pengaruh deflektor pada unjuk kerja kincir air …repository.usd.ac.id/35076/4/155214113_full...

PENGARUH DEFLEKTOR PADA UNJUK KERJA KINCIR AIR

SAVONIUS MODIFIKASI BERPOROS VERTIKAL DUA TINGKAT

Diajukan Untuk Memenuhi Salah satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Disusun oleh :

Daniel Pakpahan

155214113

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2019

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE INFLUENCE OF DEFLECTOR ON THE PERFORMANCE OF TWO

STAGE MODIFIED SAVONIUS WATER TURBINE WITH VERTICAL AXIS

Presented as Partitial Fulfilment of the Requirement

As to Obtain the Degree of Sarjana Teknik

Mechanical Engineering Study Program

Written By:

Daniel Pakpahan

155214113

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2019


vii

ABSTRAK

Energi air pada aliran sungai berpotensi sebagai pembangkit listrik. Energi

air juga ditemukan pada aliran sungai yang memiliki elevasi kecil, meskipun

kecepatan dan energinya cenderung rendah. Penelitian ini bertujuan untuk

mengetahu pengaruh penambahan deflektor pada saluran air buatan terhadap

kinerja kincir.

Metode penelitian yang digunakan adalah experimental, dengan

menggunakan kincir air Savonius modifikasi dua tingkat berporos vertikal.

Spesifikasi kincir yang digunakan, tinggi rotor (H) = 7 cm, diameter rotor (D) =

10 cm dengan pergeseran sudu 90°. Deflektor yang digunakan memiliki

kemiringan sudut 30° dan variasi kecepatan air yang digunakan 0,9 m/s, 1 m/s dan

1,1 m/s.

Dari penelitian ini diperoleh Efisiensi (η) maksimum tanpa deflektor

sebesar 13,5% pada TSR (0,699), dan mengalami peningkatan hingga 41,1% pada

TSR (1,297) setelah ditambahi deflektor. Penambahan deflektor juga

meningkatkan koefisien torsi hingga 0,432 (43,2%) dan Tip Speed Ratio.


viii

ABSTRACT

Water energy in the river flow has the potential as a power plant. Water

energy is also found in rivers that have a small elevation, although the speed and

energy tend to be low. This study aims to determine the effect of adding deflectors

on artificial drains on the performance of the mill.

The method used was experimental, using a two-level vertical pavement

modified Savonius waterwheel. The mill specifications used, rotor height (H) = 7

cm, rotor diameter (D) = 10 cm with 90° blade shift. The deflector used has a

slope of 30° and the variation in speed of water used is 0.9 m / s, 1 m / s and 1.1

m / s.

From this study the maximum efficiency (η) obtained without deflector

was 13.5% on TSR (0.699), and increased to 41.1% on TSR (1,297) after adding

the deflector. The addition of the deflector also increases the torque coefficient to

0.432 (43.2%) and Tip Speed Ratio.


ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, yang selalu memberikan

pencerahaan dan pengetahuan dalam penyusunan laporan tugas akhir ini, sehingga

penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik. Tugas akhir ini diajukan

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Program studi

Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma,

Yogyakarta.

Banyak hambatan dan kendala yang dialami penulis selama proses

penulisan tugas akhir ini. Namun karena kuasa Tuhan Yang Maha Esa dan

bantuan berbagai pihak. Penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini

dengan baik. Oleh karena itu pada kesempatan kali ini penulis ingin mengucapkan

terimakasih atas segala bantuan dan dukungan baik secara moral, materil, dan

spiritual antara lain kepada :

1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.,Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Sains Dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

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

Fakultas Sains Dan Teknologi

3. RB. Dwiseno Wihadi S.T.,M.Si. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir

4. Ir. Rines, M.T. selaku kepala laboratorium Manufaktur Teknik Mesin Fakultas

Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

5. Doddy Purwadianto S.T., M.T. selaku kepala laboratorium Konversi Energi

Teknik Mesin Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta

6. Kepada Keluarga Penulis yang selalu memberikan dukungan, terutama kepada

ibu penulis.

7. Kepada seseorang terdekat dan spesial yang selalu mendukung penulis.


xi

Daftar Isi

Halaman Judul ....................................................................................................... i

Tittle Page .............................................................................................................. ii

Lembar Pengesahan Dosen Pembimbing........................................................... iii

Lembar Pengesahan Dewan Penguji .................................................................. iv

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

Lembar Pernyataan Persetujuan Publikasi....................................................... vi

Abstrak ................................................................................................................ vii

Abstract ............................................................................................................... viii

Kata Pengentar ..................................................................................................... ix

Daftar Isi ............................................................................................................... xi

Daftar Gambar ................................................................................................... xiii

Daftar Tabel ........................................................................................................ xiv

Pendahuluan ............................................................................................ 1

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

1.2 Perumusan Masalah ................................................................................... 2

1.3 Batasan Masalah ........................................................................................ 2

1.4 Tujuan Penelitian ....................................................................................... 3

1.5 Manfaat Penelitian ..................................................................................... 3

Tinjauan Pustaka dan Landasan Teori ................................................ 4

2.1 Landasan teori ........................................................................................... 4

Energi Air................................................................................................... 4

Kincir Air Tipe Savonius ........................................................................... 4

Teori Kontinuitas Aliran ............................................................................ 6

Peforma Kincir Savonius ........................................................................... 6

Aliran Fluida di dalam Saluran Tertutup ................................................... 8

2.2 Tinjauan Pustaka ....................................................................................... 9

Metode Penelitian .................................................................................. 12

3.1 Alat Penelitian ......................................................................................... 14

3.2 Alat Pendukung ....................................................................................... 21


xii

3.3 Diagram Alir ............................................................................................ 22

3.4 Langkah Pengambilan Data ..................................................................... 23

3.5 Proses Analisis data Penelitian ................................................................ 24

Hasil Penelitian dan Pembahasan ........................................................ 25

4.1 Data hasil Penelitian ................................................................................ 25

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ........................................................... 27

4.3 Tabel Pengolahan data dan Perhitungan ................................................ 29

Tabel Hasil Pengolahan data tanpa Deflektor ......................................... 30

Tabel Hasil Pengolahan Data dengan Deflektor ...................................... 32

4.4 Grafik Hasil Perhitungan ......................................................................... 35

Hubungan antara Efisiensi (η) dengan Kecepatan Kincir (rpm).............. 35

Hubungan antara Tip speed ratio dengan Efisiensi (η) Kincir................. 36

Hubungan antara Tip speed ratio dengan Koefisien Torsi Kincir Air ..... 39

4.5 Pembandingan Penelitian ........................................................................ 41

Kesimpulan dan Saran .......................................................................... 43

5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 43

5.2 Saran ........................................................................................................ 44

Daftar Pustaka ...................................................................................................... 45

Lampiran .............................................................................................................. 47


xiii

Daftar Gambar

Gambar 2. 1 Skematik Rotor Kincir Savonius yang Menerima Gaya dari Fluida .. 4

Gambar 2. 2 Savonius Stasioner Stengah Lingkaran ............................................... 5

Gambar 2. 3 Fluida yang Melewati Pengarah Aliran ............................................... 6

Gambar 3. 2 Set up Lengkap Alat Penelitian ......................................................... 12

Gambar 3. 3 Skema Kerja Fluida pada Proses Penelitian ...................................... 13

Gambar 3. 4 Desain Rotor Kincir Savonius Modified ........................................... 14

Gambar 3. 5 Kincir yang Diteliti............................................................................ 15

Gambar 3. 6 Skema Struktur Kerja Rotor Savonius dengan Deflektor .. .............. 16

Gambar 3. 7 Gambar Detail Deflektor ................................................................... 16

Gambar 3. 8 Skema Lorong Air Penelitian ........................................................... 17

Gambar 3. 9 Gambar dan Ukuran Bak Air Buatan ................................................ 19

Gambar 3. 10 Gambar Rem Torsi .......................................................................... 20

Gambar 4. 2 Grafik Hubungan antara Efisiensi dengan Kecepatan Putaran Kincir

Tanpa Deflektor ..................................................................................................... 35

Gambar 4.3 Grafik Hubungan antara Efisiensi dengan Kecepatan Putaran Kincir

menggunakan Deflektor ......................................................................................... 36

Gambar 4. 4 Grafik Hubungan antara Tip speed Ratio (TSR) dengan Efisiensi

Kincir pada Kecepatan Air 0,9 m/s. ....................................................................... 37


Kincir pada Kecepatan Air 1 m/s. .......................................................................... 37


Kincir pada Kecepatan Air 1,1 m/s. ....................................................................... 38

Gambar 4. 7 Grafik Hubungan antara Tip speed Ratio (TSR) dengan Koefisien

Torsi (Cm) pada Kecepatan Air 0,9 m/s. .............................................................. 39


Torsi (Cm) pada Kecepatan Air 1 m/s. .................................................................. 40


Torsi (Cm) pada Kecepatan Air 1,1 m/s. .............................................................. 40


xiv

Daftar Tabel

Tabel 3. 2 Keterangan alat yang digunakan ........................................................... 21

Tabel 4. 2 Tabel Pengambildan data tanpa deflektor ............................................. 25

Tabel 4. 3 Tabel pengambilan data dengan deflektor ............................................ 26

Tabel 4. 4 Tabel Pengolahan data kecepatan air 0,9 m/s tanpa deflektor. ............. 30

Tabel 4. 5 Tabel Pengolahan data kecepatan air 1 m/s tanpa deflektor ................. 30

Tabel 4. 6 Tabel Pengolahan data kecepatan air 1,1 m/s tanpa deflektor .............. 31

Tabel 4. 7 Tabel Pengolahan data kecepatan air 0,9 m/s dengan deflektor ........... 32

Tabel 4. 8 Tabel Pengolahan data kecepatan air 1 m/s dengan deflektor .............. 33

Tabel 4. 9 Tabel Pengolahan data kecepatan air 1 m/s dengan deflektor .............. 34


1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pemanfaatan energi air sebagai salah satu energi terbarukan cukup

berpotensi. Energi air dapat dikonversikan menjadi bentuk energi lainnya dengan

memanfaatkan sarana seperti kincir air. Hingga saat ini energi air yang

dimanfaatkan baru sekitar 11% dari potensi (Sumber outlook 2016). Pemanfaatan

energi air dalam sekala kecil berupa Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro

(PLTMH) yang memanfaatkan saluran air sungai.

Energi air juga terdapat pada aliran sungai yang memiliki elevasi kecil.

Saluran seperti itu banyak terdapat disekitar pemukiman. Saluran air sungai yang

memiliki kecepatan aliran air yang rendah, bukan berarti tidak dapat dimanfaatkan

sebagai sumber energi. Pemanfaatan potensi aliran air sungai dapat dilakukan

dengan menggunakan kincir air Savonius.

Kincir air Savonius adalah kincir air dengan bentuk sederhana, berupa

sudu setengah lingkaran yang dipasang secara berlawanan. Kincir air Savonius

juga dapat berberntuk dua tingkat menggunakan sudu yang dimodifikasi dengan

pergeseran sudu 90°. Kelebihan menggunaan kincir air Savonius modifikasi dua

tingkat adalah kincir mampu bekerja dengan lebih baik pada aliran air

berkecepatan rendah (Sumber Golecha, 2011) . Namun kekurangannya, daya dan

putaran yang dihasilkan kincir Savonius relatif rendah (Sumber Purnama, 2013)

Beranjak dari hal tersebut penulis melakukan penelitian kincir air Savonius

vertikal tipe modified pada aliran rendah. Dalam penelitian ini penulis


2

menggunakan saluran air buatan untuk menciptakan aliran air yang lebih stabil.

Selain itu kecepatan air dapat ditingkatkan dengan memasang deflektor pada

saluran air.

1.2 Perumusan Masalah

Masalah yang di rumuskan pada penelitian ini adalah

1) Bagaimana pengaruh penambahan deflektor pada efisiensi (η) kincir air

Savonius modifikasi

2) Bagaimana pengaruh penambahan deflektor pada koefisien torsi (Cm) kincir

air Savonius modifikasi

3) Bagaimana pengaruh penambahan deflektor pada Tip Speed Ratio (TSR) kincir

air Savonius modifikasi

4) Bagaimana pengaruh variasi kecepatan aliran terhadap efisiensi kincir air

Savonius modifikasi.

1.3 Batasan masalah

Pada penelitian ini penulis memiliki beberapa hal yang dibatasi dan

diabaikan , yaitu:

1) Penggunaan material pada penelitian tidak diperhitungkan tingkat korosinya.

2) Kincir Savonius yang digunakan dengan sudut lengkung

3) Kecepatan aliran air yang digunakan adalah 0,9 m/s, 1 m/s, 1,1 m/s.

4) Tinggi aliran air diabaikan.

5) Penelitian hanya menggunakan deflektor dengan sudut 30°.


3

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1) Mengetahui pengaruh penambahan deflektor pada efisiensi (η) kincir air


2) Mengetahui pengaruh penambahan deflektor pada koefisien torsi (Cm) kincir

air Savonius modifikasi.

3) Mengetahui pengaruh penambahan deflektor pada Tip Speed Ratio (TSR)()

kincir air Savonius modifikasi.

4) Mengetahui pengaruh variasi kecepatan aliran air terhadap efisiensi kincir


1.5 Manfaat Penelitian

Pada penelitian ini penulis mengharapkan dapat memberikan manfaat –

manfaat sebagai berikut :

1) Membuat pustaka baru tentang kincir air Savonius modifikasi berporos vertikal

dengan dua sudu dan penambahan deflektor

2) Mengetahui Efisisensi yang dihasilkan oleh kincir air Savonius tipe modifikasi

pada aliran yang memiliki kecepatan rendah dan ketinggian air yang rendah.

3) Data – data ini dapat digunakan sebagai referensi dasar untuk merancang

sebuah kincir air Savonius tipe modifikasi pada aliran rendah dan ketinggian

sumber air yang rendah.

4) Sebagai salah satu penggunaan sumber daya energi alternatif yang ramah

lingkungan dan bermanfaat untuk masyarakat terpencil yang masih sulit

mendapatkan energi listrik.


4

Tinjauan Pustaka dan Landasan Teori

2.1 Landasan teori

Energi air

` Energi air adalah energi yang terkandung pada aliran air. Energi air dapat

dimanfaatkan untuk menggerakkan alat berupa kincir air. Energi air yang

mengenai rotor kincir merupakan energi mekanik. Energi mekanik terdiri dari

energi kinetik dan energi potensial.

Kincir Air Tipe Savonius

Rotor Savonius diciptakan oleh Sirguard Johannes Savonius pada tahun

1922. Sebagai rotor vertikal sederhana, rotor Savonius bekerja karena terjadinya

perbedaan gaya antara masing–masing sudu. Rotor kincir air Savonius dapat

dimanfaatkan pada aliran air sungai yang memiliki kecepatan dan ketinggian air

yang rendah.

Gambar 2. 1 Skematik rotor kincir Savonius yang menerima gaya dari fluida

( Sumber : Mohammed Hadi Ali , 2013, vol. 3 )


5

Bagian sudu cekung rotor menangkap dan mengkonversikan energi

kinetik yang dihasilkan menjadi energi mekanik. Bentuk rotor kincir Savonius

yang terdiri dari dua sudu memiliki gaya hambat (drag) yang sedikit saat berputar.

Hal itu terjadi karena, sudu yang terbuka langsung menerima hantaman fluida

ketika rotor berputar mencapai sepertiga dari putarannya. Kemudian sudu

selanjutnya juga berputar mengalami fenomena yang sama. Proses sini akan

terjadi berulang-ulang selama ada aliran fluida yang melalui rotor kincir. Rotor

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

Gambar 2. 2 Savonius stasioner stengah lingkaran

(Sumber : Maritime and Port Security, Vol. 4, No. 2, 2009)


6

Teori kontinuitas Aliran

Gambar 2. 3 Fluida yang melewati pengarah aliran

Pada gambar di atas , L1 adalah lebar masukkan air yang diberikan

pengarah aliran , L2 adalah lebar keluaran aliran air pada deflektor , dan Q

adalah debit aliran.

Pada fluida yang mengalir dalam suatu lintasan, fluida dapat mengalami

peningkatan kecepatan aliran apabila terjadi penurunan luas penampang yang

dilewati. Secara matematis persamaan kontinuitas aliran dapat dinyatakan sebagai

berikut.

Q = AU

Q1 = Q2

(1)

A1U1 = A2U2 (2)

Dengan A adalah luas penampang aliran masuk dan keluaran fluida, dan U

adalah kecepatan aliran fluida.

Peforma kincir Savonius

Peforma kincir air Savonius dapat ditentukan dengan persaman-

persamaan berikut .


7

a. Tip speed ratio ()

` Tip speed ration atau TSR pada kincir air adalah rasio antara kecepatan

rotasi pada ujung sudu dan kecepatan aktual dari aliran air terhadap kecepatan

putar rotor (Hayashi et al ,2005). Tip speed ratio atau TSR dapat dihitung

dengan menggunakan persamaan berikut.

TSR��

2

(3)

� �2�. �

60 ��

(4)

Dimana , D adalah diameter Rotor, � adalah kecepatan sudut , n adalah

Putaran rotor

b. Koefisien Torsi (Cm)

Koefisien Torsi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

Dimana, T adalah nilai torsi , ρ adalah densitas air , H adalah tinggi rotor.

�� 4�

��

(5)

Untuk mengukur torsi rotor kincir, dipergunakan rem torsi Gambar 3.9

dengan menggunakan persamaan berikut.

T = (S – M). (r shaft + dr ).g (6)

S adalah beban penyeimbang, M adalah beban , rshaft adalah jari- jari poros, dr

adalah diameter nylon dan g adalah gravitasi.


8

c. Koefisien daya (CP)

Secara matematis, koefisien daya (Cp) dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan berikut.

C� �2�

��

(7)

Dimana, CP adalah Koefisien daya, P adalah Daya kincir (watt) yang dapat

diperoleh melalui Persamaan 8.

P = T.� (8)

d. Efisiensi (η) mekanis kincir

�� !� � ��. 100%

(9)

Aliran fluida di dalam saluran tertutup

Aliran fluida pada saluran tertutup dapat ditentukan dengan persamaan

berikut :

$� ��

µ

(10)

Dimana, Re adalah nilai Reynold, µ adalah viskositas. Angka Reynold < 2300

menunjukan aliran air bersifat laminer. 2300 < Re < 4000 menunjukan aliran air

bersifat transisi. Angka Reynold > 4000 menunjukan aliran air bersifat turbulen.

Secara matematis, Diameter Hydraulic (Dh) dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan berikut:

�& � 4''

4'� '

(11)

Dh adalah Diameter Hydraulic , adalah sisi dalam saluran air.


9

Menghitung panjang saluran fluida (LH) dapat dilakukan dengan aliran turbulen :

LHturbulen= 1,359 Dh Re1/4 (12)

LHturbulen = Turbulen – 10 Dh (13)

LH adalah panjang saluran air Fully developed.

2.2 Tinjauan Pustaka

Penelitian yang sudah dilakukan oleh Kalias Golecha, dkk dengan judul

Influence of the deflector plate on the performence of modified Savonius water

turbine. Melakukan penelitian pengaruh kinerja kincir air type modified dengan

dua sudu pada kicir jenis satu tingkat , dua tingkat dan tiga tingkat pada aliran air

sungai. Metode yang dilakukan pada penelitian ini adalah menggunakan aliran air

yang tidak tetap, aliran air yang didapat dari sungai dengan kecepatan dan

perubahan debit yang kemudian diukur dan dihitungan nilai Reynold nya. Pada

proses pengukuran aliran air dengan nilai Reynold tertinggi yang didapat yaitu

1,32 x 105 .

Pada penelitian yang dilakukan oleh Purnama dengan judul Rancangan

Bangun Turbin Air Sungai Poros Vertikal Tipe Savonius Dengan Menggunakan

Pemandu Arah Aliran, dilakukan penelitian terhadap penggunaan deflektor dan

tanpa deflektor pada rotor Savonius. 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 ini adalah menggunakan aliran sungai langsung dengan meletakkan

rotor Savonius di sungai dan dilakukan pengujian. Dengan melakukan penelitian


10

tersebut mereka memperoleh hasil yaitu untuk tanpa deflektor mendapat koefisien

daya maksimum sebesar 0,12 untuk kecepatan aliran air 0,3 m/s, dan 0,06 untuk

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

untuk kecepatan aliran 1,08 m/s.

Pada penelitian yang dilakukan oleh Kaprawi Sahim, dkk dengan judul

Experimental Study of Darrieus-Savonius Water Turbine with Deflector: Effect of

Deflector on the Performance. Melakukan penelitian tentang gaya pembalik yang

dihasilkan dari sudu pembalik dapat dikurangi dengan menambahkan deflektor

pada sisi pembalik dari turbin (belakang turbin). Deflektor juga dapat memusatkan

aliran air yg melewati rotor sehingga dapat meningkatkan daya serta torsi dari

turbin. Kincir Savonius dan rotor darieus diletakkan dalam sumbu yang sama.

Kombinasi ini dinamakan turbin darieus-Savonius. Rotor dapat meningkatkan

torsi turbin. Eksperimen dilakukan di saluran irigasi dan bertujuan untuk

mengetahui pengaruh deflektor dan rotor Savonius terhadap performa turbin

darieus-Savonius. Dari hasil yang didapat, disimpulkan bahwa peletakkan

deflektor pada sudu pembalik (belakang turbin) dapat meningkatkan torsi dan

koefisien daya. Rotor Savonius meningkatkan torsi pada kecepatan rendah namun

mengurangi koefisien daya. Torsi dan koefiesien daya dipengaruhi oleh aspect

ratio rotor Savonius.

Pada penelitian yang dilakukan Ari Prasetyo, dkk dengan judul The Effect

of Deflector Angle in Savonius Water Turbine with Horizontal Axis on the Power

Output of Water Flow in Pipe. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan desain

sudut deflektor optimal pada setiap level debit air. Kinerja deflektor dianalisis


11

melalui keluaran daya, TSR, dan koefisien daya yang dihasilkan oleh turbin.

Sudut deflektor yang diuji adalah tanpa deflektor, 20º, 30º, 40º, dan 50º dengan

rasio deflektor 50%. Hasil percobaan pada debit 10,67x10-3 m3/s menunjukkan

bahwa turbin yang dilengkapi dengan deflektor 30º memiliki kinerja yang paling

optimal dari output daya 18,04 Watt, TSR 1,12 dan koefisien daya 0,127.

Sementara dengan debit yang sama, turbin tanpa deflektor hanya menghasilkan

output daya 9,77 Watt, TSR 0,93, dan koefisien daya 0,09. Dengan demikian,

dapat disimpulkan bahwa deflektor meningkatkan output daya sebesar 85%.


12

METODE PENELITIAN

Penelitian yang dilakukan untuk mengetahui potensi dari kinerja kincir

Savonius modifikasi dengan deflektor dan tanpa deflektor pada beberapa variasi

kecepatan air.

Dalam proses penelitian diperlukan set up alat yang lengkap untuk

mempermudah pengambilan data penelitian Gambar 3.1. Berikut set up alat yang

terdiri dari bak air (1), penutup pintu air (2), saluran air (3) ,pengereman untuk

nilai torsi (4), deflektor (5), dan kincir (6). Gambar set up alat serta lokasi

penelitian juga dapat dilihat pada lampiran di halaman setelah daftar pustaka.

Gambar 3. 1 Set up lengkap alat penelitian

1

2

3

4

5

6


13

Proses aliran fluida dapat dilihat pada skema berikut.

Gambar 3. 2 Skema kerja fluida pada proses penelitian

Pada Gambar 3.1 dan Gambar 3.2, Q adalah debit masukan aliran air

sungai, Qin adalah debit aliran fluida yang melalui saluran air, U adalah kecepatan

aliran fluida, Qout 1 adalah debit air berlebih yang keluar. Qout 2 adalah debit

keluaran dari saluran air, a adalah aliran air sungai, b adalah tangki air, dan c

adalah sungai.

Mula – mula air dari sungai (a) masuk ke tangki air (b). Air akan naik dan

memenuhi tangki, lalu keluar melewati saluran air (Qin). debit air yang berlebih

(Qout1) akan keluar kembali ke sungai (c). Air yang memasuki aliran bergerak

mengikuti kincir dan keluar dari saluran (Qout2) kemudian kembali ke sungai (c).

Kincir


14

3.1 Alat Penelitian

a. Rotor kincir

Pada penelitian ini rotor kincir yang digunakan termodifikasi dengan

parameter sebagai berikut; H/D atau tinggi dan diameter rotor kincir adalah H = 7

cm dan D = 10 cm sehingga aspect ratio H/D= 0,7, sudut lengkung = 124 °, (

) =

0,2 , ujung lurus blade p = 1 cm, dan pergeseran blade 90°. Bentuk rancangan

kincir dalam penelitian ini ditunjukan pada Gambar 3.3 dan Gambar 3.4.

Gambar 3. 3 Desain rotor kincir Savonius modified


15

Gambar 3. 4 Kincir yang diteliti

b. Deflektor

Deflektor adalah sebuah komponen alat tambahan pada lorong air yang

bertujuan untuk meningkatkan kecepatan aliran fluida. Adanya deflektor pada

lorong membuat luasan lorong mengalami penyempitan, dan mengarahkan aliran

ke sisi concave, sehingga kecepatan aliran fluida mengalami peningkatan dan

mengurangi hambatan pada sisi concave.

Akrilik

PVC


16

Skema kerja rotor Savonius dengan deflektor pada penelitian ini

ditunjukan pada gambar berikut. Dilihat dari atas (Gambar 3.5)

Gambar 3. 5 Skema struktur kerja rotor Savonius dengan Deflektor pada aliran

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

Berikut desain deflektor yang dibuat dengan bahan triplek yang cukup tebal :

Gambar 3. 6 Gambar detail deflektor

C

a

b


17

c. Saluran air

Dalam penelitian ini digunakan saluran air sepanjang 8 meter yang terbuat dari

bahan akrilik setebal 5 mm. Saluran air ini digunakan untuk mendapatkan aliran

fluida yang fully developed.

Skema lorong yang digunakan pada penelitian ini menunjukan pada Gambar 3.7.

Gambar 3. 7 Skema lorong air penelitian buatan

Panjang saluran air yang dibutuhkan agar aliran air menjadi fully

developed dapat ditentukan menggunakan persamaan 9,10,11, dan 12.

Akrilik 5 mm


18

= 6,3

4,3

Dari perhitungan di atas diperoleh angka Reynold sebesar 303.258. Nilai

ini menunjukan aliran bersifat turbulen ketika memasuki saluran air, sehingga

dibutuhkan jarak tertentu agar aliran menjadi fully developed.

Dengan angka Reynold sebesar 303.258 maka panjang saluran air

minimal untuk memperoleh aliran fully developed adalah 4,3 m. Dari hasil

perhitungan ini panjang lorong yang digunakan sudah cukup untuk menciptakan

fully developed.

d. Bak air pengatur kecepatan aliran

Bak air akan menjadi wadah penampung fluida air dan pengatur kecepatan

aliran fluida. Bak air digunakan agar debit aliran fluida yang dibutuhkan dapat

dipenuhi. Untuk memperoleh kecepatan dan debit fluida yang diinginkan, bak air

diberi pintu yang sangat rapat agar tidak ada kebocoran yang mengakibatkan

perubahan kecepatan dan debit pada aliran fluida.

Bak air ini terbuat dari tiplek ukuran 1 meter × 1 meter yang dirancang

dengan menggunakan portal sebagai pengatur kecepatan aliran fluida ke saluran

air buatan. Debit air yang ditampung di bak air akan mengalir keluar melalui (a)

pintu saluran yang mengarahkan ke saluran air buatan. Air yang melebihi

kapasitas yang ditentukan akan dikeluarkan melalui pintu air (b) dan (c)

Berikut desain rancangan kontruksi bak air yang akan digunakan pada

proses penelitian:


19

Gambar 3. 8 Gambar dan ukuran bak air buatan

e. Rem Torsi

Rem torsi adalah alat yang digunakan sebagai pengukur torsi dengan cara

mekanik atau pengereman. Rem torsi juga digunakan sebagai tempat mengukur

putaran kincir (rpm). Skema dari alat ini adalah sebagai berikut :

b

c

a


20

Gambar 3. 9 Gambar Rem torsi

Cara kerja pembebanan rem torsi dapat diperhatikan pada Gambar 3.9.

Proses kerja diawali dengan melilitkan (satu lilitan) nylon pada poros kincir (3)

yang terhubung dengan beban dan spring balance. Beban yang diberikan (2) akan

mengencangkan tali pada lilitan poros (3) dan menarik spring balance (1). Putaran

poros yang searah jarum jam dan dengan gaya tarik beban yang searah putaran

poros (2) membuat spring balance menerima gaya tarik dengan nilai beban yang

akan ditampilkan pada spring balance, nilai beban dapat diketahui dengan

pengurangan nilai beban spring balance dengan beban massa (Persamaan.6).

1 Spring balance

2 Pembebanan torsi

3 Tempat pengereman nylon

dengan poros.

4 Poros penyambung dengan

kincir

5 Mini katrol

6 Nylon sebagai penghubung ke

beban (Dr = 0,94 mm)

7 Bantalan poros

8 Tempat pengukuran RPM

5

1

2

3

7 8

4

6


21

3.2 Alat Pendukung

Alat – alat yang digunakan untuk mendukung pelaksanaan penelitian dan

membuat peralatan adalah sebagai berikut.

Tabel 3. 1 Peralatan yang digunakan

No Nama alat Tujuan Penggunaan

1 Tachometer Mengukur putaran permenit rotor (rpm)

2 Timbangan (Neraca) Menimbang berat beban pengereman torsi

3 Alat potong ( cutter) Untuk memotong spesimen benda kerja

4 Gerinda Memotong dan mengikis spesimen

5 Amplas Mengaluskan permukaan spesimen

6 Gergaji Memotong spesimen

7 Mesin Bor Mengebor spesimen

8 Alat tulis Untuk mencatat proses kerja dan hasil

9 Meteran Mengukur spesimen dan benda uji pada

penelitian

10 Welding Menyambung spesimen alat penelitian

11 Anonemeter Mengukur kecepatan aliran fluida (m/s)


22

3.3 Diagram alir

Berikut Diagram alir proses penelitian :

Studi literatur

Selesai

Pengambilan

data

Perancangan Alat uji penelitian

Penyusunan Laporan

Pembuatan alat uji Penelitian

Mulai

Set up alat penelitian

Variasi kecepatan air 0,9 m/s, 1m/s, dan 1,1m/s

Pengolahan Data

Variasi Tanpa dan dengan deflektor


23

3.4 Langkah Pengambilan Data

Proses penelitian yang dilakukan harus melalui beberapa langkah- langkah

penting agar pelaksanaan penelitian bisa berjalan baik dan dapat memperoleh

data yang diharapkan peneliti.

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

pada Gambar 3.1 dan Gambar 3.2 .

2. Mengarahkan air ke bak air penampungan.

3. Katup bak air dibuka agar air mengalir keluar.

4. Katub diatur sedemikian sehingga kecepatan aliran sesuai dengan yang

dibutuhkan

5. Proses pengambilan data dilakukan terhadap parameter – parameter yang

dibutuhkan yaitu torsi dalam kecepatan putar rotor. Torsi kincir diambil dalam

ukuran nilai beban yang diperoleh oleh rem torsi sampai kincir tidak berputar

lagi. Pada saat yang sama diukur kecepatan putar rotor kincir.

6. Setelah melakukan proses kerja dengan mengunakan variasi awal maka akan

dilanjutkan ke variasi kecepatan fluida berikut nya.

7. Setelah selesai melakukan pengambilan data terhadap parameter - parameter

yang dibutuhkan, pengarah aliran dilepas.

8. Set up alat disiapkan untuk dibongkar dan kemudian disimpan.

9. Data yang dihasilkan dari proses penelitian kemudian akan diolah untuk

mencari nilai koefisien torsi (Cm), efisiensi (η), dan Tip Speed Ratio (TSR)

() dengan bentuk grafik dan tabel.


24

3.5 Proses analisis data penelitian

Parameter–parameter penting, yang diukur saat melakukan proses penelitian

adalah kecepatan aliran fluida (U), putaran poros (n) yang dihasilkan tiap menit

(rpm) dan torsi (T) yang dihasilkan oleh putaran rotor. Data tersebut kemudian

diolah untuk menghasilkan :

1. Efisiensi (η)

2. Koefisien Torsi (Cp)

3. Tip Speed Ratio (TSR) ()

4. Perbandingan Pengaruh deflektor.

Analisis data dilakukan setelah data tersebut diolah dan disajikan dalam

bentuk grafik untuk kemudian dapat diambil kesimpulan. Grafik dibuat sesuai

referensi yang digunakan.


25

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data hasil penelitian

Berikut Tabel 4.1 data hasil penelitian kincir Savonius modifikasi pada

variasi kecepatan 0,9 m/s 1 m/s dan 1,1 m/s dengan mengunakan deflektor dan

tanpa deflektor.

Tabel 4. 1. Tabel data tanpa deflektor

U= 0,9 m/s U= 1 m/s U= 1,1 m/s

NO

Beban

(W)

(kg)

Beban

(S)

(kg)

Kecepatan

putar

(rpm)

Beban

(W)

(kg)

Beban

(S)

(kg)

Kecepatan

putar

(rpm)

Beban

(W)

(kg)

Beban

(S)

(kg)

Kecepatan

putar

(rpm)

1 0 0 203

0 234 0 0 265

2 0,05 0,11 187 0,05 0,11 223 0,05 0,11 259

3 0,10 0,22 176 0,10 0,22 215 0,10 0,22 241

4 0,15 0,33 160 0,15 0,33 187 0,15 0,33 232

5 0,21 0,44 148 0,20 0,44 181 0,20 0,44 222

6 0,25 0,53 117 0,25 0,55 170 0,25 0,55 217

7 0,30 0,65 0 0,30 0,66 149 0,30 0,66 212

8 0,35 0,74 135 0,35 0,77 193

9 0,40 0,8 127 0,40 0,88 173

10 0,45 0,99 0 0,45 0,99 150

11 0,50 1,10 147

12 0,55 1,16 129

13 0,60 1,32 0


26

Berikut Tabel 4.2 data hasil penelitian variasi kecepatan aliran air dengan

menggunakan deflektor yaitu, 0,9 m/s ,1m/s dan 1,1m/s. dapat dilihat pada Tabel

4.2 .

Tabel 4. 2. Tabel pengambilan data dengan deflektor

U=0,9 m/s U=1 m/s U=1,1 m/s

NO

Beban

(W)

(kg)

Beban

(S)

(kg)

Kecepatan

putar

(rpm)

Beban

(W)

(kg)

Beban

(S)

(kg)

Kecepatan

putar

(rpm)

Beban

(W)

(kg)

Beban

(S)

(kg)

Kecepatan

putar

(rpm)

1 0 0 337 0 0 367 0 0 398

2 0,05 0,11 328 0,05 0,11 351 0,05 0,11 388

3 0,10 0,22 325 0,10 0,22 344 0,10 0,22 377

4 0,15 0,33 312 0,15 0,33 332 0,15 0,33 362

5 0,20 0,44 294 0,20 0,44 314 0,20 0,44 350

6 0,25 0,55 281 0,25 0,55 297 0,25 0,55 335

7 0,30 0,66 270 0,30 0,66 287 0,30 0,66 350

8 0,35 0,77 255 0,35 0,77 265 0,35 0,77 335

9 0,40 0,88 250 0,40 0,88 251 0,40 0,88 321

10 0,45 0,99 244 0,45 0,99 241 0,45 0,99 307

11 0,50 1,10 230 0,50 1,10 218 0,50 1,10 297

12 0,55 1,21 223 0,55 1,21 204 0,55 1,21 281

13 0,60 1,32 198 0,60 1,32 186 0,60 1,32 266

14 0,65 1,43 174 0,66 1,43 177 0,65 1,43 256

15 0,70 1,54 147 0,70 1,54 153 0,70 1,54 234

16 0,75 1,65 128 0,75 1,65 150 0,75 1,65 228

17 0,80 1,76 0 0,80 1,76 140 0,80 1,76 224

0,85 1,87 118 0,85 1,87 197

0,90 1,98 0 0,90 1,97 184

0,95 2,05 171

1 2,20 0


27

4.2 Pengolahan data dan perhitungan

Berikut ini adalah contoh perhitungan yang diambil dari Tabel 4.2

kecepatan air 1 m/s dengan deflektor pada baris ke 4

1) Perhitungan Torsi (T)

Besaran nilai torsi yang dihasilkan oleh kincir air yang berputar dapat dicari

dengan memberikan pembebanan dan mengetahui beban terukur pada neraca

penyeimbang, dengan menggunakan persamaan 6:

T = (S – M). (r shaft + dr ).g

= (0,33 kg – 0,15 kg). (0,006 m + 0,00094 m ).9,81 m/s2

= 0,012 Nm

nilai torsi yang didapat adalah 0,012 Nm

2) Perhitungan Kecepatan sudut (�)

Dengan mengetahui kecepatan putaran per menit dengan besaran 332 (rpm)

maka dapat ditentukan kecepatan sudut dengan persamaan 4:

� �2� �

60 ��

� �2 � 332

60 ��

� = 34,749 rad/s

Maka kecepatan sudut dapat yang didapat adalah 34,749 rad/s


28

3) Perhitungan Tip Speed Ratio (TSR) ()

Dengan mengetahui kecepatan aliran sebesar 1 m/s , kecepatan sudut 34,743

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

persamaan 3:

�=$ ��

2

�=$ �� 34,749.0,1

2.1

�=$ �� 1,737

Maka Tip Speed Ratio yang didapat adalah 1,737

4) Perhitungan Daya (watt) (P)

Dengan mengetahui nilai torsi pada kincir air sebesar 0,012 Nm dan kecepatan

sudut 34,749 rad/s maka daya yang dapat dihasilkan dari kincir bisa dicari

dengan menggunakan persamaan 8:

� � ��

� � 0,012 . 34,749

� � 0,426 >'��

Maka daya yang didapat adalah 0,426 watt

5) Perhitungan Koefisien Torsi

Dengan mengetahui nilai torsi sebesar 0,012 Nm , massa jenis fluida 1000

kg/m3, tinggi 0,1 m , diameter kincir 0,07 m dan kecepatan aliran fluida 1 m/s

maka koesfisien torsi dapat dicari dengan persamaan 5:

�� 4�

��


29

�� 4.0,012

1000 .0,1.0,07�. 1�

�� 0,070

Maka koefisien torsi yang didapat adalah 0,070 (7%)

6) Perhitungan Koefisien daya (Cp)

Dengan mengetahui daya yang dihasilkan oleh kincir air sebesar 0,426 watt,

masa jenis fluida 1000 kg/m3, tinggi kincir 0,07 m , lebar kincir 0,1 m dan

keceptan aliran fluida 1 m/s maka koefisien daya dapat dihitung dengan

persamaan 7 :

�� 2�

��

�� 2.0,426

1000.0,07.0,1. 1�

�� 0,122

Maka Koefisien daya yang dihasilkan pada perhitungan ini adalah 0,122

7) Perhitungan mekanis Efisiensi (η)kincir

Efisiensi (η) = Cp100%

Efisiensi (η) = 0,122.100 = 12,3 %

4.3 Tabel pengolahan data dan perhitungan

Setelah mendapatkan data – data penelitian dan melakukan pengolahan data

dengan menggunakan persamaan – persamaan yang sudah ditentukan, hasilnya

dapat disajikan dalam Tabel 4.3 hingga Tabel 4.8.


30

Tabel hasil pengolahan data tanpa deflektor

Berikut merupakan data penelitian pada variasi aliran fluida 0,9 m/s , 1 m/s

dan 1,1 m/s tanpa deflektor yang sudah dilakukan pengolahan. Ditampilkan pada

Tabel 4.3 , Tabel 4.4, dan Tabel 4.5.

Tabel 4. 3 Tabel. Pengolahan data kecepatan air 0,9 m/s tanpa deflektor.

NO Torsi

(Nm) �

TSR

() P Cm CP

Efisiensi

(η)

1 0,000 21,247 1,180 0,000 0,000 0,000 0,00

2 0,004 19,573 1,087 0,080 0,029 0,031 3,13

3 0,008 18,421 1,023 0,150 0,058 0,059 5,90

4 0,012 16,747 0,930 0,205 0,086 0,080 8,04

5 0,016 15,491 0,861 0,243 0,110 0,095 9,51

6 0,019 12,246 0,680 0,233 0,134 0,091 9,15

7 0,024 0,000 0,000 0,000 0,168 0,000 0,00

Tabel 4. 4 Tabel Pengolahan data kecepatan air 1 m/s tanpa deflektor

NO Torsi

(Nm) �

TSR

() P Cm Cp

Efisiensi

(η)

1 0,000 24,492 1,225 0,000 0,000 0,000 0,00

2 0,004 23,341 1,167 0,004 0,023 0,027 2,72

3 0,008 22,503 1,125 0,008 0,047 0,053 5,25

4 0,012 19,573 0,979 0,012 0,070 0,069 6,85

5 0,016 18,945 0,947 0,016 0,093 0,088 8,84

6 0,020 17,793 0,890 0,020 0,117 0,104 10,38

7 0,025 15,595 0,780 0,025 0,140 0,109 10,92

8 0,027 14,130 0,707 0,027 0,152 0,107 10,72

9 0,027 13,293 0,665 0,027 0,156 0,103 10,34

10 0,037 0,000 0,000 0,037 0,210 0,000 0,00


31

Tabel 4. 5. Tabel Pengolahan data kecepatan air 1,1 m/s tanpa deflektor

NO Torsi

(Nm) w

TSR

() P Cm Cp

Efisiensi

(η)

1 0,000 27,737 1,261 0,000 0,000 0,000 0,00

2 0,004 27,109 1,232 0,111 0,019 0,024 2,38

3 0,008 25,225 1,147 0,206 0,039 0,044 4,42

4 0,012 24,283 1,104 0,298 0,058 0,064 6,39

5 0,016 23,236 1,056 0,380 0,077 0,081 8,15

6 0,020 22,713 1,032 0,464 0,096 0,100 9,96

7 0,025 22,189 1,009 0,544 0,116 0,117 11,67

8 0,029 20,201 0,918 0,578 0,135 0,124 12,40

9 0,033 18,107 0,823 0,592 0,154 0,127 12,70

10 0,037 15,700 0,714 0,577 0,174 0,124 12,39

11 0,041 15,386 0,699 0,629 0,193 0,135 13,49

12 0,042 13,502 0,614 0,561 0,196 0,120 12,04

13 0,049 0,000 0,000 0,000 0,231 0,000 0,00


32

Tabel hasil pengolahan data dengan deflektor

Berikut merupakan data penelitian pada variasi aliran fluida 0,9 m/s , 1

m/s dan 1,1 m/s dengan deflektor yang sudah dilakukan pengolahan. Ditampilkan

pada Tabel 4.6 , Tabel 4.7, dan Tabel 4.8

Tabel 4. 6. Tabel Pengolahan data kecepatan air 0,9 m/s dengan deflektor

NO Torsi

(Nm) �

TSR

() P Cm Cp

Efisiensi

(η)

1 0,000 35,273 1,960 0,000 0,000 0,000 0,00

2 0,004 34,331 1,907 0,140 0,029 0,055 5,50

3 0,008 34,017 1,890 0,278 0,058 0,109 10,89

4 0,012 32,656 1,814 0,400 0,086 0,157 15,68

5 0,016 30,772 1,710 0,503 0,115 0,197 19,71

6 0,020 29,411 1,634 0,601 0,144 0,235 23,54

7 0,025 28,260 1,570 0,693 0,173 0,271 27,15

8 0,029 26,690 1,483 0,763 0,202 0,299 29,91

9 0,033 26,167 1,454 0,855 0,231 0,335 33,51

10 0,037 25,539 1,419 0,939 0,259 0,368 36,80

11 0,041 24,073 1,337 0,983 0,288 0,385 38,54

12 0,045 23,341 1,297 1,049 0,317 0,411 41,10

13 0,049 20,724 1,151 1,016 0,346 0,398 39,81

14 0,053 18,212 1,012 0,967 0,375 0,379 37,90

15 0,057 15,386 0,855 0,880 0,403 0,345 34,49

16 0,061 13,397 0,744 0,821 0,432 0,322 32,17

17 0,065 0,000 0,000 0,000 0,461 0,000 0,00


33

Tabel 4. 7. Tabel Pengolahan data kecepatan air 1 m/s dengan deflektor

NO Torsi

(Nm) �

TSR

() P Cm Cp

Efisiensi

(η)

1 0,000 38,413 1,921 0,000 0 0,000 0,00

2 0,004 36,738 1,837 0,150 0,023 0,043 4,29

3 0,008 36,005 1,800 0,294 0,046 0,084 8,40

4 0,012 34,749 1,737 0,426 0,070 0,122 12,17

5 0,016 32,865 1,643 0,537 0,093 0,153 15,34

6 0,020 31,086 1,554 0,635 0,116 0,181 18,14

7 0,025 30,039 1,502 0,736 0,140 0,210 21,04

8 0,029 27,737 1,387 0,793 0,163 0,227 22,66

9 0,033 26,271 1,314 0,859 0,186 0,245 24,53

10 0,037 25,225 1,261 0,927 0,210 0,265 26,50

11 0,041 22,817 1,141 0,932 0,233 0,266 26,63

12 0,045 21,352 1,068 0,959 0,256 0,274 27,41

13 0,049 19,468 0,973 0,954 0,280 0,273 27,27

14 0,052 18,526 0,926 0,971 0,299 0,277 27,75

15 0,057 16,014 0,801 0,916 0,326 0,262 26,17

16 0,061 15,700 0,785 0,962 0,350 0,275 27,49

17 0,065 14,653 0,733 0,958 0,373 0,274 27,36

18 0,069 12,351 0,618 0,858 0,396 0,245 24,50

19 0,074 0,000 0,000 0,000 0,420 0,000 0,00


34

Tabel 4. 8. Tabel Pengolahan data kecepatan air 1 m/s dengan deflektor

NO Torsi

(Nm) �

TSR

() P Cm Cp

Efisiensi

(η)

1 0,000 41,657 1,894 0,000 0,000 0,000 0,00

2 0,004 40,611 1,846 0,166 0,019 0,036 3,56

3 0,008 39,459 1,794 0,322 0,039 0,069 6,92

4 0,012 37,889 1,722 0,464 0,058 0,100 9,97

5 0,016 36,633 1,665 0,599 0,077 0,128 12,85

6 0,020 35,063 1,594 0,716 0,096 0,154 15,37

7 0,025 36,633 1,665 0,898 0,116 0,193 19,27

8 0,029 35,063 1,594 1,003 0,135 0,215 21,52

9 0,033 33,598 1,527 1,098 0,154 0,236 23,57

10 0,037 32,133 1,461 1,181 0,174 0,254 25,36

11 0,041 31,086 1,413 1,270 0,193 0,273 27,26

12 0,045 29,411 1,337 1,322 0,212 0,284 28,37

13 0,049 27,841 1,266 1,365 0,231 0,293 29,30

14 0,053 26,795 1,218 1,423 0,251 0,305 30,54

15 0,057 24,492 1,113 1,401 0,270 0,301 30,07

16 0,061 23,864 1,085 1,462 0,289 0,314 31,39

17 0,065 23,445 1,066 1,532 0,309 0,329 32,89

18 0,069 20,619 0,937 1,432 0,328 0,307 30,74

19 0,073 19,259 0,875 1,403 0,344 0,301 30,12

20 0,075 17,898 0,814 1,340 0,354 0,288 28,77

21 0,082 0,000 0,000 0,000 0,386 0,000 0,00


35

4.4 Grafik hasil perhitungan

Dari hasil penelitian yang dilakukan dengan perolehan data yang telah

diolah, kemudian diolah kembali dalam bentuk grafik. Ditampilkan hubungan

antara Torsi (Nm) dengan kecepatan putar kincir (rpm), Efisiensi kincir dengan

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

Berikut grafik dengan variasi kecepatan aliran fluida dengan deflektor dan tanpa

deflektor.

Hubungan antara Efisiensi (η) dengan kecepatan kincir (rpm)

Dari hasil data yang disajikan pada Tabel pengolahan data, maka dibuat

grafik hubungan antara efisiensi dan kecepatan kincir dengan variasi kecepatan air

menggunakan deflektor dan tanpa deflektor. Berikut Gambar 4.1 dan Gambar 4.2

yang menyajikan grafik tersebut.

Gambar 4. 1. Grafik hubungan antara efisiensi dengan Kecepatan putaran kincir

tanpa deflektor

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 50 100 150 200 250 300

Efi

sien

si (

η)

Kecepatan (rpm)

Kec 0,9 m/s kec 1 m/s


36

Gambar 4. 2. Grafik hubungan antara efisiensi dengan kecepatan putaran kincir

menggunakan deflektor

Pada Gambar 4.1 dan 4.2 yang disajikan dapat dilihat hubungan antara

efisiensi dengan kecepatan kincir air. Hubungan efisiensi dan kecepatan putar

kincir dengan menggunakan deflektor menunjukan terjadinya peningkatan

disetiap variasi kecepatannya. Variasi kecepatan air sebesar 0,9 m/s dengan

menggunakan deflektor menunjukan kinerja terbaik dengan hasil efisiensi sebesar

41,1 %. Dengan demikian variasi pada kecepatan air 0,9 m/s dengan deflektor

memiliki pengaruh yang cukup besar terhadap efisiensi.

Hubungan antara Tip speed ratio dengan Efisiensi (η) kincir

Dari hasil data yang disajikan pada tabel pengolahan data maka dibuat

grafik hubungan antara Tip speed ratio (TSR) dengan Efisiensi kincir dengan

deflektor dan tanpa deflektor. Berikut Gambar 4.4, Gambar 4.5, dan Gambar 4.6

yang menyajikan grafik tersebut.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 100 200 300 400 500

Efi

sien

si (

η)

Kecepatan (rpm)

kec 0,9 m/s kec 1 m/s kec 1,1 m/s


37

Gambar 4. 3. Grafik hubungan antara Tip speed Ratio (TSR) dengan efisiensi

kincir pada kecepatan air 0,9 m/s.


kincir pada kecepatan air 1 m/s.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Efi

sien

si (

η)

TSR

Tanpa Deflektor Dengan Deflektor

0

5

10

15

20

25

30

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Efi

sien

si (

η)

TSR



38


kincir pada kecepatan air 1,1 m/s.

Pada hasil pengolahan data hubungan antara efisiensi dan Tip speed Ratio

(TSR) dapat diamati pada Gambar 4.4, 4.5 ,dan 4.6. Perolehan data tanpa

deflektor lebih sedikit dibandingkan dengan menggunakan deflektor hal itu terjadi

karena kincir tanpa deflektor hanya mampu menahan beban lebih sedikit,

dibandingkan dengan menggunakan deflektor yang mampu menahan beban lebih

besar. Kinerja kincir air dengan menggunakan deflektor meningkat secara

signifikan terhadap Efisiensi kincir dan Tipe Speed Ratio (TSR) dibandingkan

dengan data tanpa menggunakan deflektor. Hal ini terjadi karena penyempitan

luasan pada lorong aliran air yang membuat kecepatan air meningkat, kemudian

deflektor mengarahkan air ke bagian sudu kincir yang membuat gaya dorong pada

sisi cekung sudu semakin besar. Hasil data hubungan antara efisiensi dan Tip

Speed Ratio (TSR) yang paling tinggi diperoleh pada kecepatan aliran fluida 0,9

m/s dengan mengunakan deflektor. Dengan efisiensi sebesar 41,1% Pada Tip

0

5

10

15

20

25

30

35

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

Efi

sien

si (

η)

TSR



39

Speed Ratio sebesar 1,297 menjadi korelasi hubungan tertinggi dengan antara

data lainnya.

Hubungan antara Tip speed ratio dengan koefisien Torsi kincir air

Dari hasil data yang disajikan pada tabel pengolahan data maka dapat

dibuat grafik hubungan antara Tip speed ratio (TSR) dengan koefisien Torsi

kincir (Cm) dengan deflektor dan tanpa deflektor. Berikut Gambar 4.7, Gambar

4.8, dan Gambar 4.9 yang menyajikan grafik tersebut.

Gambar 4. 6. Grafik hubungan antara Tip speed Ratio (TSR) dengan koefisien

Torsi (Cm) pada kecepatan air 0,9 m/s.

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Cm

TSR



40

Gambar 4. 7. Grafik hubungan antara Tip speed Ratio (TSR) dengan koefisien

Torsi (Cm) pada kecepatan air 1 m/s.

Gambar 4. 8 Grafik hubungan antara Tip speed Ratio (TSR) dengan koefisien

Torsi (Cm) pada kecepatan air 1,1 m/s.

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

Ratio (TSR) dapat diperhatikan pada data kecepatan air 0,9 m/s. Dengan

deflektor yang memperoleh koefisien tertinggi dengan nilai koefisien 0,432 pada

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Cm

TSR


0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

Cm

TSR



41

Tip Speed Ratio (TSR) sebesar 0,744, menjadi hubungan tertinggi dari data

lainnya.

4.5 Pembandingan penelitian

Penelitian yang dilakukan merupakan penelitian yang telah dilakukan

sebelum nya oleh referensi dengan kecepatan air (0,45 m/s). Penelitian tersebut

berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Kalias Golecha,T.I. Eldo , dan S.V.

Prabhu at dengan judul Influence of the deflector plate on the performence of

modified Savonius water turbine. Berikut ini Tabel 4.9 dan Tabel 4.10

dibandingkand data hasil penelitian terdahulu dengan hasil penelitian yang

dilakukan penulis.

Tabel 4. 9. Tabel data kincir Savonius referensi

NO Alat U

(m/s)

Aspect

Ratio

Efisiensi

(η)

TSR Cm

1 Tanpa Deflektor 0,45 0,35 13 0,73 0,17

2 Dengan Deflektor 0,45 0,35 17 0,83 0,20

Tabel 4. 10. Tabel data kincir Savonius penulis

NO Alat U

(m/s)

Aspect Ratio Efisiensi

(η)

TSR Cm

1 Tanpa Deflektor 1,1 0,35 13,5 0,699 0,193

2 Dengan Deflektor 0,9 0,35 41 1,337 0,317

Pada Tabel 4.9 dan 4.10 dapat diperhatikan perbedaan Efisiensi tertinggi

referensi dengan Efisiensi tertinggi penulis yang mengalami peningkatan secara

signifikan. Penulis memperoleh nilai Efisiensi tertinggi sebesar 41% lebih tinggi


42

dari Efisiensi referensi sebesar 17%. Hal ini dimungkinkan karena peneliti

menggunakan aliran tertutup pada saluran air buatan yang memungkinkan

kecepatan aliran lebih tinggi.


43

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Penelitian yang dilakukan Penulis dengan mengunakan kincir Savonius

modifikasi pada variasi kecepatan air 0,9 m/s, 1 m/s dan 1,1 m/s, mengunakan

deflektor dan tanpa deflektor dapat diambil kesimpulan sebagai berikut.

1. Dari hasil penelitian, dapat disimpulkan bahwa penambahan deflektor

mempengaruhi peningkatan nilai efisiensi (η). Hal ini dapat dilihat pada nilai

efisiensi tertinggi tanpa deflektor sebesar 13,5%, dibandingkan dengan

penambahan deflektor yang menghasilkan nilai efisiensi (η) tertinggi sebesar

41,1%.

2. Dari hasil data penelitian, dapat disimpulkan bahwa penambahan deflektor

meningkatkan Koefisien torsi (Cm). Nilai koefisien torsi (Cm) yang tertinggi

sebesar 0,432 dengan penambahan deflektor.

3. Dari hasil data penelitian dapat disimpulkan bahwa penambahan deflektor

meningkatkan Tip speed ratio (TSR).

4. Dari hasil data penelitian dapat disimpulkan, bahwa efisiensi (η) mengalami

peningkatan dengan penambahan deflektor. Peningkatan efisiensi (η) tidak

terlalu dipengaruhi variasi kecepatan aliran. Hasil kinerja terbaik diperoleh

pada kecepatan air 0,9 m/s dengan menggunakan deflektor.


44

5.2 Saran

Setelah melakukan penelitian, penulis memiliki beberapa saran untuk

memaksimalkan unjuk kerja kincir air Savonius. Sebagai berikut :

1) Pada penelitian selanjutnya kincir dirancang dengan poros menembus rotor

agar posisinya lebih presisi.

2) Saluran air diberikan penahan tambahan pada bagian samping dan atas untuk

mengurangi kebocoran.

3) Mengurangi sambungan pada saluran untuk menghindari kebocoran.

4) Bak air dibuat dengan bahan material yang tahan lama berupa plat besi atau

akrilik tebal, agar tidak mudah mengalami kebocoran sehingga dapat

digunakan dalam dalam jangka panjang.


45

DAFTAR PUSTAKA

Ali, M. H. (2013). Experimental Comparison Study for Savonius Wind Turbine of

Two & Three Blades At Low Wind Speed . International Journal of

Modern Engineering Research (IJMER) , 2978-2986.

Cengel, Y. A., & Cimbala, J. (2004). Fluid Mechanics.

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

on the performance of modified Savonius water turbine. Applied energy,

3207-3017.

Ibrahim, M., Zied, D., & Salah, A. M. (2014). Performance Analysis of a Water

Savonius Rotor: Effect of the Internal Overlap. Sustainable Energy, Vol.

2, No. 4, 121-125.

Jaini, Kaprawi, & Santoso, D. (2015). Darrieus Water Turbine Performance

Configuration of Blade. ResearchGate, 1-11.

Outlook Energi Indonesia . (2016).

Kailash, G., T.I.Eldho, & S.V.Prabhu. (2012).

PerformanceStudyofModifiedSavoniusWaterTurbinewith

TwoDeflectorPlates. Hindawi Publishing Corporation, 12.

Khan, M. N., Iqbal, M., Hinchey, M., & Masek, V. (2009). PERFORMANCE OF

SAVONIUS ROTOR AS A WATER CURRENT TURBINE.

Researchgate, 71-83.

Kumar, A., & Saini, R. (2016). Performance parameters of Savonius type

hydrokinetic turbine . ELSEVIER , 289-310.

Mabrouki, I., Driss, Z., & Abid, M. S. (2014). Numerical Study of the

Hydrodynamic Structure of a Water Savonius Rotor in a Test Section.

Jordan Journal of Mechanical and Industrial Engineering , 127-136.


46

Prasetyo, A. (2018). The Effect of Deflector Angle in Savonius Water Turbine

with Horizontal Axis on the Power Output of Water Flow in Pip.

International Conference on Science (ICOS) , 1-5.

Purnama, A. C., Dr. Ridho Hantoro, S. M., & Dr. Gunawan Nugroho, S. M.

(2013). Rancang Bangun Turbin Air Sungai Poros Vertikal Tipe Savonius

Dengan Menggunakan Pemandu Arah Aliran . JURNAL TEKNIK POMITS

, Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 .

Sahim, K., Ihtisan, K., Santoso, D., & Sipahutar, R. (2014). Experimental Study

of Darrieus Savonius Water Turbine with Deflector: Effect of Deflector on

the Performance. Hindawi Publishing Corporation, 6.


47

LAMPIRAN

Lampiran 1: lokasi penelitian


48

Lampiran 2: Dokumentasi Penelitian


49

Lampiran 3 : Foto alat ukur


50


pengaruh deflektor pada unjuk kerja kincir air …repository.usd.ac.id/35076/4/155214113_full...

Documents