unjuk kerja kincir angin model savonius dua tingkat … · unjuk kerja kincir angin model savonius...

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN MODEL SAVONIUS DUA TINGKAT

DENGAN LIMA VARIASI POSISI SUDUT PADA SUDU

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Oleh:

GORDIANO DE SOUSA

NIM: 155214100

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2020

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

i

PERFORMANCE OF TWO STAGE SAVONIUS WINDMILL MODEL

WITH FIVE VARIATIONS OF BLADE ANGLE

FINAL PROJECT

As partitial fulfilment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree in

Mechanical Engineering

By:

GORDIANO DE SOUSA

Student Number: 155214100

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2020


vi

ABSTRAK

Energi angin merupakan salah satu sumber energi yang dapat di perbaharui.

Turbin angin Savonius merupakan salah satu turbin angin poros vertikal. Turbin

angin poros vertikal memiliki self starting yang baik sehingga mampu memutar

rotor walaupun dengan kecepatan rendah, selain itu juga dapat berputar secara

efektif dengan dorongan angin dari segala arah.

Penelitian ini dilakukan untuk mememperoleh karakteristik kincir angin

model Savonius dua tingkat dengan kecepatan angin konstan dan lima variasi

posisi sudut pada sudu. Pengujian dilakukan dengan sumber angin yang berasal

dari blower, kecepatan angin rata-rata yang digunakan yaitu 7,5 m/s. Pengujian

dilakukan dengan memvariasikan posisi sudut pada sudu kincir angin yaitu 0,

30, 45, 60, dan 90.

Hasil penelitian kincir angin model Savonius dua tingkat dengan lima

variasi posisi sudut adalah (a) Koefisien daya puncak kincir angin model Savonius

dua tingkat pada sudut 0 sebesar 4,57 % pada tip speed rasio () 1,512, (b)

Koefisien daya puncak kincir angin model Savonius dua tingkat pada sudut 30

sebesar 3,36 % pada tip speed rasio () 1,310, (c) Koefisien daya puncak kincir

angin model Savonius dua tingkat pada sudut 45 sebesar 7,10 % pada tip speed

rasio () 1,35, (d) Koefisien daya puncak kincir angin model Savonius dua

tingkat pada sudut 60 sebesar 7,87 % pada tip speed rasio () 1,68, (e) Koefisien

daya puncak kincir angin model Savonius dua tingkat pada sudut 90 sebesar 7,98

% pada tip speed rasio () 1,809, (f) Kincir angin model Savonius dua tingkat

dengan lima variasi sudut yang memiliki nilai koefisien daya tertinggi adalah

kincir angin model Savonius pada sudut 90.

Kata Kunci: Kincir Angin Savonius, Kincir Angin Poros Vertikal, Koefisien

Daya, Tip Speed Ratio.


vii

ABSTRACT

Wind energy is one of renewable energy sources. Savonius wind turbine is

one vertical shaft wind turbines. Vertical shaft wind turbines have good self

starting so that they’re able to rotate the rotor even with low speeds, but also can

rotate effectively with wind encouragement from all directions.

This research was conducted to obtain characteristics of two-level

Savonius model windmills with constant wind speed and five variations angular

position on the blade. Tests carried out with wind sources derived from blower,

the average wind speed used is 7.5 m/s. The test is carried out by varying angular

position of windmill blades, which are 0°, 30°, 45°, 60°, and 90°.

The results of two-level Savonius model windmill with five variations

angular position are (a) Coefficient peak power of two-level Savonius model

windmill at 0° angle is 4,57% on tip speed ratio () 1,512; (b) Coefficient peak

power of two-level Savonius model windmill at 30° angle is 3,36% on tip speed

ratio () 1,310; (c) Coefficient peak power of two-level Savonius model windmill

at 45° angle is 7,10% on tip speed ratio () 1,35; (d) Coefficient peak power of

two-level Savonius model windmill at 60° angle is 7,87% on tip speed ratio ()

1,68; (e) Coefficient peak power of two-level Savonius model windmill at 90°

angle is 7,98% on tip speed ratio () 1,809; ( f) A two-level Savonius model

windmill with five angular variations that has highest coefficient peak power is

Savonius model windmill at an angle 90°.

Keywords: Savonius Windmill, Vertical Shaft Windmill, Power Coefficient,

Tip Speed Ratio.


x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL……………………………………………………………….i

TITLE PAGE………………………………………………………………………i

SKRIPSI…………………………………………………………………………...ii

HALAMAN PERSETUJUAN…………………………………………………….ii

HALAMAN PENGESAHAN……………………………………………………iii

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR…………………………………iv

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI……………………..v

ABSTRAK………………………………………………………………………..vi

ABSTRAK……………………………………………………………………….vii

KATA PENGANTAR…………………………………………………………..viii

DAFTAR ISI………………………………………………………………………x

DAFTAR GAMBAR……………………………………………………………xiv

DAFTAR TABEL………………………………………………………………xvii

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

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

1.2 Rumusan Masalah……………………………………………………..2

1.3 Tujuan Penelitian……………………………………………………...2

1.4 Batasan Masalah………………………………………………………3

1.5 Manfaat Penelitian…………………………………………………….4

BAB II DASAR TEORI………………………………………………………….5


xi

2.1 Energi Angin…………………………………………………………..5

2.2 Klasifikasi Kincir Angin…………………………………………….. 6

2.2.1 Kincir Angin Poros Horizontal……………………………………… 6

2.2.2 Kincir Angin Poros Vertikal…………………………………………. 8

2.3 Perhitungan Pada Kincir……………………………………………..11

2.3.1 Daya Angin…………………………………………………………..11

2.3.2 Torsi Kincir Angin…………………………………………………...12

2.3.3 Daya Kincir Angin…………………………………………………...12

2.3.4 Tip Speed Ratio (tsr)…………………………………………………14

2.3.5 Koefisien Daya (Cp)………………………………………………….14

2.4 Tinjauan Pustaka……………………………………………………..14

BAB III METODE PENELITIAN……………………………………………....16

3.1 Diagram Penelitian…………………………………………………...16

3.2 Objek Penelitian……………………………………………………...18

3.3 Waktu dan Tempat Penelitian………………………………………..19

3.4 Alat dan Bahan……………………………………………………….19

3.4.1 Alat…………………………………………………………………...19

3.4.2 Bahan…………………………………………………………………19

3.4.3 Alat Bantu Penelitian………………………………………………...20

3.5 Proses Pembuatan Kincir Angin……………………………………..23

3.5.1 Sudu Kincir…………………………………………………………..23

3.5.2 Poros………………………………………………………………….24


xii

3.5.3 Posisi Sudu…………………………………………………………...25

3.6 Langkah Percobaan…………………………………………………..27

3.7 Langkah Pengolahan Data……………………………………………28

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN………………………...30

4.1 Data Penelitian……………………………………………………….30

4.2 Pengolahan Data……………………………………………………...36

4.2.1 Perhitungan Daya Angin (Pin)………………………………………..37

4.2.2 Perhitungan Daya Kincir (Pout)………………………………………37

4.2.3 Perhitungan Tip Speed Ratio (tstr)…………………………………...38

4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya Kincir (Cp)……………………………..38

4.3 Hasil Perhitungan…………………………………………………….38

4.4 Grafik Hasil Perhitungan……………………………………………..44

4.4.1 Grafik Hasil Perhitungan Kincir Model Savonius Dua Tingkat Pada

Sudut 0………………………………………………………………45


Sudut 30……………………………………………………………..46


Sudut 45……………………………………………………………..48


Sudut 60……………………………………………………………..50


Sudut 90……………………………………………………………..52

4.5 Grafik Hubungan Kincir Angin Model Savonius Dua Tingkat Dengan


xiii

Variasi Sudut 0, 30, 45, 60, dan 90…………………………......52

4.5.1 Grafik Hubungan Torsi Dengan Kecepatan Putar Kincir Angin…….54

4.5.2 Grafik Hubungan Koefisien Daya Dengan Tip Speed Ratio…………55

4.6 Pembahasan…………………………………………………………..56

BAB V PENUTUP……………………………………………………………….57

5.1 Kesimpulan……………………………………………………….......57

5.2 Saran………………………………………………………………….57

DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………………58


xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Kincir angin poros horizontal………………………....................7

Gambar 2. 3 Kincir angin american multiblade…………………………….....7

Gambar 2. 4 Model kincir Savonius…………………………………………...9

Gambar 2. 5 Turbin angin Darrieus…………………………………………..10

Gambar 2. 6 Kincir angin model H-Rotor…………………………………....10

Gambar 2. 7 Diagram Cp vs tsr……………………………………………....12

Gambar 3. 1 Diagram alir langkah kerja penelitian……………………….....15

Gambar 3. 2 Rancangan kincir angin model Savonius dua tingkat……….....16

Gambar 3. 3 Tachometer yang digunakan………………………………..….18

Gambar 3. 4 Anemometer dalam penelitian ini………………………….…..19

Gambar 3. 5 Neraca pegas yang digunakan…………………………….……19

Gambar 3. 6 Mekanisme pembebanan………………………………….……20

Gambar 3. 7 Blower yang digunakan dalam penelitian ini……………...…...21

Gambar 3. 8 Sudu kincir angin dalam penelitian ini………………………....22

Gambar 3. 9 Poros kincir angin dalam penelitian ini…………………...……22

Gambar 3. 10 Sudu dengan variasi sudut 0 pada penelitian ini……….……...23

Gambar 3. 11 Sudu dengan variasi sudut 30 pada penelitian ini……..……....23

Gambar 3. 12 Sudu dengan variasi sudut 45 pada penelitian ini…..………....24

Gambar 3. 13 Sudu dengan variasi sudut 60 pada penelitian ini…………..…24

Gambar 3. 14 Sudu dengan variasi sudut 90 pada penelitian ini…………..…25


xv

Gambar 3. 15

Ketentuan posisi kincir angin dan alat bantu penelitian pada

penelitian ini..………………………………………................26

Gambar 4. 1 Grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putaran poros

pada kincir angin model Savonius dua tingkat pada sudut

0………..…………………………………………………..….43

Gambar 4. 2 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio


0………………………………………………………….……44



30………………………………………………………..….....45



30………………………………………………...…………....46



45.....…………………………………………..……………....47



45……………………………………………...………………48



60…………………………………………...…………………49


xvi



60………………………………………...……………………50



90…………………………………...……………………….....50



90……………………………………...……………….....……51

Gambar 4. 11 Grafik hubungan antara kecepatan putar kincir dengan torsi pada

kincir angin model Savonius dua tingkat dengan variasi sudut 0,

30, 45, 60, dan 90…………………………………………..52

Gambar 4. 12 Grafik hubungan antara tip speed rasio dengan koefisien daya

pada kincir angin model Savonius dua tingkat dengan variasi

sudut 0, 30, 45, 60, dan 90……………………….………..53


xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 4. 1 Hasil pengambilan data kincir angin model Savonius dua tingkat

pada sudut 0 dengan kecepatan angin 7,5 m/s……………...28


pada sudut 30 dengan kecepatan angin 7,5 m/s……………..29







Tabel 4. 6 Data hasil perhitungan kincir angin model Savonius dua tingkat

pada sudut 0 dengan kecepatan angin 7,5 m/s………………37

Tabel 4. 7 Data hasil perhitungan kincir angin mode; Savonius dua tingkat









1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan akan energi semakin hari semakin meningkat seiring dengan

bertambahnya jumlah penduduk, pertumbuhan ekonomi dan konsumsi energi

yang sangat tinggi. Lebih dari 86 % dari energi dunia saat ini berasal dari bahan

bakar fosil, sementara itu permintaan kebutuhan energi dunia semakin hari

tumbuh secara pesat.

Salah satu sumber energi terbarukan adalah energi angin. Energi angin

merupakan salah satu energi yang ramah lingkungan, sumber energi yang

berlimpah dan dapat diperbaharui sehingga sangat berpotensi untuk di

kembangkan. Potensi angin di Indonesia pada umumnya memiliki kecepatan

angin yang rendah berkisar antara 3 m/s – 7 m/s, sehingga jenis turbin angin

vertikal dirasa sangat cocok untuk di gunakan pada kondisi kecepatan angin

rendah.

Pada umumnya bentuk kincir angin yang banyak digunakan adalah kincir

angin sumbu horizontal, walau demikian kincir angin sumbu vertikal menjadi

alternatif untuk menghasilkan energi listrik disebabkan oleh beberapa keuntungan.

Kincir angin vertikal memiliki self starting yang baik sehingga mampu memutar

rotor walaupun kecepatan angin rendah, selain itu torsi yang dihasilkan relatif

tinggi (Sargolzaei, 2007). Selain itu juga kelebihan dari kincir sumbu vertikal

yaitu dapat berputar secara efektif dengan dorongan angin dari segala arah,

sehingga sangat cocok untuk daerah yang arah anginnya bervariasi. Berbeda

dengan kincir angin sumbu horizontal, untuk mendapatkan putaran yang efektif

kincir angin harus diarahkan pada posisi berlawanan dengan arah angin, ketika

kondisi angin bervariasi maka kincir angin jenis horizontal tidak dapat berputar

dengan maksimal karena harus mencari posisi efektif dari arah angin terlebih

dahulu. Kincir angin sumbu vertikal memiliki efisiensi yang kecil

karenamemanfaatkan gaya drag. Daya yang diperoleh berasal dari selisih antara


2

gaya penggerak Fw drive – Fw brake.

Turbin angin berdasarkan sumbu putarnya, yaitu turbin angin sumbu

vertikal dan turbin angin sumbu horizontal. Turbin angin Savonius merupakan

turbin angin sumbu vertikal. Turbin Savonius memiliki dua sudu yang di pasang

mengintari poros yang berotasi.

Dari sekian banyak model turbin yang ada, perlu penelitian lebih lanjut

agar didapatkan turbin angin yang memiliki koefisien daya yang cukup tinggi.

Model turbin angin yang diteliti penulis adalah turbin angin model Savonius.

Kincir Savonius memiliki diamter 80 cm, tinggi 84 cm dan memiliki sudu

berjumlah 4 dengan variasi posisi sudut pada sudu. Dari penelitian ini didapatkan

grafik kerja hubungan koefisien daya vs tip speed ratio () dengan cepat menuju

efisiensi daya yang cukup tinggi.

1.2 Rumusan Masalah

Permasalahan yang dapat dirumuskan pada pembuatan alat ini

adalah sebagai berikut :

1. Sebaik apakah unjuk kerja kincir angin Savonius dua tingkat dengan lima

variasi posisi sudut pada sudu yaitu pada sudut 0, 30, 45, 60, dan 90.

2. Kincir angin dengan posisi sudut berapa yang akan menghasilkan kinerja

terbaik.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian Tugas Akhir ini adalah:

1. Mengetahui koefisien daya puncak pada kincir angin model Savonius dua

tingkat dengan variasi sudut 0.








3



6. Menentukan posisi sudut sudu kincir angin Savonius yang memiliki

koefisien daya puncak tertinggi.

1.4 Batasan Masalah

Dalam penelitian ini, penelliti memberikan batasan masalah supaya dapat

terarah dan sistematis, sebagai berikut :

1. Kincir angin yang digunakan model Savonius.

2. Sudu yang digunakan sebanyak 4 bilah dan 2 tingkat.

3. Diameter kincir 80 cm dan tinggi 84 cm.

4. Bahan yang digunakan tripleks dengan tebal 1,2 cm dan seng galvalum

tebal 0,4 cm.

5. Beban menggunakan sistem pengereman.

6. Penelitian dilakukan dengan mengoperasikan fan blower di Laboratorium

Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma atas pertimbangan waktu

pengujian dan dana yang tersedia.

7. Variasi posisi sudut pada sudu kincir angin yang di gunakan yaitu 0, 30,

45, 60, dan 90.

8. Pengujian model turbin angin tipe Savonius dua tingkat menggunakan

sumber angin yang berasal dari fan blower dengan kecepatan angin diatur

pada jangkauan 7,5 m/s

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat yang dapat diterima dalam penelitian unjuk kerja kincir angin

model savonius dua tingkat dengan lima variasi posisi sudut pada sudu, sebagai

berikut:

1. Memberikan manfaat untuk perkembangan teknologi energi terbarukan,

khususnya mengenai energi angin dan kincir angin Savonius.

2. Hasil penelitian ini dapat menambah informasi mengenai unjuk kerja

model turbin Savonius dengan lima variasi posisi sudut pada sudu.


4

3. Hasil penelitian ini dapat menambah referensi riset mengembangkan turbin

angin yang cocok dengan kondisi potensi energi angin di indonesia.

4. Dapat dikembangkan untuk membuat Pembangkit Listrik Tenaga Angin

sekala kecil, sehingga dapat membantu masyarakat khususnya di daerah

yang belum mendapatkan pasokan listrik PLN.


5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Energi Angin

Angin adalah udara yang bergerak akibat adanya perbedaan tekanan udara

antara tempat yang memiliki tekanan tinggi ke tempat yang bertekanan rendah

atau dari daerah dengan suhu atau temperatur rendah ke wilayah bersuhu tinggi.

Perbedaan tekanan udara dipengaruhi oleh sinar matahari. Angin memiliki energi

kinetik karena udara memiliki massa m dan bergerak dengan kecepatan v

(Rosidin, 2007).

Daerah sekitar khatulistiwa, yaitu pada busur 0˚, adalah daerah yang

mengalami pemanasan lebih banyak dari matahari dibandingkan dengan daerah

lainya di bumi. Artinya udara di daerah khatulistiwa akan lebih tinggi dibanding

dengan udara di daerah kutub. Pertukaran panas pada atmosfer akan terjadi secara

konveksi. Berat jenis dan tekanan udara yang disinari cahaya matahari akan lebih

kecil dibandingkan jika tidak disinari. Perbedaan berat jenis dan tekanan inilah

yang akan menimbulkan adanya pergerakan udara (Trewartha, 1995).

Angin diberi nama sesuai dengan dari arah mana angin datang, misalnya

angin timur adalah angin yang datang dari arah timur, angin laut adalah angin dari

laut menuju ke darat, dan angin lembah adalah angin yang datang dari lembah

menaiki gunung. Angin lokal disebabkan perbedaan tekanan lokal dan juga

dipengaruhi topograpy, gesekan permukaan disebabkan gunung, lembah, dan lain-

lain. Variasi harian disebabkan perbedaan temperatur antara siang dan malam.

Perbedaan temperatur daratan dan lautan juga mengakibatkan angin sepoi-sepoi,

bagaimanapun angin tidak mengalir sangat jauh di daratan (Klara, 2013).

Arah angin adalah arah dari mana angin berhembus atau dari mana arus

angin datang dan dinyatakan dalam derajat yang ditentukan dengan arah putaran

jarum jam dan dimulai dari titik udara bumi dengan kata lain sesuai dengan titik

kompas. Kecepatan angin adalah kecepatan dari menjalarnya arus angin dan


6

dinyatakan dalam knot atau kilometer per jam maupun dalam meter per detik

(Soepangkat, 1994 dalam Fadholi, 2013).

Energi angin merupakan energi alternatif yang memiliki prospek baik

karena selalu tersedia di alam, dan merupakan sumber energi yang bersih dan

terbarukan kembali. Proses pemanfaatan energi angin melalui dua tahapan

konversi, yaitu (Habibie dkk, 2011):

1. Aliran angin akan menggerakkan rotor (baling-baling) yang menyebabkan

rotor berputar selaras dengan angin bertiup.

2. Putaran rotor dihubungkan dengan generator sehingga dapat dihasilkan

listrik.

2.2 Klasifikasi Kincir Angin

Desain dari kincir/turbin angin sangat banyak jenisnya, berdasarkan

bentuk rotor, kincir angin dibagi menjadi dua tipe, yaitu turbin angin sumbu

mendatar (horizontal axis wind turbine) dan turbin angin sumbu vertikal (vertical

axis wind turbin) (Daryanto, 2007). Sedangkan apabila dilihat dari fungsi

aerodinamisnya, maka rotor kincir dibagi menjadi dua tipe. Pertama adalah tipe

drag dimana memanfaatkan gaya hambatan sebagai penggerak rotor. Kedua

adalah tipe lift yang memanfaatkan gaya angkat sebagai gaya penggerak rotor.

Gaya ini terjadi akibat angin yang melewati profil rotor.

2.2.1. Kincir Angin Poros Horizontal

Kincir Angin Poros Horizontal ini terdiri dari sebuah menara dan poros

utama menghadap sesuai dengan arah datangnya angin. Namun terdapat juga

kincir poros yang dibuat melawan arah angin. Hal ini disebabkan untuk

mengurangi masalah turbulensi yang terjadi pada bagian belakang menara. Turbin

angin ini sangat banyak digunakan karena memiliki efisiensi yang tinggi.

a) Kincir Angin Propeller

Turbin angin tipe propeller Gambar 2.1 memiliki bentuk sudu yang

menyerupai sayap pesawat. Turbin angin inilah yang hingga sekarang masih

digunakan dan layak digunakan untuk keperluan komersil, karena kincir angin

tipe ini memiliki efisiensi yang sangat baik


7

Gambar 2. 1 Kincir angin poros horizontal

Sumber : www.poweredbymothernature.com

b) Kincir Angin American Multiblade

American Multiblade Gambar 2.2 dirancang oleh Daniel Halladay pada

tahun 1854, desain kincir ini memiliki jumlah sudu yang banyak dan sebuah layar

untuk merubah posisi kincir sesuai datangnya arah angin. Kincir angin ini

digunakan untuk memompa air tanah menuju permukaan dan kincir angin yang

lebih besar digunakan sebagai penggiling gandum dan pemotong jerami.

Gambar 2. 2 Kincir angin american multiblade

(Sumber: https://www.shutterstock.com/video/clip-3328 952-multi-blade-wind-

turbine---thailand-flag)


8

Kelebihan Kincir Angin Poros Horizontal adalah (Daryanto, 2007):

1. Dasar menara yang tinggi membuat akses ke angin yang lebih kuat.

2. Mampu mengonversi energi angin pada kecepatan tinggi.

3. Material yang digunakan lebih sedikit.

4. Memiliki faktor keamanan yang baik dikarenakan posisi sudu yang berada

di atas menara.

Kekurangan Kincir Angin Poros Horizontal adalah:

1. Konstruksi yang tinggi menyulitkan dalam proses pemasangan dan

pemeliharaan kincir.

2. Perlu adanya mekanisme tambahan agar poros dapat menyesuaikan dengan

arah datangnya angin.

3. Biaya pembuatan yang mahal.

2.2.2. Kincir Angin Poros Vertikal

Kendala penggunaan kincir angin adalah kecepatan angin dan arah angin

yang berubah-ubah sepanjang waktu. Oleh karena itu, kincir angin yang baik

adalah kincir yang dapat menerima angin dari segala arah. Serta mampu bekerja

pada kecepatan angin rendah salah satunya adalah Kincir Angin Poros Vertikal.

Kelebihan Kincir Angin Poros Vertikal adalah (Daryanto, 2007):

1. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.

2. Bisa diletakkan dekat dengan tanah, sehingga memudahkan pemeliharaan.

3. Memiliki sudut airfoil (bentuk bilah sebuah baling-baling yang terlihat

secara melintang) yang lebih tinggi, memberikan keaerodinamisan yang

tinggi sembari mengurangi drag pada tekanan yang rendah dan tinggi.

4. Tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah.

5. Bisa didirikan pada lokasi-lokasi dimana struktur yang lebih tinggi

dilarang dibangun.

Kekurangan Kincir Angin Poros Vertikal:

1. Kebanyakan TASV memproduksi energi hanya 50% dari efisiensi TASH

karena drag tambahan yang dimilikinya saat kincir berputar.


9

2. Kebanyakan TASV mempunyai torsi awal yang rendah, dan membutuhkan

energi untuk mulai berputar.

Ada berbagai model Kincir Angin Poros Vertikal yang sering digunakan

diantaranya adalah model Savonius, model Darrieus, dan model H-Rotor.

a. Model Savonius

Turbin ini pertama kali ditemukan di Finlandia oleh insinyur Sigurd J.

Savonius pada tahun 1922. Kincir jenis ini secara umumnya bergerak lebih

perlahan dibanding jenis kincir angin horizontal, tetapi menghasilkan torsi yang

lebih besar (Rosidin, 2007).

Pada perkembangannya turbin Savonius ini banyak mengalami perubahan

bentuk rotor. Kincir angin model Savonius dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2. 3 Model kincir Savonius

Sumber : Rosidin, 2007

b. Model Darrieus

Type Darrieus TASV ditemukan oleh seorang insinyur Perancis George

Jeans Maria Darrieus yang dipatenkan pada tahun 1931. Kincir angin Darrieus

TASV mempunyai bilah sudu yang disusun dalam posisi simetri dengan sudu

bilah yang diatur relatif terhadap poros. Pengaturan ini cukup efektif untuk

menangkap berbagai arah angin. Berbeda dengan Savonius, kincir angin Darrieus

bergerak dengan memanfaatkan gaya angkat yang terjadi ketika angin bertiup.


10

Bilah sudu turbin Darrieus bergerak berputar mengelilingi sumbu. Kincir angin

model Darrieus dapat dilihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2. 4 Turbin angin Darrieus

(sumber : http://www.boggawind.com/about.html)

c. Model H-Rotor

Dikembangkan di Inggris melalui penelitian yang dilakukan selama 1970-

1980an, diuraikan bahwa mekanisme yang digunakan pada pisau berbilah lurus

(Straight-bladed) Darrieus TASV tidak diperlukan, ternyata ditemukan bahwa

efek hambatan yang diciptakan oleh sebuah pisau akan membatasi kecepatan

aliran angin. Oleh karena itu, H-rotor akan mengatur semua kecepatan angin

untuk mencapai kecepatan putaran optimalnya. Kincir angin model H-Rotor dapat

dilihat pada Gambar 2.5

Gambar 2. 5 Kincir angin model H-Rotor

.Sumber : Soelaiman dkk, 2006


11

2.3 Perhitungan Pada Kincir

2.3.1. Daya Angin

Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik, sehingga secara

umum dapat dirumuskan sebagai berikut (Sam, 2015):

EK=1/2 mv2 (1)

dengan EK adalah energi kinetik (J), m adalah massa udara (kg), dan v adalah

kecepatan angin (m/s).

Daya merupakan energi per satuan waktu, maka dari persamaan di atas

dapat dituliskan pada Persamaan (2):

Pin= 1/2 ṁ v2 (2)

dengan Pin adalah daya yang dihasilkan angin J/s atau watt, ṁ adalah massa udara

yang mengalir per satuan waktu (kg/detik), v adalah kecepatan angin (m/detik).

Massa udara yang mengalir persatuan waktu adalah

ṁ= ρAv (3)

dengan ρ adalah massa jenis udara (1,18 kg/ m3

) pada suhu sekitar 28°C, A adalah

luas penampang yang membentuk sebuah lingkaran (m2).

Dengan menggunakan Persamaan (3), maka daya angin (Pin) dapat dirumuskan

menjadi: Pin =1/2(ρAv) v2

Disederhanakan menjadi: Pin =1/2ρAv3 (4)

2.3.2. Torsi Kincir Angin

Torsi adalah gaya yang bekerja pada poros yang dihasilkan oleh gaya

dorong pada sumbu kincir, dimana gaya dorong ini memiliki jarak terhadap

sumbu poros yang berputar . Persamaannya:

T = F.l (5)

dengan T adalah torsi dinamis yang dihasilkan dari putaran poros (Nm), F adalah

gaya pada poros akibat puntiran (N), dan l adalah jarak lengan torsi ke poros (m).

2.3.3. Daya Kincir Angin

Daya kincir angin adalah daya yang dihasilkan oleh poros kincir akibat


12

daya angin yang melintasi sudu-sudu kincir. Pada tahun 1919 seorang fisikawan

Jerman, Albert Betz, menyimpulkan bahwa tidak akan pernah ada turbin angin

yang dapat mengkonversi energi kinetik angin ke dalam bentuk energi yang

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

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

hubungannya dengan ketidak efisienan pada generator, tapi lebih kepada bentuk

turbin angin itu sendiri, Gambar 2.6 menunjukan karakteristik dari beberapa tipe

kincir angin pada Diagram Cp vs tsr.

Gambar 2. 6 Diagram Cp vs tsr

Sumber:http://mragheb.com/NPRE%20475%20Wind%20Power%20Systems/Optima

l%20Rotor%20Tip%20Speed%20Ratio.pdf

Umumnya perhitungan daya gerak melingkar dapat dituliskan dengan persamaan:

P = T. Ω (6)

dengan T adalah torsi dinamis (Nm), ω adalah kecepatan sudut (rad/s)

kecepatan sudut ω didapat dari:

ω = n.rpm = rpm =


13

ω = n

ω =

dengan demikian daya yang dihasilkan oleh kincir dinyatakan dengan persamaan:

Pout = T ω

Pout = T

(7)

dengan Pout adalah daya yang dihasilkan kincir angin (watt), n adalah putaran

poros (rpm).

2.3.4. Tip speed ratio ()

Tip Speed Ratio () adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu

kincir angin yang berputar dengan kecepatan angin.

Rumus kecepatan diujung sudu (Vt) adalah:

Vt = ω r

dengan Vt adalah kecepatan ujung sudu, ω adalah kecepatan sudut (rad/detik), dan

r adalah jari-jari kincir (m).

Sehingga tsr nya dapat dirumuskan dengan:

=

(8)

dengan r adalah jari-jari kincir angin (m), n adalah kecepatan putaran kincir

dengan satuan (rpm), v adalah kecepatan angin (m/s).

2.3.5. Koefisien Daya (Cp)

Koefisien daya (Cp) adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh

kincir (Pout) dengan daya yang disediakan oleh angin (Pin), persamaanya:

Cp=

(9)

dengan Cp adalah koefisien daya (%).Pout adalah daya yang dihasilkan oleh kincir

(watt), Pin adalah daya yang dihasilkan oleh angin (watt).

2.4 Tinjauan Pustaka

Pada tahun 2015 telah dilakukan penelitian oleh Septian Harry Pamuji

dengan judul “Uji Perfomance Turbin Angin Poros Vertikal Tipe Savonius

Bertingkat Dengan Variasi Posisi Sudut” menyatakan dalam penelitian ini


14

dilakukan untuk memperoleh karakteristik Performance turbin angin dua tingkat

dengan variasi kecepatan angin dan posisi sudut yang berbeda pada masing-

masing tingkat. Pengujian dilakukan dengan sumber angin yang berasal dari

empat buah kipas angin dengan menggunakan Wind Tunnel, kecepatan angin

yang digunakan terdapat empat variasi yaitu 3,43 m/s, 4,22 m/s, 4,75 m/s, dan 5

m/s. Variasi pengujian juga dilakukan dengan variasi posisi sudut turbin yaitu 0,

30, 45, 60, dan 90 pada tiap tingkat. Hasil penelitian ditampilkan dalam

bentuk grafik kecepatan angin terhadap putaran rotor, kecepatan angin terhadap

Tip Speed Ratio (), dan Tip Speed Ratio () terhadap koefisien daya (CP).

Kecepatan putaran rotor maksimum dihasilkan pada kecepatan angin 5 m/s

dengan posisi sudut 0 sebesar 150,60 rpm. Daya rotor maksimum dihasilkan

pada kecepatan angin 5 m/s dengan posisi sudut 0 yaitu sebesar 1,53 Watt. Nilai

CP maksimum yang dicapai turbin angin bertingkat tipe Savonius ini adalah 12 %

diperoleh pada saat TSR sebesar 0,61 dengan kecepatan angin 5 m/s.


15

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Penelitian

Langkah kerja yang dilakukan dalam penelitian ini disajikan dalam

diagram alir penelitian seperti yang dirumuskan pada Gambar 3.1.

3.2 Objek Penelitian

Objek pada penelitian ini adalah kincir angin Savonius dua tingkat dengan

lima variasi posisi sudut pada sudu. Sudu kincir angin Savonius bagian bawah di

desain dapat bergeser rotasi pada sudut 0, 30, 45, 60, dan 90 sedangkan sudu

kincir angin Savonius bagian atas di desain tidak dapat bergeser. Menurut

penelitian yang dilakukan Septian Harry Pamuji, kincir angin model Savonius

bertingkat dengan variasi posisi sudut dari semua variasi sudut yang dilakukan,

didapatkan kecepatan putaran rotor maksimum dihasilkan pada kecepatan angin 5

m/s dengan posisi sudut 0. Gambar 3.2 menunjukkan perancangan kincir angin

model Savonius dua sudu dua tingkat.

3.3 Waktu dan Tempat Penelitian

Pembuatan kincir angin dilakukan pada bulan Agustus 2019 sampai

September 2019 dan pengambilan data dilakukan pada bulan Oktober 2019 di

Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma.

3.4 Alat dan bahan

Dalam proses pembuatan kincir angin model Savonius dua tingkat dengan lima

variasi posisi sudut pada sudu memerlukan alat dan bahan sebagai berikut :

3.4.1. Alat

Peralatan yang digunakan dalam proses pembuatan kincir angin sebagai

berikut:

a. Mistar baja

b. Gunting pelat

c. Obeng

d. Palu


16

e. Mur

f. Baut

g. Paku

h. Mesin Bor

i. Gergaji potong

j. Pisau cutter

k. Kunci pas

l. Lakban

3.4.2. Bahan

Bahan yang digunakan dalam proses pembuatan kincir angin sebagai

berikut:

a. Plywood atau papan tripleks

b. Pipa besi

c. Galvalum

d. Lem

e. Amplas

3.4.3. Alat Bantu Penelitian

Dalam proses pengambilan data diperlukan alat bantu penelitian, antara

lain sebagai berikut:

a. Tachometer

Tachometer merupakan alat pengukur kecepatan putar poros kincir angin

dengan satuan yang dapat diatur sesuai kebutuhan. Dalam penelitian ini

menggunakan satuan rpm. Gambar 3.3 menunjukkan tachometer.

b. Anemometer

Anemometer merupakan alat pengukur kecepatan angin dengan satuan

yang dapat diatur sesuai kebutuhan. Dalam penelitian ini menggunakan satuan

m/s. Gambar 3.4 menunjukkan anemometer.


17

Salah

Gambar 3. 1 Diagram alir langkah kerja penelitian

Mulai

Perancangan kincir angin model Savonius dua

tingkat dengan lima variasi posisi sudut pada sudu

Persiapan alat dan bahan pembuatan kincir angin model Savonius

dua tingkat dengan lima variasi posisi sudut pada sudu

Perakitan kincir angin model Savonius dua tingkat

dengan lima variasi posisi sudut pada sudu

Uji coba

kincir

Pengujian dan pengambilan data (kecepatan angin,

kecepatan putar kincir, dan beban pengereman)

Pengolahan data untuk mengetahui hubungan antara tip

speed ratio dan koefisien daya

Benar

Variasi

sudut

sudu 0

Variasi

sudut

sudu 30

Variasi

sudut

sudu 45

Variasi

sudut

sudu 60

Variasi

sudut

sudu 90

Analisis hasil pengujian dan pembahasan

Kesimpulan dan saran

Selesai


18

Gambar 3. 2 Rancangan kincir angin model Savonius dua tingkat

Gambar 3. 3 Tachometer yang digunakan dalam penelitian ini

40 cm

84 cm

4 cm

40 cm

40 cm


19

Gambar 3. 4 Anemometer dalam penelitian ini.

c. Neraca Pegas

Neraca pegas merupakan alat pengukur gaya pengimbang saat dilakukan

pembebanan dengan mekanisme pengereman. Dalam penelitian ini menggunakan

satuan Newton (N). Gambar 3.5 menunjukkan neraca pegas.

Gambar 3. 5 Neraca pegas yang digunakan dalam penelitian ini


20

d. Mekanisme Pengereman

Poros kincir yang berputar dihubungkan dengan mekanisme pengereman

yang diberi pembebanan. Pembebanan dilakukan dengan cara memberi karet pada

tuas pengereman. Mekanisme pembebanan dilakukan hingga kincir angin berhenti

berputar. Gambar 3.6 menunjukkan mekanisme pembebanan.

Gambar 3. 6 Mekanisme pembebanan yang digunakan dalam penelitian ini

e. Blower

Blower berfungsi sebagai penyuplai daya angin. Kecepatan angin yang

berhembus dapat diatur menggunakan inventor pada blower. Kecepatan angin

dapat dinaikkan maupun diturunkan sesuai kebutuhan. Dalam penelitian ini

menggunakan kecepatan angin 7,5 m/s. Gambar 3.7 menunjukkan blower.

3.5 Proses Pembuatan Kincir Angin Model Savonius Dua Tingkat Dengan

Variasi Posisi Sudut Pada Sudu

Kincir angin model Savonius dua tingkat dengan variasi sudut pada sudu

memiliki 3 bagian utama, antara lain :

3.5.1. Sudu Kincir

Pada penelitian ini menggunakan 4 bilah sudu yang terbagi menjadi 2 bilah sudu

di tingkat pertama dan 2 bilah sudu di tingkat kedua. Sudu terbuat dari seng


21

galvalum. Sudu dapat dilihat pada Gambar 3.8. Sudu pada penelitian ini

menggunakan sudu tipe U dengan ketentuan ukuran sebagai berikut:

Tinggi sudu : 42 cm

Diameter sudu : 40 cm

Ketebalan seng : 0,04 cm

Gambar 3. 7 Blower yang digunakan dalam penelitian ini

Gambar 3. 8 Sudu kincir angin dalam penelitian ini


22

3.5.2. Poros

Pada penelitian ini menggunakan pipa besi. Poros berfungsi untuk

mentransmisikan putaran kincir menuju mekanisme pembebanan. Pada bagian

kedua ujung poros terdapat pipa aluminium dengan diameter 3 cm dan tinggi 3

cm. Pipa aluminium berfungsi sebagai dudukan pada laker. Poros dapat dilihat

pada Gambar 3.9. pipa poros memiliki ketentuan ukuran sebagai berikut:

Diameter luar poros : 2,54 cm

Panjang poros : 120 cm

Gambar 3. 9 Poros kincir angin dalam penelitian ini

3.5.3. Posisi Sudu

Posisi sudu akan divariasi pada sudut 0, 30, 45, 60, dan 90 pada kincir

angin. Sudu turbin terbuat dari seng galvalum dengan ketebalan 0,4 mm. Sudu

dengan variasi sudut 0 dapat dilihat pada Gambar 3.10, sudu dengan variasi sudut

30 dapat dilihat pada Gambar 3.11, sudu dengan variasi sudut 45 dapat dilihat

pada Gambar 3.12, sudu dengan variasi sudut 60 dapat dilihat pada Gambar 3.13,

sedangkan sudu dengan variasi sudut 90 dapat dilihat pada Gambar 3.14.

3.6 Langkah Percobaan

Percobaan pada penelitian ini akan dilakukan pengambilan data kecepatan

angin, beban, dan kecepatan putar poros kincir secara bersama-sama. Kincir angin

dan alat bantu penelitian akan diletakkan seperti pada Gambar 3.15 adapun

langkah-langkah percobaan yang dilakukan sebagai berikut:

1. Memasang kincir angin model Savonius pada dudukan kincir angin.

2. Memasang neraca pegas serta pengaitnya pada tempat yang sudah

ditentukan.


23

3. Memasang tali pengait pada neraca pegas yang dihubungkan dengan

sistem pengereman.

4. Memasang anemometer pada tempat yang sudah ditentukan.

5. Menyiapkan takometer.

6. Menghidupkan blower dengan kecepatan angin rata-rata 7,5 m/s.

7. Menunggu beberapa saat supaya kecepatan putar poros kincir konstan.

Pada penelitian ini menunggu selama 2 menit setelah pembacaan data.

8. Pengambilan data pertama yaitu mengukur kecepatan putar poros kincir

pada variasi sudu 0 dan tanpa pembebanan. Pembacaan kecepatan putar

poros kincir menggunakan alat bantu yaitu takometer.

9. Pengambilan data kedua yaitu mengukur kecepatan putar poros kincir

angin dengan diberi beban pada mekanisme pengereman (memberi karet

pada tuas pengereman). Pembacaan beban menggunakan alat bantu yaitu

neraca pegas. Pengambilan data dilakukan hingga kincir angin benar-benar

berhenti.

10. Mengulangi langkah 8 dan 9 untuk variasi sudu kincir angin model

Savonius pada sudut 30, 45, 60, dan 90.

11. Satu variasi sudut pada sudu dilakukan 3 kali percobaan pengambilan data.

3.7 Langkah pengolahan data

Adapun langkah yang dilakukan dalam pengolahan data adalah sebagai

berikut:

1. Setelah diketahui kecepatan angin (v) dan luasan kincir (A), maka akan

diperoleh daya angin (Pin) dengan Persamaan 4.

2. Data beban pegas (F) dapat digunakan untuk mencari torsi (T) dengan

Persamaan 5.

3. Data putaran poros (n) dan torsi (T) dapat digunakan untuk mencari daya

yang dihasilkan kincir (Pout) dengan Persamaan 7.

4. Dengan membandingkan kecepatan keliling diujung sudu dan kecepatan

angin, maka tip speed rasio dapat dicari dengan Persamaan 8.


24

5. Dari daya kincir (Pout) dan daya angin (Pin) maka koefisien daya dapat

diketahui dengan Persamaan 9.

Gambar 3. 10 Sudu dengan variasi sudut 0 pada penelitian ini



25




26



27

Gambar 3. 15 Ketentuan posisi kincir angin dan alat bantu penelitian pada

penelitian ini


28

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian

Pengambilan data pada penelitian ini ada beberapa variasi. Tabel 4.1

merupakan data kincir angin Savonius dua tingkat pada sudut 0, Tabel 4.2



merupakan data kincir angin Savonius dua tingkat pada sudut 60, dan Tabel 4.5

merupakan data kincir angin Savonius dua tingkat pada sudut 90. Pada

pengambilan data ini menggunakan kecepatan angin 7,5 m/s.


pada sudut 0 dengan kecepatan angin 7,5 m/s

No.

Gaya Pengimbang (N) Putaran Poros (rpm)

1

0,00 489

0,00 530

0,00 591

2

0,20 465

0,20 451

0,20 490

3

0,80 385

0,80 398

0,80 370

4

1,20 343

1,20 291

1,20 332

5

1,50 297

1,50 285

1,50 278

6

1,70 138

1,70 141

1,70 168


29

Tabel 4.1 Hasil pengambilan data kincir angin model Savonius dua tingkat

pada sudut 0 dengan kecepatan angin 7,5 m/s (lanjutan)

No.


7

2,00 59

2,00 58

2,00 60

8

2,20 46

2,20 44

2,20 45

9

2,50 36

2,50 33

2,50 32

10

2,80 27

2,80 30

2,80 31

11

3,00 22

3,00 23

3,00 26

Tabel 4. 2

Hasil pengambilan data kincir angin model Savonius dua tingkat


No.


1

0,00 450

0,00 458

0,00 460

2

0,20 431

0,20 425

0,20 430

3

1,00 381

1,00 372

1,00 383

4

1,20 231

1,20 233

1,20 230


30

Tabel 4. 2

Hasil pengambilan data kincir angin model Savonius dua tingkat


No.


5

1,50 222

1,50 210

1,50 215

6

1,80 177

1,80 160

1,80 175

7

2,00 138

2,00 130

2,00 127

8

2,30 68

2,30 70

2,30 72

9

2,50 50

2,50 53

2,50 52

10

2,80 29

2,80 26

2,80 28

11

3,00 18

3,00 16

3,00 17


31



No.


1

0,00 484

0,00 487

0,00 479

2

0,30 419

0,30 417

0,30 420

3

0,95 369

0,95 373

0,95 360

4

1,45 302

1,45 315

1,45 310

5

2,00 282

2,00 285

2,00 279

6

2,30 214

2,30 217

2,30 216

7

2,50 151

2,50 160

2,50 172

8

2,70 119

2,70 117

2,70 120

9

3,00 96

3,00 90

3,00 94

10

3,20 41

3,20 43

3,20 40

11

3,50 26

3,50 20

3,50 23


32



No.


1

0,00 560

0,00 569

0,00 565

2

0,30 513

0,30 517

0,30 514

3

1,00 456

1,00 470

1,00 465

4

1,20 424

1,20 430

1,20 432

5

1,50 384

1,50 370

1,50 386

6

2,00 313

2,00 315

2,00 310

7

2,30 209

2,30 212

2,30 215

8

2,50 149

2,50 152

2,50 150

9

2,70 132

2,70 130

2,70 134

10

3,00 90

3,00 92

3,00 95

11

3,20 70

3,20 73

3,20 72


33



No.


12

3,50 42

3,50 45

3,50 41

13

3,70 22

3,70 20

3,70 19



No.


1

0,00 614

0,00 620

0,00 612

2

0,30 555

0,30 560

0,30 565

3

0,90 520

0,90 525

0,90 523

4

1,20 495

1,20 480

1,20 492

5

1,50 409

1,50 415

1,50 412

6

1,80 358

1,80 355

1,80 357


34



No.


7

2,00 280

2,00 288

2,00 300

8

2,30 220

2,30 215

2,30 230

9

2,50 152

2,50 135

2,50 140

10

2,80 98

2,80 102

2,80 105

11

3,00 75

3,00 78

3,00 76

12

3,20 40

3,20 38

3,20 42

13

3,50 25

3,50 20

3,50 23

4.2 Pengolahan Data

Pengolahan data meliputi perhitungan daya yang dihasilkan oleh angin,

daya mekanis yang dihasilkan oleh kincir, torsi yang bekerja, tsr, dan koefisien

daya untuk menentukan unjuk kerja kincir angin model Savonius dua tingkat

dengan variasi posisi sudut pada sudu.

Dalam perhitungan data diambil dari Tabel 4.1 pada langkah percobaan

pertama dan pembebanan lima. Untuk mempermudah proses perhitungan,

digunakan beberapa ketentuan sebagai berikut:

a. Panjang lengan torsi :20 cm

b. Massa jenis udara :1,18 kg/m3


35

c. Luas tangkap angin :0,672 m2

d. Kecepatan angin :7,5 m/s

4.2.1 Perhitungan Daya Angin (Pin)

Pada data Tabel 4.1 langkah percobaan pertama dan pembebanan kelima

diketahui massa jenis udara (ρ) 1,18 kg/m3, luas tangkapan angin (A) 0,672 m

2,

dan kecepatan angin (v) sebesar 7,5 m/s. Maka besarnya daya angin (Pin) yang

diterima kincir dapat dicari dengan Persamaan (4) sebagai berikut:

Pin =1/2ρAv3

=(1/2).(1,18 kg/m3).( 0,672 m

2).( 7,5 m/s)

3

=167,27 watt

jadi daya angin(Pin) yang dihasilkan sebesar 167,27 watt

4.2.2 Perhitungan Daya Kincir (Pout)


dapat dicari Torsi (T) 0,30 N.m, putaran poros (n) 297 rpm, kecepatan sudut (ω)

sebesar 31.09 rad/s. Maka besar daya kincir (Pout) dapat dicari dengan Persamaan

(7) sebagai berikut:

Pout =T

=0,30.

=9,33 watt

jadi daya kincir (Pout) yang dihasilkan sebesar 9,33 watt

4.2.3 Perhitungan Tip Speed Rasio (tsr)


diketahui jari-jari kincir (r) 0,4 m, putaran poros (n) 297 rpm, dan kecepatan angin

(v) sebesar 7,5 m/s. Maka tsr dapat dicari menggunakan Persamaan (8) sebagai

berikut:

=

=


36

=1,66

jadi tsr yang dihasilkan sebesar 1,66

4.2.4 Perhitungan Koefisien Daya Kincir (Cp)


diketahui daya kincir angin (Pout) 9,33 watt, dan daya angin (Pin) sebesar 167,27

watt. Maka besar koefisien daya kincir (Cp) dapat dicari dengan Persamaan (9)

sebagai berikut:

Cp =

=

=5,58 %

jadi koefisien daya kincir (Cp) yang dihasilkan sebesar 5,58 %

4.3 Hasil Perhitungan

Berikut merupakan data hasil perhitungan dari kincir angin model

Savonius dua tingkat dengan variasi posisi sudut. Tabel 4.6 merupakan data kincir

angin model Savonius dua tingkat pada sudut 0, Tabel 4.7 merupakan data kincir

angin model Savonius dua tingkat pada sudut 30, Tabel 4.8 merupakan data

kincir angin model Savonius dua tingkat pada sudut 45, Tabel 4.9 merupakan

data kincir angin model Savonius dua tingkat pada sudut 60, dan Tabel 4.10

merupakan data kincir angin model Savonius dua tingkat pada sudut 90



No.

Gaya

Pengimbang

(F)

Putaran

Poros

(n)

Kecepatan

Sudut

(ω)

Beban

Torsi

(T)

Daya

Input

(Pin)

Daya

Output

(Pout)

Tip

Speed

Rasio

()

Koefisien

daya

(Cp)

(N) (rpm) (rad/s) N.m Watt Watt %

1

0,00 489 51,18 0,00 167,27 0,00 2,73 0,00

0,00 530 55,47 0,00 167,27 0,00 2,96 0,00

0,00 591 61,86 0,00 167,27 0,00 3,30 0,00

2

0,20 465 48,67 0,04 167,27 1,95 2,60 1,16

0,20 451 47,20 0,04 167,27 1,89 2,52 1,13

0,20 490 51,29 0,04 167,27 2,05 2,74 1,23


37



No.

Gaya

Pengimbang

(F)

Putaran

Poros

(n)

Kecepatan

Sudut

(ω)

Beban

Torsi

(T)

Daya

Input

(Pin)

Daya

Output

(Pout)

Tip

Speed

Rasio

()

Koefisien

daya

(Cp)


3

0,80 385 40,30 0,16 167,27 6,45 2,15 3,85

0,80 398 41,66 0,16 167,27 6,67 2,22 3,98

0,80 370 38,73 0,16 167,27 6,20 2,07 3,70

4

1,20 343 35,90 0,24 167,27 8,62 1,91 5,15

1,20 291 30,46 0,24 167,27 7,31 1,62 4,37

1,20 332 34,75 0,24 167,27 8,34 1,85 4,99

5

1,50 297 31,09 0,30 167,27 9,33 1,66 5,58

1,50 285 29,83 0,30 167,27 8,95 1,59 5,35

1,50 278 29,10 0,30 167,27 8,73 1,55 5,22

6

1,70 138 14,44 0,34 167,27 4,91 0,77 2,94

1,70 141 14,76 0,34 167,27 5,02 0,79 3,00

1,70 168 17,58 0,34 167,27 5,98 0,94 3,57

7

2,00 59 6,18 0,40 167,27 2,47 0,33 1,48

2,00 58 6,07 0,40 167,27 2,43 0,32 1,45

2,00 60 6,28 0,40 167,27 2,51 0,33 1,50

8

2,20 46 4,81 0,46 167,27 2,12 0,26 1,27

2,20 44 4,61 0,46 167,27 2,03 0,25 1,21

2,20 45 4,71 0,46 167,27 2,07 0,25 1,24

9

2,50 36 3,77 0,50 167,27 1,88 0,20 1,13

2,50 33 3,45 0,50 167,27 1,73 0,18 1,03

2,50 32 3,35 0,50 167,27 1,67 0,18 1,00

10

2,80 27 2,83 0,56 167,27 1,58 0,15 0,95

2,80 30 3,14 0,56 167,27 1,76 0,17 1,05

2,80 31 3,24 0,56 167,27 1,82 0,17 1,09

11

3,00 22 2,30 0,60 167,27 1,38 0,12 0,83

3,00 23 2,41 0,60 167,27 1,44 0,13 0,86

3,00 26 2,72 0,60 167,27 1,63 0,15 0,98


38



No.

Gaya

Pengimbang

(F)

Putaran

Poros

(n)

Kecepatan

Sudut

(ω)

Beban

Torsi

(T)

Daya

Input

(Pin)

Daya

Output

(Pout)

Tip

Speed

Rasio

()

Koefisien

daya

(Cp)


1

0,00 450 9,00 0,00 167,27 0,00 0,,48 0,00

0,00 458 9,11 0,00 167,27 0,00 0,49 0,00

0,00 460 9,11 0,00 167,27 0,00 0,49 0,00

2

0,20 431 8,48 0,04 167,27 0,34 0,45 0,20

0,20 425 8,37 0,04 167,27 0,33 0,45 0,20

0,20 430 8,48 0,04 167,27 0,34 0,45 0,20

3

1,00 381 7,54 0,16 167,27 1,21 0,40 0,72

1,00 372 7,33 0,16 167,27 1,17 0,39 0,70

1,00 383 7,33 0,16 167,27 1,17 0,39 0,70

4

1,20 231 6,49 0,24 167,27 1,56 0,35 0,93

1,20 233 6,59 0,24 167,27 1,58 0,35 0,95

1,20 230 6,80 0,24 167,27 1,63 0,36 0,98

5

1,50 222 6,28 0,30 167,27 1,88 0,33 1,13

1,50 210 6,38 0,30 167,27 1,92 0,34 1,15

1,50 215 6,18 0,30 167,27 1,85 0,33 1,11

6

1,80 177 18,53 0,36 167,27 6,67 0,99 3,99

1,80 160 16,75 0,36 167,27 6,03 0,89 3,60

1,80 175 18,32 0,36 167,27 6,59 0,98 3,94

7

2,00 138 14,44 0,40 167,27 5,78 0,77 3,45

2,00 130 13,61 0,40 167,27 5,44 0,73 3,25

2,00 127 13,29 0,40 167,27 5,32 0,71 3,18

8

2,30 68 7,12 0,46 167,27 3,27 0,38 1,96

2,30 70 7,33 0,46 167,27 3,37 0,39 2,01

2,30 72 7,54 0,46 167,27 3,47 0,40 2,07

9

2,50 50 5,23 0,50 167,27 2,62 0,28 1,56

2,50 53 5,55 0,50 167,27 2,77 0,30 1,66

2,50 52 5,44 0,50 167,27 2,72 0,29 1,63

10

2,80 29 3,04 0,56 167,27 1,70 0,16 1,02

2,80 26 2,72 0,56 167,27 1,52 0,15 0,91

2,80 28 2,93 0,56 167,27 1,64 0,16 0,98

11

3,00 18 1,88 0,60 167,27 1,13 0,10 0,68

3,00 16 1,67 0,60 167,27 1,00 0,09 0,60

3,00 17 1,73 0,60 167,27 1,07 0,09 0,64


39



No.

Gaya

Pengimbang

(F)

Putaran

Poros

(n)

Kecepatan

Sudut

(ω)

Beban

Torsi

(T)

Daya

Input

(Pin)

Daya

Output

(Pout)

Tip

Speed

Rasio

()

Koefisien

daya

(Cp)


1

0,00 484 50,66 0,00 167,27 0,00 2,70 0,00

0,00 487 50,97 0,00 167,27 0,00 2,72 0,00

0,00 479 50,14 0,00 167,27 0,00 2,67 0,00

2

0,30 419 43,86 0,06 167,27 2,63 2,34 1,57

0,30 417 43,65 0,06 167,27 2,62 2,33 1,57

0,30 420 43,96 0,06 167,27 2,64 2,34 1,58

3

0,95 369 38,62 0,19 167,27 7,34 2,06 4,39

0,95 373 39,04 0,19 167,27 7,42 2,08 4,43

0,95 360 37,68 0,19 167,27 7,16 2,01 4,28

4

1,45 302 31,61 0,29 167,27 9,17 1,69 5,48

1,45 315 32,97 0,29 167,27 9,56 1,76 5,72

1,45 310 32,45 0,29 167,27 9,41 1,73 5,63

5

2,00 282 29,52 0,40 167,27 11,81 1,57 7,06

2,00 285 29,83 0,40 167,27 11,93 1,59 7,13

2,00 279 29,20 0,40 167,27 11,68 1,56 6,98

6

2,30 214 22,40 0,46 167,27 10,30 1,19 6,16

2,30 217 22,71 0,46 167,27 10,45 1,21 6,25

2,30 216 22,61 0,46 167,27 10,40 1,21 6,22

7

2,50 151 15,80 0,50 167,27 7,90 0,84 4,72

2,50 160 16,75 0,50 167,27 8,37 0,89 5,01

2,50 172 18,00 0,50 167,27 9,00 0,96 5,38

8

2,70 119 12,46 0,54 167,27 6,73 0,66 4,02

2,70 117 12,25 0,54 167,27 6,61 0,65 3,95

2,70 120 12,56 0,54 167,27 6,78 0,67 4,05

9

3,00 96 10,05 0,60 167,27 6,03 0,54 3,60

3,00 90 9,42 0,60 167,27 5,65 0,50 3,38

3,00 94 9,84 0,60 167,27 5,90 0,52 3,53

10

3,20 41 4,29 0,64 167,27 2,75 0,23 1,64

3,20 43 4,50 0,64 167,27 2,88 0,24 1,72

3,20 40 4,19 0,64 167,27 2,68 0,22 1,60

11

3,50 26 2,72 0,70 167,27 1,90 0,15 1,14

3,50 20 2,09 0,70 167,27 1,47 0,11 0,88

3,50 23 2,41 0,70 167,27 1,69 0,13 1,01


40



No.

Gaya

Pengimbang

(F)

Putaran

Poros

(n)

Kecepatan

Sudut

(ω)

Beban

Torsi

(T)

Daya

Input

(Pin)

Daya

Output

(Pout)

Tip

Speed

Rasio

()

Koefisien

daya

(Cp)


1

0,00 560 58,61 0,00 167,27 0,00 3,13 0,00

0,00 569 59,56 0,00 167,27 0,00 3,18 0,00

0,00 565 59,14 0,00 167,27 0,00 3,15 0,00

2

0,30 513 53,69 0,06 167,27 3,22 2,86 1,93

0,30 517 54,11 0,06 167,27 3,25 2,89 1,94

0,30 514 53,80 0,06 167,27 3,23 2,87 1,93

3

1,00 456 47,73 0,20 167,27 9,55 2,55 5,71

1,00 470 49,19 0,20 167,27 9,84 2,62 5,88

1,00 465 48,67 0,20 167,27 9,73 2,60 5,82

4

1,20 424 44,38 0,24 167,27 10,65 2,37 6,37

1,20 430 43,96 0,24 167,27 10,55 2,34 6,31

1,20 432 45,22 0,24 167,27 10,85 2,41 6,49

5

1,50 384 40,19 0,30 167,27 12,06 2,14 7,21

1,50 370 38,73 0,30 167,27 11,62 2,07 6,95

1,50 386 40,40 0,30 167,27 12,12 2,15 7,25

6

2,00 313 32,76 0,40 167,27 13,10 1,75 7,83

2,00 315 32,97 0,40 167,27 13,19 1,76 7,88

2,00 310 32,45 0,40 167,27 12,98 1,73 7,76

7

2,30 209 21,88 0,46 167,27 10,06 1,17 6,02

2,30 212 22,19 0,46 167,27 10,21 1,18 6,10

2,30 215 22,50 0,46 167,27 10,35 1,20 6,19

8

2,50 149 15,60 0,50 167,27 7,80 0,83 4,66

2,50 152 15,91 0,50 167,27 7,95 0,85 4,76

2,50 150 15,70 0,50 167,27 7,85 0,84 4,69

9

2,70 132 13,82 0,54 167,27 7,46 0,74 4,46

2,70 130 13,61 0,54 167,27 7,35 0,73 4,39

2,70 134 14,03 0,54 167,27 7,57 0,75 4,53

10

3,00 90 9,42 0,60 167,27 5,65 0,50 3,38

3,00 92 9,63 0,60 167,27 5,78 0,51 3,45

3,00 95 9,94 0,60 167,27 5,97 0,53 3,57

11

3,20 70 7,33 0,64 167,27 4,69 0,39 2,80

3,20 73 7,64 0,64 167,27 4,89 0,41 2,92

3,20 72 7,54 0,64 167,27 4,82 0,40 2,88


41

Tabel 4.9 Data hasil perhitungan kincir angin model Savonius dua tingkat


No.

Gaya

Pengimbang

(F)

Putaran

Poros

(n)

Kecepatan

Sudut

(ω)

Beban

Torsi

(T)

Daya

Input

(Pin)

Daya

Output

(Pout)

Tip

Speed

Rasio

()

Koefisien

daya

(Cp)


12

3,50 42 4,40 0,70 167,27 3,08 0,23 1,84

3,50 45 4,71 0,70 167,27 3,30 0,25 1,97

3,50 41 4,29 0,70 167,27 3,00 0,23 1,80

13

3,70 22 2,30 0,74 167,27 1,70 0,12 1,02

3,70 20 2,09 0,74 167,27 1,55 0,11 0,93

3,70 19 1,99 0,74 167,27 1,47 0,11 0,88

Table 4.10 Data hasil perhitungan kincir angin model Savonius dua tingkat


No.

Gaya

Pengimbang

(F)

Putaran

Poros

(n)

Kecepatan

Sudut

(ω)

Beban

Torsi

(T)

Daya

Input

(Pin)

Daya

Output

(Pout)

Tip

Speed

Rasio

()

Koefisien

daya

(Cp)


1

0,00 614 64,27 0,00 167,27 0,00 3,43 0,00

0,00 620 64,89 0,00 167,27 0,00 3,46 0,00

0,00 612 64,06 0,00 167,27 0,00 3,42 0,00

2

0,30 555 58,09 0,06 167,27 3,49 3,10 2,08

0,30 560 58,61 0,06 167,27 3,52 3,13 2,10

0,30 565 59,14 0,06 167,27 3,55 3,15 2,12

3

0,90 520 54,43 0,18 167,27 9,80 2,90 5,86

0,90 525 54,95 0,18 167,27 9,89 2,93 5,91

0,90 523 54,74 0,18 167,27 9,85 2,92 5,89

4

1,20 495 51,81 0,24 167,27 12,43 2,76 7,43

1,20 480 50,24 0,24 167,27 12,06 2,68 7,21

1,20 492 51,50 0,24 167,27 12,36 2,75 7,39

5

1,50 409 42,81 0,30 167,27 12,84 2,28 7,68

1,50 415 43,44 0,30 167,27 13,03 2,32 7,79

1,50 412 43,12 0,30 167,27 12,94 2,30 7,73

6

1,80 358 37,47 0,36 167,27 13,49 2,00 8,06

1,80 355 37,16 0,36 167,27 13,38 1,98 8,00

1,80 357 37,37 0,36 167,27 13,45 1,99 8,04


42

Table 4.10 Data hasil perhitungan kincir angin model Savonius dua tingkat


No.

Gaya

Pengimbang

(F)

Putaran

Poros

(n)

Kecepatan

Sudut

(ω)

Beban

Torsi

(T)

Daya

Input

(Pin)

Daya

Output

(Pout)

Tip

Speed

Rasio

()

Koefisien

daya

(Cp)


7

2,00 280 29,31 0,40 167,27 11,72 1,56 7,01

2,00 288 30,14 0,40 167,27 12,06 1,61 7,21

2,00 280 29,31 0,40 167,27 11,72 1,56 7,01

8

2,30 220 23,03 0,46 167,27 10,59 1,23 6,33

2,30 215 22,50 0,46 167,27 10,35 1,20 6,19

2,30 230 24,07 0,46 167,27 11,07 1,28 6,62

9

2,50 152 15,91 0,50 167,27 7,95 0,85 4,76

2,50 135 14,13 0,50 167,27 7,07 0,75 4,22

2,50 140 14,65 0,50 167,27 7,33 0,78 4,38

10

2,80 98 10,26 0,56 167,27 5,74 0,55 3,43

2,80 102 10,68 0,56 167,27 5,98 0,57 3,57

2,80 105 10,99 0,56 167,27 6,15 0,59 3,68

11

3,00 75 7,85 0,60 167,27 4,71 0,42 2,82

3,00 78 8,16 0,60 167,27 4,90 0,44 2,93

3,00 76 7,95 0,60 167,27 4,77 0,42 2,85

12

3,20 40 4,19 0,64 167,27 2,68 0,22 1,60

3,20 38 3,98 0,64 167,27 2,55 0,21 1,52

3,20 42 4,40 0,64 167,27 2,81 0,23 1,68

13

3,50 25 2,62 0,70 167,27 1,83 0,14 1,10

3,50 20 2,09 0,70 167,27 1,47 0,11 0,88

3,50 23 2,41 0,70 167,27 1,69 0,13 1,01

4.4 Grafik Hasil Perhitungan

Dari data yang diperoleh, kemudian diolah ke dalam bentuk grafik untuk

mengetahui hubungan antara torsi (T) dengan kecepatan putar kincir (n), dan

koefisien daya kincir (Cp) dengan tip speed rasio (). Grafik yang disajikan untuk

setiap percobaan variasi dengan percobaan terbaik dapat dilihat pada grafik

berikut ini:


43

4.4.1 Grafik hasil perhitungan kincir angin model Savonius dua tingkat

pada sudut 0

a. Grafik hubungan torsi dengan kecepatan putaran poros

Pada Gambar 4.1 dapat disimpulkan semakin besar gaya pengimbang yang

diberikan kepada kincir angin maka torsi yang dihasilkan semakin besar,

sedangkan kecepatan putar kincir angin akan berkurang seiring bertambahnya

beban. Pada kincir angin model Savonius pada sudut 0 dengan kecepatan angin

7,5 m/s menghasilkan torsi maksimal sebesar 0,60 N.m pada kecepatan putar

kincir 26 rpm sedangkan kecepatan putar kincir optimal mencapai 591 rpm pada

saat tanpa beban.

Gambar 4. 1 Grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putaran poros pada

kincir angin model Savonius dua tingkat pada sudut 0

b. Grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed rasio ()

Pada Gambar 4.2 grafik hubungan tip speed rasio () pada

koefisien daya (Cp) diperoleh persamaan Cp = -2,02362 + 6,1203 –

0,0589. Dari persamaan tersebut dapat digunakan untuk mengetahui nilai

tip speed rasio () pada saat koefisien daya maksimal dengan cara sebagai

berikut:

0

100

200

300

400

500

600

700

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Kec

epat

an p

uta

r kin

cir,

n

(rpm

)

Torsi, T (N.m)


44

Cp = -2,02362 + 6,1203 – 0,0589

= 2(-2,0236) + 6,1203

0 = -4,0472 + 6,1203

=

= 1,512

Setelah diketahui nilai tip speed rasio () sebesar 1,512 maka dapat

disubstitusikan ke dalam persamaan Cp = -2,02362 + 6,1203– 0,0589 untuk

mengetahui koefisien daya maksimal

Cp = -2,02362 + 6,1203 – 0,0589

= -2,0236 (1,512)2 + 6,1203 (1,512) – 0,0589

= -4,6262 + 9,2538 - 0,0589

= 4,57

Dari perhitungan tersebut diperoleh koefisien daya maksimal sebesar 4,57 % pada

saat nilai tip speed rasio () optimal sebesar 1,512.

Gambar 4. 2 Grafik hubungan antara koefisien daya dengan tip speed ratio ()

pada kincir angin model Savonius dua tingkat pada sudut 0

4.4.2 Grafik Hasil Perhitungan Kincir Angin Model Savonius dua tingkat

pada sudut 30




Cp = -2,0236 2 + 6,1203 - 0,0589

0

1

2

3

4

5

6

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

Koef

isie

n d

aya,

Cp (

%)

Tip speed ratio, ()


45


beban. Pada kincir angin model Savonius pada sudut 30 menghasilkan torsi

maksimal sebesar 0,60 N.m pada kecepatan putar kincir 18 rpm sedangkan

kecepatan putar kincir optimal mencapai 460 rpm pada saat tanpa beban.





koefisien daya (Cp) diperoleh persamaan Cp = -2,43172 + 6,5041 -



berikut:

Cp = -2,43172 + 6,5041 - 0,0989

= 2(-2,4317) + 6,5041

0 = -4,8634 + 6,5041

=

= 1,310


disubstitusikan ke dalam persamaan Cp = -2,43172 + 6,5041 - 0,0989 untuk


0

100

200

300

400

500

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6Kec

epat

an p

uta

r kin

cir,

n

(rpm

)

Torsi, T (N.m)


46

Cp = -2,43172 + 6,5041 - 0,0989

= -2,4317 (1,310)2 + 6,5041 (1,310) - 0,0989

= -4,173 + 8,520 – 0,989

= 3,36





4.4.3 Grafik Hasil Perhitungan Kincir Angin Model Savonius Dua Tingkat

Pada Sudut 45





beban. Pada kincir angin model Savonius dua tingkat pada sudut 45 dengan

kecepatan angin 7,5 m/s menghasilkan torsi maksimal sebesar 0,70 N.m pada

kecepatan putar kincir 26 rpm sedangkan kecepatan putar kincir optimal mencapai

487 rpm pada saat tanpa beban.

Cp = -2,4317 2 + 6,5041 - 0,0989

0

1

2

3

4

5

6

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Koef

isie

n d

aya,

Cp (

%)

Tip speed ratio, ()


47



b. Grafik hubungan koefisien daya dengan tip speed rasio()


koefisien daya (Cp) diperoleh persamaan Cp = -3,63672 + 9,8191 +



berikut:

Cp = -3,6367 2 + 9,8191 + 0,4737

= 2(-3,6367 ) + 9,8191

0 = -7,2734 + 9,8191

=

= 1,35

Setelah diketahui nilai tip speed rasio () sebesar 1,35 maka dapat disubstitusikan

ke dalam persamaan Cp = -3,6367 2 + 9,8191 + 0,4737 untuk mengetahui

koefisien daya maksimal

0

100

200

300

400

500

600

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Kec

epat

an p

uta

r kin

cir,

n

(rpm

)

Torsi, T (N.m)


48

Cp = -3,6367 2 + 9,8191 + 0,4737

= -3,6367 (1,35) 2 + 9,8191 (1,35) + 0,4737

= -6,628 + 13,256 + 0,4737

= 7,10






Pada Sudut 60









Cp = -3,63672 + 9,8191 - 0,4737

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Koef

isie

n d

aya,

Cp (

%)

Tip speed ratio, ()


49




Pada Gambar 4.8 grafik hubungan tip speed rasio () pada koefisien daya

(Cp) diperoleh persamaan Cp = -3,0468 2 + 9,985 + 0,2762. Dari persamaan

tersebut dapat digunakan untuk mengetahui nilai tip speed rasio () pada saat

koefisien daya maksimal dengan cara sebagai berikut:

Cp = -3,0468 2 + 9,985 - 0,2762

= 2(-3,0468 ) + 9,985

0 = -6,0936 + 9,985

=

= 1,68

Setelah diketahui nilai tip speed rasio () sebesar 1,68 maka dapat disubstitusikan

ke dalam persamaan Cp = -3,0468x2 + 9,985x - 0,2762 untuk mengetahui

koefisien daya maksimal

Cp = -3,0468 2 + 9,985 - 0,2762

= -3,0468(1,68)2

+ 9,985 (1,68) - 0,2762

= -8,599 + 16,774 - 0,2762

= 7,87



0

100

200

300

400

500

600

700

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8

Kec

epat

an p

uta

r kin

cir,

n

(rpm

)

Torsi, T (N.m)


50




Pada Sudut 90









Cp = -3,0468 2 + 9,985 - 0,7262

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

Koef

isie

n d

aya,

Cp (

%)

Tip speed ratio, ()


51




Pada Gambar 4.10 grafik hubungan tip speed rasio () pada koefisien daya

(Cp) diperoleh persamaan Cp =-2,6907x2 + 9,7369x - 0,8274. Dari persamaan

tersebut dapat digunakan untuk mengetahui nilai tip speed rasio () pada saat

koefisien daya maksimal dengan cara sebagai berikut:

Cp = -2,6907 2 + 9,7369 - 0,8274

= 2(-2,6907 ) + 9,7369

0 = -5,3814 + 9,7369

=

= 1,809


disubstitusikan ke dalam persamaan Cp = -2,6907 2 + 9,7369 - 0,8274 untuk


Cp = -2,6907 2 + 9,7369 - 0,8274

= -2,6907 (1,809)2 + 9,7369 (1,809) - 0,8274

= -8,805 + 17,614 - 0,8274

= 7,98

0

100

200

300

400

500

600

700

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8

Kec

epat

an p

uta

r kin

cir,

n

(rpm

)

Torsi, T (N.m)


52





4.5 Grafik Hubungan Kincir Angin Model Savonius Dua Tingkat Dengan

Variasi Sudut 0, 30, 45, 60, dan 90

Dalam sub-sub bab berikut akan ditunjukkan grafik hubungan antara

kecepatan putar poros kincir angin (rpm) dengan torsi (T) dan grafik hubungan

antara koefisien daya (Cp) dengan tip speed rasio () antara kincir angin model

Savonius dua tingkat dengan variasi sudut 0, 30, 45, 60, dan 90.

4.5.1 Grafik Hubungan Torsi Dengan Kecepatan Putar Kincir Angin

Gambar 4.11 menunjukkan grafik hubungan torsi dengan kecepatan putar

kincir angin.

Cp = -2,6907 2 + 9,7369 - 0,8274

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Koef

isie

n d

aya,

Cp (

%)

Tip speed ratio, ()


53

Gambar 4. 11 Grafik hubungan antara kecepatan putar kincir dengan torsi pada

kincir angin model Savonius dua tingkat dengan variasi sudut 0, 30, 45, 60,

dan 90.

4.5.2 Grafik Hubungan Koefisien Daya Dengan Tip Speed Ratio ()

Gambar 4.12 menunjukkan grafik hubungan antara koefisien daya dengan

tip speed rasio ().

Gambar 4. 12 Grafik hubungan antara tip speed rasio () dengan koefisien daya

pada kincir angin model Savonius dua tingkat dengan variasi sudut 0, 30, 45,

60, dan 90.

0

100

200

300

400

500

600

700

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8Kec

epat

an p

uta

r kin

cir,

n

(rpm

)

Torsi, T (N.m)

Posisi Sudut 0° Posisi Sudut 30° Posisi Sudut 45° Posisi Sudut 60° Posisi Sudut 90°

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Koef

isie

n d

aya,

Cp

(%

)

Tip speed ratio, ()

Posisi Sudut 0° Posisi Sudut 30° Posisi Sudut 45° Posisi Sudut 60° Posisi Sudut 90°


54

4.5 Pembahasan

Gambar 4.11 menyajikan grafik hubungan antara kecepatan turbin angin, n

(rpm) terhadap Torsi, T (N.m). Dengan kecepatan angin yang sama, yakni 7,5 m/s,

turbin angin dengan variasi sudut 90 memiliki torsi yang lebih besar

dibandingkan dengan turbin angin dengan variasi sudut 0, 30, 45, dan 60.

Kecepatan putar maksimal turbin angin terjadi pada turbin angin model Savonius

dua tingkat dengan varisiai sudut 90 (pengujian tanpa pembebanan) yaitu 620

rpm, sedangkan pada turbin angin model Savonius dua tingkat dengan variasi

sudut 0 (pengujian tanpa pembebanan) kecepatan putar maksimalnya yaitu 591





rpm dan pada turbin angin model Savonius dua tingkat dengan variasi sudut 60

(pengujian tanpa pembebanan) kecepatan putar maksimalnya yaitu 569 rpm.

Gambar 4.12 menyajikan grafik hubungan antara koefisien daya (Cp)

terhadap tip speed ratio (). Koefisien daya maksimal yang dihasilkan oleh turbin

angin model Savonius dua tingkat dengan variasi sudut 90 adalah sebesar 7,98%

pada tip speed ratio () optimal sebesar 1,809, sedangkan koefisien daya

maksimal yang dihasilkan oleh turbin angin model Savonius dua tingkat dengan

variasi sudut 0 adalah sebesar 4,57% pada tip speed ratio () optimal sebesar

1,512, sedangkan koefisien daya maksimal yang dihasilkan oleh turbin angin

model Savonius dua tingkat dengan variasi sudut 30 adalah sebesar 3,36% pada

tip speed ratio () optimal sebesar 1,310, sedangkan koefisien daya maksimal

yang dihasilkan oleh turbin angin model Savonius dua tingkat dengan variasi

sudut 45 adalah sebesar 7,10% pada tip speed ratio () optimal sebesar 1,35,

sedangkan koefisien daya maksimal yang dihasilkan oleh turbin angin model

Savonius dua tingkat dengan variasi sudut 60 adalah sebesar 7,87% pada tip

speed ratio () optimal sebesar 1,68.


55

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian kincir angin model Savonius dua tingkat dengan variasi

sudut 0, 30, 45, 60, dan 90 yang sudah dilakukan, maka dapat disimpulkan

sebagai berikut:

1. Koefisien daya puncak kincir angin model Savonius dua tingkat dengan

variasi sudut 0 sebesar 4,57 % pada tip speed rasio 1,512.









6. Kincir angin model Savonius dua tingkat dengan lima variasi sudut sudu

yang memiliki nilai koefisien daya tertinggi pada kincir angin model

Savonius dengan variasi sudut 90.

5.2 Saran

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, ada beberapa saran dari penulis

antara lain sebagai berikut:

1. Mendesain sudu turbin dengan gaya hambat rendah sehingga

menghasilkan kecepatan putar poros yang lebih tinggi.

2. Untuk mendapat data yang valid, sebaiknya menggunakan alat ukur yang

masih layak untuk digunakan.

3. Saat pengambilan data kecepatan putar poros, sebaiknya ditunggu hingga

putaran stabil.


56

DAFTAR PUSTAKA

Sargolzaei, J., 2007, Prediction of The Power Ratio in Wind Turbine Savonius

Rotors Using Articial Neural Networks. Zahedan, Baluchestan University.

Trewartha, Glenn T. & Horn, Lyle H. (1995) Pengantar Iklim. Yogyakarta.

Gadjah Mada University Press.

Soepangkat. 1994. Pengantar Meteorologi, Balai Pendidikan dan Latihan

Meteorologi dan Geofisika. Jakarta.

Fadholi, A. 2013. Pengaruh Suhu dan Tekanan Udara Terhadap Operasi

Penerbangan di Bandara Depati Amir Pangkalpinang Buletin Balai Besar

Meteorologi dan Geofisika Wilayah II Ciputat. Vol 3 No. 2.

Habibie Najib., Sasmito Achmad, Kurniawan. 2011. “Kajian Potensi Energi

Angin di Wilayah Sulawesi dan Maluku”. Jurnal Meterologi dan

Geofisika. Volume 12 Nomor 2, September 2011: 181-187.

Daryanto, Y.2007. “Kajian Potensi Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga

Bayu”, Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, Pengelolaan

Energi Nasional.

Soelaiman F.A.T, Tandian P.N, dan Rosidin, N, 2007, Perancangan, pembuatan

dan pengujian Prototipe SKEA menggunakan Rotor Savonius dan

Windside Untuk Penerangan Jalan Tol, Laporan Penelitian ITB Bandung.

Pamuji. 2016. “Turbin Angin Poros Vertikal Tipe Savonius Bertingkat Dengan

Variasi Posisi Sudut”. Dinamika Teknik Mesin 6 (2016) 107-112.

Rines. 2016, “Unjuk Kerja Model Kincir Angin Savonius Dua Tingkat

Kelengkungan Sudu Termodifikasi”, Jurnal Teknologi. Volume 11 Nomor

1, Juni 2016.


unjuk kerja kincir angin model savonius dua tingkat … · unjuk kerja kincir angin model savonius...

Documents