therm. Fluid Sci., volume 32,

1673-1678.

Beom-Soo Hyun, Da-Hye Choi, Jun-Seon Han & Ji-Yuan Jin,” Performance

Analysis and Design of Vertical Axis Tidal Stream Turbine”, Journal of

Shipping and Ocean Engineering 2 (2012) 191-200.

Freitas J.(1999). The Issue Of Numerical Uncertainty, second International

Conference on CFD in the Minerals and Process Industries CSIRO,

Melbourne, Australia, 6-8 Desember 1999.

Kailash, G., Eldho, T. I, & Prabhu, S. V.(2012). Performance Study of Modified

Savonius Water Turbine with Two Deflector Plates. International Journal

of Rotating Machinery, volume 2012, Article ID 679247, 12 pages.

Gupta, R., Deb, B., & Misra, R.(2013). Performance Analysis of a helical Savonius

rotor with shaft at 45o twist angle using CFD. Mech. Eng. Res., volume 3,

118-129.

Hayashi, T., Li, Y., & Hara, Y.(2005). Wind tunnel test on a different phase three-

stage Savonius rotor. JSME Intern. J., volume 48, 9-19.

Irabu, K., Roy, J.(2011).Study of direct force measurement and characteristics on

blades of Savonius rotor at static state. Exp. Therm. Fluid Sci., volume 35,

653-659.

Kacprzak, K., Liskiewicsz, G., & Sobczak, K.(2013). Numerical investigation of

conventional and modified Savonius wind turbine. Renew. Energy, volume

60, 578-585.

95

Kailash, G., Eldho, T. I. & Prabhu S. V.(2012). Performance Study of Modified

Savonius Water Turbine with Two Deflector Plates International Journal

of Rotating Machinery, volume 2012, 1-12.

Kamal, Faizul M.(2008). Aerodynamics Characteristics of A Stationary Five

Bladed Vertical Axis Vane Wind Turbine. Journal of Mechanical

Engineering, volume ME39, nomor 2, 95-99.

Kamoji, M., Kedare, S. & Prabhu, S.(2009). Performance tests on helical Savonius

rotors. Renew. Energy(2009), volume 34, 521-529.

Khan, M. N. I., Iqbal, M. T., Hinchey, M., & Masek, V.(2009). Performance Of

Savonius Rotor As A Water Current Turbine. Journal of Ocean

Technology, Maritime and Port Security, volume 4, nomor 2, 71-83.

McTavish, S, Feszty, D., & Sanker, T.(2012). Steady and rotating computational

fluid dynamics simulations of a novel vertical axis wind turbine for small-

scale power generation. Renew. Energy, volume 41, 171-179.

Mohamed, M. H., Janiga, G., Pap, E., Thevenin, D.(2010). Optimization of

Savonius turbines using an obstacle shielding the returning blade.

Renewable Energy, volume 35, 2618-2626

Nakajima, M., Lio, S., & Ikeda, T.(2008). Performance of Double-step Savonius

Rotor for Environmentally Friendly Hidroulic Turbine. Journal of Fluid

Science And Technology. volume 3, nomor 3, 410-419.

Nakajima, M., Lio, S., & Ikeda, T.(2008). Performance of Savonius Rotor for

Environmentally Friendly Hidroulic Turbine. Journal of Fluid Science

And Technology. volume 3, nomor 3, 420-429.

Noir P. Purbaa, Jaya Kelvinb, Muallimah Annisaab, Dessy Teliandib, Ghalib K.

G.b, Resti Ayu I. P.b, Finri S. Damanikc. “Preliminary Research of Using

Ocean Currents and Wind Energy to Support Lighthouse in Small Island,

Indonesia”, Energy Procedia 2014, 45, 204-210.

Patel C.R., Patel V.K., Prabhu S.V., & Eldho T.I.(2013). Investigation of Overlap

Ratio for Savonius Type Vertical Axis Hydro Turbine. International

Journal of Soft Computing and Engineering (IJSCE), volume-3, nomor 2.

96

Rosario, L, Stefano, M., & Michele, M.(2014). 2D CFD modeling of H-Darrieus

Wind turbine using a Transition Turbulence Model. Energy Procedia,

volume 45, 131-140.

Saha, U., Thotla, S., & Maity, D.(2008). Optimum design configuration of Savonius

rotor through wind tunnel experiments. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn.

Volume 96, 1359-1375.

Sakti, G., Yuwono, T. Y., & Widodo W. A. (2018). The Interactions of I-65⁰ Type

Cylinder and Savonius Wind Turbine for Performance Improvement.

Innovative Science and Technology in Mechanical Engineering for

Industry 4.0 AIP Conf. Proc. 2187, 020002-1–020002-8.

Sakti, G., Yuwono, T. Y., & Widodo W. A. (2019). Experimental and Numerical

Investigation of I-65⁰ Type Cylinder Effect on the Savonius Wind Turbine

Performance. International Journal of Mechanical & Mechatronics

Engineering IJMME-IJENS Vol:19 No:05, 115-125.

Sanusi, A., Soeparman, S., Wahyudi, S., and Yuliati, L.(2016). Experimental study

of combined blade savonius wind turbine. International Journal Of

Renewable Energy Research, volume 6, 614-619.

Sanusi, A., Soeparman, S., Wahyudi, S., and Yuliati, L.(2017). Performance

Analysis of a Combined Blade Savonius Wind Turbines. International

Journal of Fluid Machinery and Systems, volume 10, nomor 1, 54-62.

Satrio, D., Utama, I. K. A. P. and Mukhtasor.(2018). The influence of time step

setting on the CFD simulation result of vertical axis tidal current turbine.

Journal of Mechanical Engineering and Sciences, volume 12. 3399-3409.

Sheldahl, Robert, E., Louis V. Feltz, and Blackwell B. Fv.(1978). Wind tunnel perf

ormance data for two-and three-bucket Savonius rotors. Journal of Energ

y, volume 2, nomor 3, 160-164.

Setiawan, P. A., Yuwono, T dan Widodo, W. A.(2018). Numerical simulation on im

provement of a Savonius vertical axis water turbine performance to advan

cing blade side with a circular cylinder diameter variations. IOP Conf. Se

r.: Earth Environ. Sci, volume 200, 012-029.

Tian, W., Song, B., & Mao, Z.(2014). Numerical investigation of a Savonius wind

97

turbine with elliptical blades. Proc. CSEE, volume 34, 796-802.

Tian. W., Song, B., VanZweiten. J., H., & Pyakurel. P.(2015) Computational Fluid

Dynamics Prediction of a Modified Savonius Wins Turbine with Novel B

lade Shapes. Energies, volume 8, 7915-7929.

Yaakob O. B., Suprayogi D.T., Abdul Ghani M. P., & Tawi K. B.(2013)

Experimental Studies on Savonius-type Vertical Axis Turbine for Low

Marine Current Velocity”, IJE Transactions A: Basics, volume 26, nomor

1, 91-98.

Yang, B., Lawn, C.(2011). Fluid Dynamics Performance of a vertical axis turbine

for tidal currents. Renew. Energy, volume 36, 3355-3366.

Yuningsih, A., Sudjono, E. H., Rachmat, B., & Lubis, S.(2010). Currents energy

prospect, ESDM. Report.

Yuwono, T., Latip, A. A., Putri, N. P., Muhammad, U., Mazhilna, E. N., Ariyanto,

C., Andaryani, U., and A. Fauzi, A. F.(2018). Numerical study on the

effect of width of single curtain on the performance of Savonius wind

turbine, MATEC Web of Conferences, volume 154, 01110.

laporan kemajuan pekerti - p3m.ppns.ac.idp3m.ppns.ac.id/wp...agus-setiawan-laporan-kemajuan.pdf ·...

Documents