unjuk kerja kincir angin savonius empat sudu satu...

i

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN SAVONIUS EMPAT SUDU

SATU TINGKAT DENGAN SIRIP-SIRIP PENGARAH PADA

LINGKAR TERLUAR KINCIR

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan Oleh:

SURYO PRASETYO

NIM : 075214014

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2012

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE PERFORMANCE OF ONE STAGE FOUR BLADES

SAVONIUS WINDMILL WITH GUIDE VANE

ON THE OUTER CIRCLE

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirement

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

In Mechanical Engineering Study Program

By :

SURYO PRASETYO

NIM : 075214014

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2012


iii

TUGAS AKHIR

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN SAVONIUS EMPAT SUDU

SATU TINGKAT DENGAN SIRIP-SIRIP PENGARAH PADA

LINGKAR TERLUAR KINCIR

Disusun oleh:

SURYO PRASETYO

NIM : 075214014

Telah disetujui oleh :

Pembimbing Utama


iv


v


vi


vii

INTISARI

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui dan mencari daya kincir,

koefisien daya dan tip speed ratio (TSR) pada kincir angin model Savonius empat

sudu satu tingkat dengan ukuran diameter kincir dibuat 0,60 m dan tingginya 0,85

m, sedangkan variasi dibuat tanpa sirip-sirip pengarah, menggunakan sirip-sirip

pengarah pada sudut 450 dan sudut 30

0.

Untuk mengukur dan megetahui daya kincir, koefisien daya dan tip speed

ratio, kincir dihubungkan ke generator yang tersambung ke rangkaian lampu yang

berfungsi sebagai variasi beban. Besarnya beban pengimbang torsi diukur dengan

neraca pegas. Putaran poros diukur dengan takometer. Kecepatan angin diukur

dengan anemometer.

Daya kincir angin maksimal sebesar 18,84 watt didapatkan pada kincir

angin dengan menggunakan sirip-sirip pengarah pada sudut 300 saat kecepatan

angin 5,76 m/s dan menghasilkan torsi sebesar 1,79 Nm. Pada kincir angin yang

sama dihasilkan pula koefisien daya maksimal sebesar 33 % dengan TSR sebesar

0,55.

Kata kunci : daya kincir, koefisien daya, tip speed ratio.


viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Allah SWT atas segala berkah dan anugerah-Nya,

sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Tugas akhir ini merupakan salah satu

persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin,

Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “Unjuk Kerja Kincir

Angin savonius Dengan Sirip-sirip Pengarah pada Lingkar Terluar” ini karena

adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis

mengucapkan terima kasih kepada:

1. Paulina Heruningsih Prima Rosa S.Si.,M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains

dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

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

Mesin.

3. Ir. Rines, M.T. selaku dosen Pembimbing Akademik dan juga

Pembimbing Tugas Akhir.

4. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan

materi selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.

5. Petugas Laboratorium yang telah membantu memberikan ijin dalam

penggunakan fasilitas yang diperlukan dalam penelitian ini.

6. Bapak Suprapto dan Ibu Sri Lestari selaku orang tua penulis, Karena

kebaikan dan kerendahan hati memberikan semangat pada penulis.


ix

7. Keluarga penulis yang tidak bisa disebutkan satu persatu, telah memberi

dukungan dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

8. Agustin Widyaningtyas, S.Pd. yang telah memberikan doa, dukungan dan

semangat.

9. Teman sekelompok Endro Pramulat Sito, S.T. dan Natalis Riya yang telah

bekerjasama selama ini, baik dalam pembuatan alat ini sampai dengan

penulisan naskah.

10. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma angkatan 2007

dan teman-teman lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

11. Pihak-pihak yang tidak dapat kami sebutkan satu per satu, yang telah

memberikan dorongan dan bantuan dalam wujud apapun selama

penyusunan skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan dalam penyusunan laporan

ini karena keterbatasan pengetahuan yang belum diperoleh, oleh karena itu

penulis mengharapkan adanya kritik dan saran dari berbagai pihak yang bersifat

membangun dalam penyempurnaan tugas ini. Semoga karya ini berguna bagi

mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Apabila ada kesalahan dalam

penulisan naskah ini penulis mohon maaf.

Yogyakarta, 23 Februari 2012

Penulis


x

DAFTAR ISI

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

TITLE PAGE ............................................................................................... ii

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

HALAMAN PENGESAHAN ..................................................................... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ................................. v

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ................... vi

INTISARI .................................................................................................... vii

KATA PENGANTAR ................................................................................. iix

DAFTAR ISI ................................................................................................ x

DAFTAR TABEL ........................................................................................ xii

DAFTAR GAMBAR ................................................................................... xiii

DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................ xvi

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

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

1.2 Batasan Masalah ...................................................................... 3

1.3 Tujuan Penelitian ..................................................................... 3

1.4 Manfaat Penelitian ................................................................... 4

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

2.1 Fenomena Angin ...................................................................... 5

2.2 Turbin Angin............................................................................ 6

2.3 Jenis Turbin Angin................................................................... 8

2.3.1 Turbin Angin Poros Horizontal ..................................... 8

2.3.2 Turbin Angin Poros Vertical ......................................... 10

2.4 Tipe Vertikal Axis Wind Turbine ............................................ 13


xi

2.4.1 Savonius Rotor............................................................... 13

2.4.2 Darriues Rotor ............................................................... 14

2.4.3 Giromill .......................................................................... 15

2.4.4 H- Rotor ......................................................................... 16

2.5 Gerak Turbin ............................................................................ 17

2.6 Penerapan Rumus .................................................................... 18

BAB III. METODE PENELITIAN ............................................................. 22

3.1 Sarana Penelitian...................................................................... 22

3.2 Peralatan dan Bahan Penelitian................................................ 22

3.3 Variasi Penelitian ..................................................................... 31

3.4 Variabel Yang Diukur .............................................................. 32

3.5 Variabel Yang Dihitung ........................................................... 32

3.6 Langkah Penelitian .................................................................. 32

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................... 35

4.1 Data Penelitian ......................................................................... 35

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan ........................................... 40

4.3 Hasil Perhitungan ..................................................................... 43

4.4 Pembahasan ............................................................................. 55

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

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

5.2 Saran ........................................................................................ 58

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 59

LAMPIRAN ................................................................................................. 60


xii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data kincir angin Savonius empat sudu satu tingkat tanpa

menggunakan sirip-sirip pengarah ............................................. 35

Tabel 4.2 Data kincir angin Savonius empat sudu satu tingkat dengan

menggunakan sirip-sirip pengarah pada sudut 450 ..................... 37

Tabel 4.3 Data kincir angin Savonius empat sudu satu tingkat dengan

menggunakan sirip-sirip pengarah pada sudut 300 .................... 39

Tabel 4.4 Data keseluruhan hasil perhitungan kincir angin Savonius empat

sudu satu tingkat tanpa menggunakan sirip-sirip pengarah ........ 43


sudu satu tingkat dengan menggunakan sirip-sirip pengarah

pada sudut 450 ............................................................................ 45


sudu satu tingkat dengan menggunakan sirip-sirip pengarah

pada sudut 300 .......................................................................... 46


xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Savonius wind turbine dengan rotor 3 tingkat ......................... 14

Gambar 2.2 Aplikasi gabungan antara darrieus wind turbine 3 blade

dengan Savonius wind turbine guna membantu putaran awal

pengarah.................................................................................. 15

Gambar 2.3 Giromill wind turbine helical ................................................... 16

Gambar 2.4 H-Rotor wind turbine ............................................................... 16

Gambar 2.5 Gaya dorong ............................................................................. 17

Gambar 2.6 Grafik koefisien daya (Cp) berbagai macam kincir .................. 19

Gambar 3.1 Kincir angin dengan sirip-sirip pengarah ................................. 22

Gambar 3.2 Kincir angin .............................................................................. 23

Gambar 3.3 Poros ......................................................................................... 24

Gambar 3.4 Alas sudu .................................................................................. 24

Gambar 3.5 Sudu ......................................................................................... 25

Gambar 3.6 (a) Pengarah angin.................................................................... 25

Gambar 3.6 (b) Sudut sirip pengarah 30 derajat .......................................... 26

Gambar 3.6 (c) Sudut sirip pengarah 45 derajat .......................................... 26

Gambar 3.7 Alas pengarah ........................................................................... 27

Gambar 3.8 Sirip pengarah .......................................................................... 27

Gambar 3.9 Generator .................................................................................. 28

Gambar 3.10 Fan blower .............................................................................. 29

Gambar 3.11 (a) terowongan angin ............................................................. 29

Gambar 3.11 (b) kincir angin yang diteliti di dalam terowongan angin ...... 29


xiv

Gambar 3.12 Rangkaian lampu .................................................................... 30

Gambar 3.13 Anemometer ........................................................................... 30

Gambar 3.14 Takometer .............................................................................. 31

Gambar 3.15 Neraca pegas .......................................................................... 31

Gambar 3.16 Bagian-bagian alat penguji kincir .......................................... 33

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara torsi dan putaran poros untuk kincir

angin Savonius tanpa menggunakan sirip-sirip

pengarah.................................................................................. 49


angin Savonius dengan menggunakan sirip-sirip pengarah

pada sudut 450 ....................................................................... 49



pada sudut 300 ....................................................................... 50

Gambar 4.4 Grafik hubungan antara torsi dan daya kincir untuk kincir

angin Savonius tanpa menggunakan sirip-sirip

pengarah................................................................................. 51



pada sudut 450 ....................................................................... 51



pada sudut 300 ....................................................................... 52

Gambar 4.7 Grafik hubungan antara Cp dan TSR untuk kincir angin

Savonius tanpa menggunakan sirip-sirip pengarah ............... 53


Savonius dengan menggunakan sirip-sirip pengarah pada

sudut 450 ................................................................................ 53



sudut 300 ................................................................................ 54


xv


Savonius tanpa menggunakan sirip-sirip pengarah,

menggunakan sirip-sirip pengarah pada sudut 450 dan sudut

300 ......................................................................................... 55


xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Tabel L.1 Massa jenis udara......................................................................... 60

Gambar L.1. Mengatur posisi fan blower untuk memvariasikan kecepatan

angin....................................................................................... 61

Gambar L.2. Pengambilan data massa pada neraca pegas........................... 61

Gambar L.3. Pengambilan data putaran poros............................................ 62

Gambar L.4. Pemasangan sirip-sirip pengarah pada kincir angin yang

diteliti...................................................................................... 63

Gambar L.5. Kincir angin yang diteliti........................................................ 64

Gambar L.6. Kincir angin yang sebagai alat penelitian, sedang diuji

didalam terowongan angin...................................................... 65


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Salah satu hal terpenting untuk mendukung keberlangsungan dan

perkembangan peradaban umat manusia adalah terjaminnya ketersediaan energi

yang memadai. Total kapasitas pembangkit listrik di Indonesia saat ini sekitar 30

ribu MW, 86% dikuasai oleh PLN sementara sisanya dikelola oleh perusahaan

listrik swasta. Sementara itu kebutuhan listrik akan terus meningkat sejalan

dengan pertumbuhan jumlah penduduk dan perkembangan perekonomian bangsa.

Angka pertumbuhan kebutuhan listrik diprediksi sekitar 7-8% hingga tahun 2015

mendatang. Meskipun demikian, dan perlu diingat, saat ini tingkat elektrifikasi

Indonesia baru sekitar 54%, artinya ada sekitar 46% masyarakat Indonesia yang

belum menikmati listrik akibat tingginya harga bahan bakar.

(http://www.facebook.com/group.php?gid=87207231729).

Pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil adalah pembangkit listrik

yang membakar bahan bakar fosil seperti batubara, gas alam, atau minyak bumi

untuk memproduksi listrik. Pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil didesain

untuk produksi skala besar yang berlangsung terus menerus. Pembangkit listrik

tenaga bahan bakar fosil selalu memiliki mesin rotasi yang mengubah panas dari

pembakaran menjadi energi mekanik yang lalu mengoperasikan generator listrik.

Penggerak utamanya mungkin adalah uap, gas bertekanan tinggi, atau mesin

siklus dari mesin pembakaran dalam. Hasil sampingan dari mesin pembakaran

dalam harus dipertimbangkan dalam desain mesin dan operasinya. Panas yang


2

terbuang karena efisiensi yang terbatas dari siklus energi, ketika tidak direcovery

sebagai pemanas ruangan, akan dibuang ke atmosfer. Gas sisa hasil pembakaran

dibuang ke atmosfer; mengandung karbon dioksida dan uap air, juga substansi

lain seperti nitrogen, nitrogen dioksida, sulfur dioksida, dan abu ringan (khusus

batu bara) dan mungkin merkuri. Abu padat dari pembakaran batu bara juga harus

dibuang, meski saat ini abu padat sisa pembakaran batu bara dapat didaur ulang

sebagai bahan bangunan. Peningkatan kadar karbon dioksida di atmosfer memicu

perubahan iklim termasuk pemanasan global. Pembangkit listrik tenaga bahan

bakar fosil adalah peyumbang utama gas rumah kaca dan berkontribusi besar

terhadap pemanasan global. Batu bara menghasilkan gas rumah kaca sedikitnya

tiga kali lebih banyak dari gas alam. Pembakaran batu bara dapat memicu hujan

asam dan polusi udara, dan telah dihubungkan dengan pemanasan global karena

komposisi kimia dari batu bara dan sulitnya memindahkan pengotor dari bahan

bakar padat ini untuk pembakaran. Hujan asam disebabkan oleh emisi nitrogen

oksida dan sulfur dioksida ke udara. Emisi tersebut bereaksi dengan uap air di

atmosfer, menciptakan bahan asam (asam sulfur, asam nitrit) yang jatuh sebagai

hujan.

Persediaan energi fosil di alam kini semakin habis, sehingga membuat

harga bahan bakar fosil semakin meningkat. Selain itu, pembangkit listrik tenaga

bahan bakar fosil berdampak terhadap pemanasan global sehingga dibutuhkan

langkah untuk berpindah dari bahan bakar fosil menuju energi listrik yang lebih

efisien yaitu pembuatan kincir angin Savonius.


3

1.2 Batasan Masalah

Pada tugas akhir ini akan diteliti kincir angin Savonius dengan

menggunakan sirip-sirip pengarah. Dipilihnya kincir angin Savonius dengan

alasan jenis kincir ini merupakan jenis yang paling sederhana, mudah dibuat dan

dapat berputar pada kecepatan rendah. Dalam hal ini saya mengembangkan kincir

angin Savonius dengan menambahkan sirip-sirip pengarah yang bertujuan supaya

angin yang diterima sudu kincir angin lebih besar daripada tanpa pengarah.

Agar penelitian yang dilakukan dapat berjalan lancar tanpa mengalami

kesulitan, diberikan beberapa batasan masalah sebagai berikut:

a. Kincir yang diteliti adalah kincir angin Savonius satu tingkat dan

menggunakan sudu lengkung sebanyak empat buah.

b. Tinggi kincir angin Savonius 0,85 m dan diameter 0,6 m.

c. Tinggi sirip-sirip pengarah kincir angin Savonius 0,95 m dan

berdiameter 0,84 m

d. Angin dengan kecepatan bervariasi dihasilkan dengan memakai

terowongan angin yang dilengkapi fan blower berkapasitas 5,5 kW.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian antara lain :

a. Membuat kincir angin Savonius dengan variasi sirip-sirip pengarah.

b. Mengetahui pengaruh penggunaan sirip-sirip pengarah terhadap unjuk

kerja kincir angin.


4

c. Mengetahui daya kincir angin Savonius antara tanpa menggunakan sirip-

sirip pengarah, menggunakan sirip-sirip pengarah pada sudut 450 dan

300.

d. Membandingkan koefisien daya (Cp) dan tip speed ratio (TSR) antara

kincir angin Savonius tanpa menggunakan sirip-sirip pengarah,

menggunakan sirip-sirip pengarah pada sudut 450 dan 30

0.

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat yang akan didapat dari pembuatan tugas akhir ini adalah:

a. Berpartisipasi dalam pengembangan dan pemanfaatan green energi,

khususnya pemanfaatan energi angin untuk masyarakat.

b. Menambah kepustakaan tentang kincir angin Savonius.

c. Mengurangi pemakaian sumber energi lain seperti minyak bumi dan

kayu bakar.

d. Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat dijadikan referensi berikutnya

untuk membuat prototipe dan produk teknologi kincir angin Savonius

yang lebih sempurna lagi sehingga dapat diterima masyarakat serta dapat

meningkatkan kesejahteraan.


5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Fenomena 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 bersuhu rendah ke wilayah bersuhu lebih tinggi.

Angin memiliki hubungan yang erat dengan sinar matahari karena daerah

yang terkena banyak paparan sinar matahari akan memiliki suhu yang lebih tinggi

serta tekanan udara yang lebih rendah dari daerah lain di sekitarnya. Udara panas

yang telah memuai menjadi lebih ringan sehingga bergerak naik. Apabila hal ini

terjadi, udara dingin disekitarnya mengalir ke tempat yang bertekanan rendah

tersebut. Udara dingin menyusut menjadi lebih berat dan turun ke permukaan

bumi, diatas permukaan bumi udara menjadi panas dan naik kembali. Hal ini yang

menyebabkan terjadinya angin.

Angin juga dapat disebabkan oleh pergerakan benda sehingga mendorong

udara di sekitarnya untuk bergerak ke tempat lain. Angin buatan dapat dibuat

dengan menggunakan berbagai alat, mulai dari yang sederhana hingga yang rumit.

Secara sederhana angin dapat kita ciptakan sendiri dengan menggunakan telapak

tangan, kipas sate, koran, majalah, dan lain sebagainya dengan cara dikibaskan.

Sedangkan secara rumit angin dapat kita buat dengan kipas angin listrik,

pengering tangan, hair dryer, pompa ban, dan lain sebagainya. Secara alami kita

bisa menggunakan mulut, hidung, dan sebagainya untuk menciptakan angin.


6

Jenis angin secara umum diklarifikasikan menjadi dua yaitu angin lokal dan

angin musim.Angin lokal terbagi menjadi : angin darat dan angin laut, angin

lembah dan angin gunung, serta angin jatuh yang sifatnya kering dan panas.

Sedangkan angin musim terdiri dari : angin passat, angin anti passat, angin barat,

angin timur dan angin muson.

Alat-alat untuk mengukur aliran angin antara lain : anemometer (alat untuk

mengukur kecepatan angin), wind vane (alat untuk mengetahui arah angin), serta

windsock (alat untuk mengetahui arah angin dan memperkirakan besar kecepatan

angin).

2.2 Turbin Angin

Turbin angin atau dalam bahasa sederhana kincir angin merupakan turbin

yang digerakkan oleh angin, yaitu udara yang bergerak diatas permukaan bumi.

Sudah sejak dahulu angin berjasa bagi kehidupan manusia, salah satunya adalah

para nelayan. Selain itu, turbin angin pada awalnya juga dibuat untuk

mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi,

keperluan irigasi, memompa air dan menggiling jagung. Penggunaan turbin angin

terus mengalami perkembangan guna memanfaatkan energi angin secara efektif,

terutama pada daerah-daerah dengan aliran angin yang relatif tinggi sepanjang

tahun. Turbin angin terdahulu banyak dibangun di Denmark, Belanda dan negara-

negara Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan Windmill.

Sebagai pembangkit listrik, turbin angin telah digunakan di Denmark sejak

tahun 1890. (http://id.wikipedia.org/wiki/turbin_angin). Dalam beberapa dekade

terakhir ini, kekhawatiran akan habisnya energi fosil telah mendorong


7

pengembangan dan penggunaan turbin angin secara meluas dalam

mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat dengan prinsip konversi energi.

Pada saat ini, angin merupakan salah satu sumber energi dengan perkembangan

relatif cepat dibanding sumber energi lainnya, Walaupun demikian sampai saat ini

pembangunan turbin angin masih belum dapat menyaingi pembangkit listrik

konvensional (misal : PLTD atau PLTU). Turbin angin masih lebih

dikembangkan oleh para ilmuwan karena dalam waktu dekat manusia akan

dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui (misal :

batubara dan minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan listrik.

Pengkajian potensi angin harus dilakukan dengan baik guna memperoleh

suatu sistem konversi angin yang tepat. Pengkajian potensi angin pada suatu

daerah dilakukan dengan cara mengukur serta menganalisis kecepatan maupun

arah angin. Secara umum tempat-tempat yang baik untuk pemasangan turbin

angin antara lain :

1. Celah diantara gunung karena tidak langsung celah gunung dapat

berfungsi sebagai nozzle yang dapat mempercepat aliran angin.

2. Datar terbuka yang tidak terdapat objek-objek penghalang aliran angin,

seperti daerah pantai, savana, gunung, dan lain sejenisnya.

3. Daerah pesisir pantai, hal ini disebabkan akibat perbedaan temperatur di

laut dan daratan menyebabkan angin bertiup secara kontinyu.


8

2.3 Jenis Turbin Angin

Jenis turbin angin ada 2, yaitu :

2.3.1 Turbin angin poros horizontal

Turbin angin poros horizontal atau bisa disingkat HAWT adalah turbin

dengan poros utama horizontal dan memiliki poros rotor utama, serta generator

listrik di puncak menara. Turbin berukuran kecil diarahkan oleh sebuah baling-

baling angin yang sederhana, sedangkan turbin berukuran besar pada umumnya

menggunakan sebuah sensor angin yang dihubungkan ke sebuah servo motor.

Sebagian besar memiliki sebuah gearbox yang mengubah perputaran kincir yang

pelan menjadi lebih cepat berputar.

Karena sebuah menara menghasilkan turbulensi di belakangnya, turbin

biasanya diarahkan melawan arah anginnya menara. Bilah-bilah turbin dibuat

kaku agar mereka tidak terdorong menuju menara oleh angin berkecepatan tinggi.

Sebagai tambahan, bilah-bilah itu diletakkan di depan menara pada jarak tertentu

dan sedikit dimiringkan.

Karena turbulensi menyebabkan kerusakan struktur menara, dan realibilitas

begitu penting, sebagian besar HAWT merupakan mesin upwind (melawan arah

angin). Meski memiliki permasalahan turbulensi, mesin downwind (menurut arah

angin) dibuat karena tidak memerlukan mekanisme tambahan agar mereka tetap

sejalan dengan angin, dan karena di saat angin berhembus sangat kencang, bilah-

bilahnya bisa ditekuk sehingga mengurangi wilayah tiupan mereka dan dengan

demikian juga mengurangi resintensi angin dari bilah-bilah itu.


9

2.3.1.1 Kelebihan HAWT

Dasar menara yang tinggi membolehkan akses ke angin yang lebih kuat

di tempat-tempat yang memiliki geseran angin (perbedaan antara laju dan arah

angin) antara dua titik yang jaraknya relatif dekat di dalam atmosfir bumi. Di

sejumlah lokasi geseran angin, setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan angin

meningkat sebesar 20%. (http://id.wikipedia.org/wiki/turbin_angin).

2.3.1.2 Kelemahan HAWT

Kelemahan HAWT antara lain :

a. Menara yang tinggi serta bilah yang panjangnya bisa mencapai 90 meter

sulit diangkut. Diperkirakan besar biaya transportasi bisa mencapai 20%

dari seluruh biaya peralatan turbin anginnya.

b. HAWT yang tinggi sulit dipasang, membutuhkan derek yang yang sangat

tinggi serta mahalnya para operator yang terampil.

c. Membutuhkan konstruksi menara yang besar untuk menyangga bilah-

bilah yang berat, gearbox, dan generator.

d. HAWT yang tinggi bisa mepengaruhi radar airport.

e. Ukurannya yang tinggi merintangi jangkauan pandangan dan

mengganggu penampilan lansekap.

f. Berbagai varian downwind menderita kerusakan struktur yang

disebabkan oleh turbulensi.

g. HAWT membutuhkan mekanisme kontrol yaw tambahan untuk

membelokkan kincir ke arah angin.


10

2.3.2 Turbin angin poros vertikal

Turbin angin poros Vertikal atau yang lebih dikenal dengan istilah

VAWT (Vertical Axis Wind Turbine) adalah turbin dengan keberadaan poros

tegak lurus terhadap arah aliran angin atau tegak lurus terhadap permukaan tanah

dan mempunyai generator pembangkit listrik dibawah poros. Munculnya

teknologi vertical axis wind turbine dilatar belakangi oleh berbagai keunggulan

berikut :

2.3.2.1 Kelebihan turbin angin poros vertikal

Kelebihan-kelebihan turbin angin poros vertikal antara lain :

a. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.

b. Mampu mendayagunakan angin dari segala arah, sehingga tidak

memerlukan yaw mechanism seperti terdapat pada Horizontal Axis Wind

Turbine.

c. Kontruksi lebih sederhana serta biaya manufaktur lebih terjangkau

dibanding HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine). Hal ini disebabkan

karena Savonius wind turbine tidak memerlukan yaw mechanism, selain

itu generator, gearbox, komponen-komponen mekanik maupun

elektronik dapat diletakkan diatas permukaan tanah dan tidak perlu

diletakkan di atas menara atau tower.

d. VAWT tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah.

e. Sebuah VAWT bisa diletakkan lebih dekat ke tanah dan kontruksi yang

sederhana, membuat proses perawatan atau pemeliharaan bagian-

bagiannya yang bergerak jadi lebih mudah.


11

f. VAWT 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.

g. Desain VAWT berbilah lurus dengan potongan melintang berbentuk

kotak atau empat persegi panjang memiliki wilayah tiupan yang lebih

besar untuk diameter tertentu daripada wilayah tiupan berbentuk

lingkarannya HAWT.

h. VAWT memiliki kecepatan awal angin yang lebih rendah daripada

HAWT.

i. VAWT biasanya memiliki tip speed ratio (perbandingan antara

kecepatan putaran dari ujung sebuah bilah dengan laju sebenarnya angin)

yang lebih rendah sehingga lebih kecil kemungkinannya rusak di saat

angin berhembus sangat kencang.

j. VAWT bisa didirikan pada lokasi-lokasi dimana struktur yang lebih

tinggi dilarang dibangun.

k. VAWT yang ditempatkan di dekat tanah bisa mengambil keuntungan

dari berbagai lokasi yang menyalurkan angin serta meningkatkan laju

angin (seperti gunung atau bukit yang puncaknya datar dan puncak

bukit),

l. Kincir pada VAWT mudah dilihat dan dihindari burung.

m. Mengacu pada prinsip kerja Savonius wind turbine memiliki desain dasar

blade yang lebih sederhana dibandingkan dengan Horizontal Axis Wind


12

Turbine maupun Vertical Axis Wind Turbine lainya seperti Darrieus, tipe

H dan lainnya.

n. Mampu melakukan self start pada kecepatan angin relatif rendah

dibandingkan Horizontal Axis Wind Turbine maupun tipe Vertical Axis

Wind Turbine lainnya. Dalam beberapa contoh kasus, Savonius wind

turbine disatukan dengan darrieus wind turbine guna membantu

perputaran awal (self start).

o. Berdasarkan prinsip kerja differential drag windmill, khususnya turbin

angin Savonius mampu menghasilkan torsi yang tinggi dari kisaran

kecepatan angin rendah hingga kecepatan angin tinggi.

2.3.2.2 Kelemahan Turbin Angin Sumbu Vertikal

Kelemahan-kelemahan turbin angin poros vertikal antara lain :

a. Kebanyakan VAWT hanya mampu memproduksi energi rata-rata 50%

dari total efisiensi HAWT karena drag tambahan yang dimilikinya saat

kincir berputar. Khususnya turbin angin Savonius, efisiensi yang mampu

dihasilkan 15-25% dari total energi yang diterima.

b. Tip speed ratio yang dihasilkan rendah, dengan demikian efisiensi yang

dihasilkan pun selalu rendah.

c. VAWT tidak mengambil keuntungan dari angin yang melaju lebih

kencang di elevasi yang lebih tinggi.

d. Kebanyakan VAWT mempunyai torsi awal yang rendah, dan

membutuhkan energi untuk mulai berputar.


13

e. Sebuah VAWT yang menggunakan kabel untuk menyanggahnya

memberi tekanan pada bantalan dasar karena semua berat rotor

dibebankan pada bantalan. Kabel yang dikaitkan ke puncak bantalan

meningkatkan daya dorong ke bawah saat angin bertiup.

2.4 Tipe Vertical Axis Wind Turbine

Turbin jenis VAWT terdiri dari beberapa tipe yang paling umum dijumpai

antara lain :

2.4.1 Savonius rotor

Turbin angin Savonius merupakan turbin angin dengan kontruksi sederhana

yang ditemukan oleh sarjana Finlandia bernama Sigurd J. Savonius pada tahun

1922. Turbin yang termasuk dalam kategori VAWT ini memiliki rotor dengan

bentuk dasar setengah silinder. Konsep turbin angin Savonius cukup sederhana,

prinsip kerjanya berdasarkan differential drag windmill. Pada perkembangan

selanjutnya, Savonius rotor tidak lagi selalu berbentuk setengah silinder tetapi

telah mengalami modifikasi guna peningkatan performance dan efisiensi. Gambar

2.1 menampilkan beberapa bentuk dasar Savonius yang umum digunakan.


14

Gambar 2.1 Savonius wind turbine dengan

rotor 3tingkat

(http://my.wn.com/media/wiki/s/a/Savonius_

wind_turbine.jpg)

2.4.2 Darriues rotor

Darriues rotor merupakan salah satu VAWT dengan efisiensi terbaik

serta mampu menghasilkan torsi cukup besar pada putaran dan kecepatan angin

yang tinggi. Turbi angin darrieus mengaplikasikan blade dengan bentuk dasar

aerofoil NACA. Mengacu pada bentuk blade, prinsip kerja turbin angin darrieus

memanfaatkan gaya lift yang terjadi ketika permukaan NACA dikenai aliran

angin. Kelemahan utama dari turbin angin darrieus yakni memiliki torsi awal

putar yang sangat kecil hingga tidak dapat melakukan self start. Pada aplikasinya,

darrieus wind turbine selalu membutuhkan perangkat bantuan untuk melakukan

putaran awal. Perangkat bantu yang digunakan berupa motor listrik atau

umumnya lebih banyak menggunakn gabungan turbin angin Savonius pada poros

utama. Untuk menghindari fluktuasi torsi yang besar, aplikasi turbin angin


15

darrieus umumnya menggunakan tiga blade. Gambar 2.2 berikut menampilkan

bentuk turbin angin Darrieus.

Gambar 2.2 Aplikasi gabungan antara darrieus wind

turbine 3 blade dengan Savonius wind

turbine guna membantu putaran awal.

(http://www.diebrennstoffzelle.de/alternativen/wind/

images/darrieus.jpg)

2.4.3 Giromill

Bentuk pengembangan lanjut turbin angin darrieus dengan latar

belakang untuk meminimalisasi kekurangan. Turbin angin giromill memiliki tiga

konfigurasi bentuk blade, yaitu : straight, helical twisted V, dan curve blade.

Berikut Gambar 2.3 contoh bentuk turbin angin Giromill.


16

Gambar 2.3 Giromill wind turbine helical

(http://winddose.com/images/ turbine%20

technologies/gorlov.jpg)

2.4.4 H-Rotor

Bentuk pengembangn lanjut dari turbin angin darrieus dengan kegunaan

produksi daya yang kecil. Berikut Gambar 2.4 salah satu contoh H-Rotor.

Gambar 2.4 H-Rotor wind turbine

(http://upload.wikimedia.org/wikipedi/

commons/thumb/4/42/Windgenerator_a

ntarktis_hg.jpg/220px-Windgenerator_

antarktis_hg.jpg)


17

2.5 Gerak Turbin

Pada dasarnya rotor Turbin Angin mengambil tenaga dari angin dan

membuatnya menjadi lebih pelan, dan menghasilkan tenaga. Ini dapat dilihat

dengan adanya gaya yang diterapkan yaitu gaya yang diberikan oleh angin kepada

kincir. Obyek yang bergerak searah aliran angin, menghasilkan gaya yang disebut

“Drag” atau Gaya Seret.

Prinsip kerja kincir angin Savonius adalah mengkonversikan energi

angin menjadi energi mekanis dalam bentuk gaya dorong (drag force). Sebagian

sudu mengambil energi angin dan sebagian sudu lagi melawan angin. Sudu yang

mengambil energi angin disebut downwind sedangkan sudu yang melawan angin

disebut upwind. Sudu upwind ini dapat mengurangi kecepatan rotor. Besarnya

torsi pada rotor dan kecepatan rotor (rpm) tergantung pada selisih gaya dorong

sudu upwind dengan gaya dorong sudu downwind.

Gambar 2.5 Gaya dorong

UPWIND

DOWNWIND

ARAH ANGIN

ARAH PUTARAN


18

2.6 Penerapan Rumus Pada Turbin Angin

Penerapan-penerapan rumus yang digunakan pada kincir angin Savonius

sebagai berikut :

2.6.1 Perolehan daya angin

Daya yang tersedia pada angin ( aP ) berbanding lurus dengan pangkat tiga

kecepatannya, maka daya yang tersedia diperoleh dari persamaan berikut

3

2

1AvP udaraa ρ= (watt)

(2.1)

dengan :

aP = daya yang disediakan (watt)

udaraρ = densitas udara / massa jenis udara (kg/m3)

A = luas penampang

A = D.t (m2)

v = kecepatan angin (m/s)

Daya angin yang dapat dimanfaatkan dengan menggunakan turbin angin

dengan propeller yang ideal maksimum 59 % dari daya yang disediakan angin.

Sementara ini, koefisien daya yang dapat dicapai oleh sebuah kincir atau turbin

angin tipe Savonius hanya mencapai 30% dari daya yang disediakan angin, untuk

lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.6 berikut.

Menurut kedudukan sumbu porosnya, kincir angin dapat dibedakan dalam

dua macam, yaitu :

1. Kincir angin sumbu horizontal

2. Kincir angin sumbu vertikal


19

Gambar 2.6 Grafik koefisien daya (Cp) berbagai macam kincir.

(Sumber : http://www.intechopen.com)

2.6.2 Perhitungan torsi

Perhitungan torsi dapat dituliskan menurut persamaan berikut :

rFT ⋅= (Nm) (2.2)

dengan :

T = torsi (Nm)

F = gaya (N)

r = jarak lengan dengan poros (m)


20

2.6.3 Perhitungan daya kincir (Pk)

Perhitungan daya yang dihasilkan oleh kincir (Pk) dihitung berdasarkan

persamaan berikut :

ω.TPk = (watt) (2.3)

dengan :

Pk = daya kincir (watt)

ω = kecepatan sudut (rad/s)

Jika pada kincir angin besarnya kecepatan sudut (ω ) dirumuskan sebagai

berikut :

30

.nπω = (rad/s)

(2.4)

dengan :

n = putaran poros (rpm)

maka besarnya daya kincir berdasarkan persamaan (2.3) dinyatakan dengan :

=

30

..

nTPk

π (watt)

(2.5)

2.6.4 Perhitungan tip speed ratio (TSR)

Perhitungan tip speed ratio (TSR) kincir dapat dihitung brdasarkan

persamaan berikut :

maka tip speed ratio (TSR)

v

rnTSR k

.30

..π=

( 2.6 )


21

dengan :

v = kecepatan angin (m/s)

rk = jari-jari kincir (m)

2.6.5 Perhitungan Koefisien daya (Cp)

Perhitungan Koefisien daya (Cp) kincir dapat dihitung berdasarkan

perbandingan daya yang dihasilkan oleh kincir (Pk) dengan daya yang disediakan

oleh angin (Pa) dapat dituliskan menurut persamaan berikut :

%100⋅=

a

k

pP

PC

(2.7)

dengan :

pC = Koefisien daya kincir (%)

Pk = Daya yang dihasilkan oleh Kincir (watt)

Pa = Daya angin atau daya yang tersedia (watt)

BAB III


22

METODE PENELITIAN

3.1. Sarana Penelitian

Sarana yang digunakan untuk penelitian adalah di laboratorium konversi

energi Universitas Sanata Dharma. Penelitian ini dilakukan dari proses pembuatan

alat penelitian, pengambilan data penelitian, pembuatan naskah penelitian dan

seminar dari bulan Februari 2011 hingga November 2011.

3.2. Peralatan dan Bahan Penelitian

Jenis kincir angin yang digunakan adalah kincir angin Savonius empat sudu

satu tingkat dengan sirip-sirip pengarah seperti pada Gambar 3.1 berikut.

Gambar 3.1 Kincir angin yang diteliti dengan sirip-sirip pengarah

Beberapa bagian utama kincir angin yang menjadi alat penelitian seperti

pada Gambar 3.2 berikut :


23

Gambar 3.2 Bagian-bagian kincir angin yang diteliti

1. Poros

Poros seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.3 merupakan bagian

yang berfungsi sebagai poros utama kincir dan pusat putaran sudu dalam

kincir. Poros dalam penelitian ini terbuat dari pipa PVC 1 inchi.

2. Alas sudu

Alas sudu berfungsi sebagai tempat dimana sudu dipasang. Alas sudu

dalam penelitian ini digunakan agar sudu tidak bergeser dari tempat yang

ditentukan. Bahan yang digunakan untuk alas ini terbuat dari triplek dengan

tebal 4 mm, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 3.4 berikut.

Pandangan Depan Pandangan Samping

Poros

Sudu

Penahan sudu

Alas sudu


24

Gambar 3.3 Poros

Gambar 3.4 Alas sudu

3. Sudu

Sudu merupakan salah satu komponen bagian dari kincir yang berfungsi

menangkap angin. Sudu dalam penelitian ini terbuat dari bahan seng yang

ringan namun kuat. Sudu yang digunakan yaitu berjumlah empat sudu

dengan tinggi 0,85 m, Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 3.5.

t. 4

m


25

Gambar 3.5 Sudu

Adapun peralatan pendukung yang digunakan sebagai variasi dalam

penelitian ini adalah :

1. Pengarah Angin

Pengarah bertujuan sebagai pengatur agar angin yang datang dari

berbagai arah dapat berpusat atau lebih banyak berhembus ke arah sudu

seperti yang diharapkan. Pengarah ini juga dapat diatur sudut siripnya,

untuk lebih jelasnya dapat dilihat dalam Gambar 3.6 berikut.

(a)

Sirip pengarah

Alas pengarah


26

(b) (c)

Gambar 3.6 (a) Pengarah angin, (b) Sudut sirip pengarah 300

dan (c)

Sudut sirip pengarah 450.

2. Alas pengarah

Alas pengarah berfungsi sebagai tempat dimana sirip pengarah

dipasang. Alas sirip dalam penelitian ini digunakan agar sirip pengarah tidak

bergeser dari tempat yang ditentukan yaitu pada sudut (450 dan 30

0). Bahan

yang digunakan untuk alas ini terbuat dari triplek dengan tebal 4 mm dan

diameter 840 mm, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 3.7

berikut.


27

Gambar 3.7 Alas pengarah

3. Sirip pengarah

Sirip pegarah berfungsi agar dapat mengatur angin yang berhembus

sehingga angin yang berhembus dapat berpusat ke arah sudu sehingga sudut

dapat berputar lebih cepat. Sirip ini juga dapat diatur sudutnya dan bahan

yang digunakan terbuat dari triplek tebal 4 mm dengan tinggi 900 mm dan

lebar 120 mm, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 3.8 berikut.

Gambar 3.8 Sirip pengarah

t. 4

m

t. 4

m


28

Adapun peralatan pendukung yang digunakan untuk pengambilan data

dalam penelitian tersebut adalah :

1. Generator

Generator berfungsi sebagai alat yang mengubah gaya gerak menjadi

listrik. Generator menghasilkan Arus listrik dan Tegangan listrik yang

berfungsi untuk mencari besar daya yang dikeluarkan, seperti yang

ditunjukkan dalam Gambar 3.9 berikut.

Gambar 3.9 Generator

2. Fan blower

Fan blower digunakan untuk menghembuskan angin yang akan

disalurkan ke terowongan angin, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar

3.10 berikut.


29

Gambar 3.10 Fan blower

3. Terowongan angin

Terowongan angin berfungsi sebagai lorong yang menangkap dan

mengumpulkan angin dan menghembuskannya pada kincir yang diletakkan

didalam terowongan angin tersebut. Didalam terowongan angin, kecepatan

angin dapat diatur, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3.11 berikut.

(a) (b)

Gambar 3.11 (a) terowongan angin, (b) kincir angin yang diteliti di

dalam terowongan angin

4. Rangkaian lampu

Rangkaian lampu berfungsi sebagai beban dalam penelitian ini, seperti

yang ditunjukkan dalam Gambar 3.12 berikut.


30

Gambar 3.12 Rangkaian lampu

5. Anemometer

Anemometer berfungsi sebagai alat pengukur kecepatan angin, seperti

yang ditunjukkan dalam Gambar 3.13 berikut.

Gambar 3.13 Anemometer

6. Takometer

Takometer digunakan untuk mengukur putaran poros motor DC.

Takometer yang digunakan jenis digital light takometer, yang prinsip

kerjanya dengan memancarkan sinar untuk membaca sensor, seperti yang

ditunjukkan dalam Gambar 3.14 berikut.


31

Gambar 3.14 Takometer

7. Neraca pegas

Neraca pegas berfungsi untuk mengetahui berapa gaya yang diterima

kincir akibat pembebanan, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3.15

berikut.

Gambar 3.15 Neraca pegas

3.3. Variasi Penelitian

Beberapa varibel penelitian yang harus ditentukan sebelum penelitian

adalah :

1. Variasi kecepatan angin dalam penelitian

2. Variasi kincir tanpa menggunakan sirip-sirip pengarah, menggunakan

sirip pengarah pada sudut 450 dan pada sudut 30

0.


32

3.4. Variabel Yang Diukur

Data yang diambil dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Putaran poros kincir (n).

2. Kecepatan angin (v) yang digunakan didapat dari pengukuran

anemometer yang diletakkan di bagian depan terowongan angin.

3. Gaya (F) yang diterima kincir, ini dapat diketahui dari pembacaan

timbangan yang dihubungkan pada lengan.

3.5 Parameter Yang Dihitung

Parameter yang dihitung untuk mendapatkan karakteristik dari kincir angin

antara lain :

1. Perhitungan daya yang dihasilkan (Pa)

2. Perhitungan daya kincir (Pk)

3. Perhitungan koefisien daya pada kincir (Cp)

4. Perhitungan tip speed ratio (TSR).

3.6 Langkah Penelitian

Sebelum melakukan langkah-langkah penelitian, berikut Gambar 3.16

bagian-bagian terowongan angin sebagai alat penguji kincir angin Savonius yang

digunakan sebagai penelitian :


33

Motor listrik

On Off

Beban lampu

Anemometer Kincir angin Terowongan angin blower

Neraca pegas

Generator

Poros

Takometer

Gambar 3.16 Bagian-bagian alat penguji kincir

Langkah-langkah penelitian untuk pengambilan data sebagai berikut :

1. Kincir angin dipasang didalam terowongan angin dan dibaut supaya

tidak bergerak atau bergeser sedikitpun dari tempat yang ditentukan.

2. Pada poros atas kincir diberi bantalan agar putarannya ringan, sedang

bagian bawah poros dihubungkan dengan transmisi yang mengerakkan

generator kemudian generator dihubungkan dengan lampu sebagai

beban.

3. Di depan kincir angin dipasang anemometer untuk mengetahui

kecepatan angin yang ada dalam terowongan angin.


34

4. Di bagian lengan ayun transmisi diberi tneraca pegas untuk mengetahui

gaya akibat pembebanan.

5. Setelah semua siap, blower dihidupkan untuk menghembuskan angin

masuk kedalam terowongan angin.

6. Kecepatan angin yang diperlukan diukur dengan mengatur jarak antara

terowongan angin dengan blower, semakin jauh jarak antara

terowongan angin dengan blower maka akan semakin kecil kecepatan

angin yang masuk terowongan angin.

7. Setelah kincir berputar dengan kecepatan yang stabil maka dapat diukur

perputaran poros pada generator, dan gaya yang dihasilkan pada

transmisi.

8. Jalannya percobaan 1 sampai 7 dilakukan berulang dengan variasi

beban dan variasi kecepatan angin yaitu dari kecepatan angin maksimal

kincir dapat berputar sampai kecepatan minimal kincir berputar.


35

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian

Data penelitian akan diambil dari pengujian 1 buah kincir angin Savonius

empat sudu satu tingkat dengan diameter 0,6 m dan tinggi 0,85 m, data kincir

angin tersebut antara lain :

4.1.1 Data penelitian kincir angin Savonius dengan empat sudu satu tingkat

tanpa menggunakan sirip-sirip pengarah

Data yang diambil dalam penelitian ini berupa data kecepatan angin, putaran

kincir, suhu udara dan beban. Semua data tersebut diperoleh dari kincir angin

yang berputar dan pengujian dilakukan dengan variasi kecepatan angin dari

kecepatan terbesar hingga kincir angin hampir berhenti berputar. Selain itu juga

dilakukan pembebanan variatif menggunakan rangkaian lampu. Dari penelitian

didapatkan data pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Data kincir angin Savonius empat sudu satu tingkat tanpa menggunakan

sirip-sirip pengarah.

No Posisi

Panjang

Lengan

Kec

Angin

Kerapatan

Udara Putaran Poros

Beban

Kec di

Ujung

Sudu Suhu � ω

cm m/s °C kg/m³ rpm rad/s gram Vt

1

0

20 6,44 29,5 1,17 189,97 19,88 510 5,96

2 20 6,50 29,4 1,17 138,40 14,49 670 4,35

3 20 6,42 29,4 1,17 124,20 13,00 740 3,90

4 20 6,51 29,3 1,17 109,13 11,42 840 3,43

5 20 6,59 29,3 1,17 94,39 9,88 930 2,96

6 20 6,57 29,3 1,17 76,59 8,02 1000 2,40

7 20 6,40 29,3 1,17 69,25 7,25 1010 2,17

8 20 6,34 29,2 1,17 63,79 6,68 1010 2,00

Tabel 4.1 (lanjutan) Data kincir angin Savonius empat sudu satu tingkat tanpa

menggunakan sirip-sirip pengarah.


36

No Posisi

Panjang

Lengan

Kec

Angin

Kerapatan

Udara Putaran Poros

Beban

Kec di

Ujung

Sudu Suhu � ω


9

1

20 6,03 28,6 1,17 162,83 17,04 370 5,11

10 20 6,13 28,6 1,17 117,53 12,30 630 3,69

11 20 6,05 28,6 1,17 98,94 10,36 735 3,11

12 20 6,05 28,6 1,17 86,78 9,08 770 2,72

13 20 6,10 28,5 1,17 73,55 7,70 845 2,31

14 20 6,01 28,5 1,17 53,10 5,56 850 1,67

15 20 6,08 28,3 1,17 52,96 5,54 900 1,66

16

2

20 5,45 28,4 1,17 131,83 13,80 380 4,14

17 20 5,49 28,3 1,17 93,91 9,83 590 2,95

18 20 5,57 28,2 1,17 74,46 7,79 660 2,34

19 20 5,48 28,3 1,17 59,73 6,25 710 1,88

20 20 5,48 28,2 1,17 40,00 4,19 720 1,26

21 20 5,47 28,2 1,17 39,55 4,14 730 1,24

22

3

20 5,12 28,0 1,17 109,90 11,50 370 3,45

23 20 5,11 28,0 1,17 71,67 7,50 540 2,25

24 20 5,13 27,9 1,17 50,37 5,27 590 1,58

25 20 5,01 28,0 1,17 35,73 3,74 600 1,12

26 20 5,10 28,1 1,17 33,21 3,48 620 1,04

27 20 5,07 28,0 1,17 30,99 3,24 625 0,97

28

4

20 4,85 27,7 1,17 92,57 9,69 350 2,91

29 20 4,83 27,7 1,17 53,98 5,65 490 1,69

30 20 4,82 27,6 1,18 35,80 3,75 515 1,12

31 20 4,82 27,6 1,18 30,78 3,22 540 0,97

32 20 4,84 27,6 1,18 29,68 3,11 545 0,93

33 20 4,65 27,7 1,18 25,61 2,68 570 0,80

34

5

20 4,41 27,5 1,18 71,25 7,46 350 2,24

35 20 4,46 27,5 1,18 51,44 5,38 390 1,62

36 20 4,38 27,5 1,18 35,51 3,72 405 1,11

37 20 4,42 27,4 1,18 29,94 3,13 430 0,94

38 20 4,41 27,5 1,18 27,76 2,91 445 0,87

39 20 4,43 27,4 1,18 23,55 2,46 450 0,74

40 20 4,40 27,4 1,18 19,97 2,09 460 0,63

4.1.2 Data penelitian kincir angin Savonius empat sudu satu tingkat dengan

menggunakan sirip-sirip pengarah pada sudut 450.


37

Proses penelitian sama seperti pengujian kincir angin tanpa menggunkan

sirip-sirip pengarah, dari data penelitian diperoleh data yang dapat dilihat pada

Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Data kincir angin Savonius empat sudu satu tingkat dengan sirip-sirip

pengarah pada sudut 450.

No Posisi

Panjang

Lengan

Kec

angin

Kerapatan

udara Putaran poros

Gaya

Kec di

ujung

sudu Suhu � ω

cm m/s °C kg/m³ rpm Rad/s gram Vt

1

0

20 5,98 24,6 1,19 171,80 17,98 380 5,39

2 20 6,00 24,6 1,19 137,77 14,42 600 4,33

3 20 5,97 24,7 1,19 111,43 11,66 715 3,50

4 20 6,07 24,8 1,19 104,47 10,93 845 3,28

5 20 6,06 24,9 1,19 98,74 10,33 950 3,10

6 20 6,01 24,9 1,19 91,72 9,60 980 2,88

7 30 5,95 25,1 1,19 83,56 8,75 715 2,62

8 30 5,94 25,3 1,18 75,66 7,92 730 2,38

9 30 5,96 25,6 1,18 72,45 7,58 765 2,27

10 30 5,93 25,6 1,18 68,43 7,16 805 2,15

11

1

20 5,72 26,4 1,18 159,37 16,68 370 5,00

12 20 5,61 26,3 1,18 126,17 13,21 530 3,96

13 20 5,63 26,3 1,18 102,20 10,70 675 3,21

14 20 5,61 26,3 1,18 93,35 9,77 775 2,93

15 20 5,77 27,3 1,18 92,48 9,68 860 2,90

16 20 5,73 27,3 1,18 81,83 8,57 920 2,57

17 20 5,65 26,7 1,18 69,90 7,32 945 2,19

18 20 5,64 27,0 1,18 66,47 6,96 1000 2,09

19

2

20 5,12 27,0 1,18 133,10 13,93 340 4,18

20 20 5,10 27,0 1,18 99,37 10,40 480 3,12

21 20 5,48 27,0 1,18 92,02 9,63 605 2,89

22 20 5,43 27,2 1,18 84,65 8,86 710 2,66

23 20 5,44 27,4 1,18 77,02 8,06 780 2,42

24 20 5,28 27,4 1,18 68,46 7,17 825 2,15

25 20 5,50 27,7 1,17 65,99 6,91 910 2,07

26 20 5,47 28,1 1,17 58,35 6,11 930 1,83

27 20 5,44 28,6 1,17 56,00 5,86 950 1,76

Tabel 4.2 (lanjutan) Data kincir angin Savonius empat sudu satu tingkat dengan

sirip-sirip pengarah pada sudut 450.

No Posisi Panjang

Lengan

Kec

angin

Kerapatan

udara Putaran poros

Gaya

Kec di

ujung

sudu Suhu � ω


38

cm m/s °C kg/m³ rpm Rad/s gram Vt

28

3

20 4,92 27,2 1,18 121,07 12,67 340 3,80

29 20 4,98 27,3 1,18 89,75 9,39 470 2,82

30 20 5,00 27,0 1,18 80,78 8,46 605 2,54

31 20 4,96 27,3 1,18 70,99 7,43 650 2,23

32 20 4,94 27,2 1,18 63,85 6,68 685 2,00

33 20 4,90 27,5 1,18 59,78 6,26 715 1,88

34 20 4,90 27,6 1,18 55,80 5,84 765 1,75

35 20 4,94 27,7 1,17 52,60 5,51 780 1,65

36

4

20 4,60 27,5 1,18 104,30 10,92 325 3,28

37 20 4,75 27,5 1,18 81,36 8,52 450 2,55

38 20 4,73 27,4 1,18 70,68 7,40 550 2,22

39 20 4,73 27,3 1,18 61,07 6,39 595 1,92

40 20 4,74 27,3 1,18 55,08 5,77 640 1,73

41 20 4,79 27,3 1,18 51,91 5,43 670 1,63

42 20 4,72 27,4 1,18 47,77 5,00 705 1,50

43 20 4,73 27,4 1,18 42,84 4,48 740 1,35

44

5

20 4,37 27,6 1,18 90,22 9,44 315 2,83

45 20 4,37 27,6 1,18 71,76 7,51 420 2,25

46 20 4,39 27,8 1,17 60,76 6,36 515 1,91

47 20 4,41 27,8 1,17 51,57 5,40 550 1,62

48 20 4,46 27,8 1,17 47,30 4,95 605 1,49

49 20 4,37 27,7 1,17 41,11 4,30 630 1,29

50 20 4,38 27,8 1,17 37,80 3,96 695 1,19

4.1.3 Data penelitian kincir angin Savonius dengan empat sudu satu tingkat

menggunakan sirip-sirip pengarah pada sudut 300.

Proses penelitian sama seperti pengujian kincir angin tanpa menggunkan

sirip-sirip pengarah, dari data penelitian diperoleh data yang dapat dilihat pada

Tabel 4.3.

Tabel 4.3 Data kincir angin Savonius empat sudu satu tingkat dengan sirip-sirip

pengarah pada sudut 300.

No Posisi Panjang

Lengan

Kec

angin

Kerapatan

udara Putaran poros

Gaya

Kec di

ujung

sudu Suhu � ω


39


1

0

20 5,78 28,5 1,17 207,93 21,76 420 6,53

2 20 5,71 28,5 1,17 139,60 14,61 570 4,38

3 20 5,72 28,4 1,17 124,03 12,98 725 3,89

4 20 5,82 28,4 1,17 110,30 11,54 830 3,46

5 20 5,76 28,4 1,17 100,83 10,55 910 3,17

6 20 5,80 28,4 1,17 94,20 9,86 960 2,96

7 20 5,80 28,3 1,17 87,21 9,13 1000 2,74

8 30 5,76 28,2 1,17 81,53 8,53 720 2,56

9 30 5,83 28,3 1,17 72,51 7,59 735 2,28

10 30 5,71 28,2 1,17 69,31 7,25 760 2,18

11

1

20 5,33 28,3 1,17 186,40 19,51 390 5,85

12 20 5,47 28,1 1,17 123,93 12,97 550 3,89

13 20 5,42 28,1 1,17 108,47 11,35 670 3,41

14 20 5,40 28,1 1,17 95,36 9,98 770 2,99

15 20 5,48 28 1,17 87,09 9,12 830 2,73

16 20 5,38 28 1,17 78,23 8,19 875 2,46

17 20 5,50 28 1,17 72,79 7,62 910 2,29

18 20 5,47 27,9 1,17 69,04 7,23 930 2,17

19 20 5,58 27,8 1,17 67,50 7,06 975 2,12

20 20 5,42 27,7 1,17 62,50 6,54 1000 1,96

21

2

20 4,97 27,5 1,18 128,23 13,42 380 4,03

22 20 5,14 27,4 1,18 110,50 11,57 510 3,47

23 20 4,99 27,3 1,18 90,13 9,43 625 2,83

24 20 5,16 27,2 1,18 81,62 8,54 700 2,56

25 20 5,09 27,1 1,18 70,81 7,41 740 2,22

26 20 5,00 27,1 1,18 63,22 6,62 760 1,99

27 20 5,04 27,1 1,18 59,37 6,21 825 1,86

28 20 5,08 26,9 1,18 55,06 5,76 890 1,73

29 20 5,02 26,8 1,18 51,70 5,41 930 1,62

Tabel 4.3 (lanjutan) Data kincir angin Savonius empat sudu satu tingkat dengan

sirip-sirip pengarah pada sudut 300.

No Posisi Panjang

Lengan

Kec

angin

Kerapatan

udara Putaran poros

Gaya

Kec di

ujung

sudu Suhu � ω


40


30

3

20 4,72 26,1 1,18 112,53 11,78 330 3,53

31 20 4,80 26 1,18 93,56 9,79 470 2,94

32 20 4,80 25,9 1,18 77,63 8,13 570 2,44

33 20 4,90 26 1,18 66,25 6,93 615 2,08

34 20 4,81 26 1,18 58,19 6,09 660 1,83

35 20 4,89 26 1,18 55,69 5,83 715 1,75

36 20 4,91 26,1 1,18 52,32 5,48 730 1,64

37 20 4,83 25,8 1,18 48,17 5,04 780 1,51

38

4

20 4,45 26 1,18 97,48 10,20 330 3,06

39 20 4,45 25,8 1,18 78,16 8,18 450 2,45

40 20 4,52 25,8 1,18 63,44 6,64 530 1,99

41 20 4,55 25,7 1,18 54,05 5,66 570 1,70

42 20 4,55 25,9 1,18 49,80 5,21 600 1,56

43 20 4,51 26 1,18 46,97 4,92 660 1,47

44 20 4,52 25,9 1,18 38,99 4,08 690 1,22

45

5

20 4,33 25,9 1,18 92,29 9,66 330 2,90

46 20 4,28 25,5 1,18 69,00 7,22 430 2,17

47 20 4,32 25,6 1,18 53,42 5,59 510 1,68

48 20 4,35 25,5 1,18 47,45 4,97 540 1,49

49 20 4,37 25,7 1,18 43,88 4,59 570 1,38

50 20 4,32 25,5 1,18 39,91 4,18 590 1,25

51 20 4,32 25,8 1,18 34,85 3,65 670 1,09

4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan

Contoh perhitungan diambil data dari Tabel 4.1 pada baris pertama di

urutan no. 1 pada kecepatan angin 6,44 m/s dan putaran poros 189,97 rpm dengan

beban (m) 510 gram.

4.2.1 Perhitungan daya yang dihasilkan angin

Perhitungan daya yang dihasilkan angin dilakukan dengan menggunakan

persamaan 2.1 :


41

3

2

1AvP udaraa ρ=

Suhu udara sekitar di dapat pada tempat penelitian, kemudian diinterpolasi

dengan menggunakan tabel massa jenis udara yang terdapat pada Tabel L.1,

sehingga memperoleh massa jenis udara ( udaraρ ).

3

2

1AvP udaraa ρ=

3)...(2

1vtDP udaraa ρ=

3)44,6()85,06,0(17,12

1⋅⋅⋅⋅=aP

089,26751,017,12

1⋅⋅⋅=aP

aP = 79,68 watt

4.2.2 Perhitungan torsi

Perhitungan torsi yang dihasilkan kincir angin dilakukan dengan

menggunakan persamaan 2.2 :

rFT ⋅= Dari data Tabel 4.1 pada baris pertama di urutan no. 1 pada beban (m) 510 gram.

dikonversi menjadi 0,51 kg dan gaya gravitasi dianggap 9,81 m/s2

rFT ⋅=

ramT ⋅⋅= )(

2,0)81,951,0( ⋅⋅=T

T = 1,00062 Nm

4.2.3 Perhitungan daya yang dihasilkan kincir


42

Perhitungan daya yang dihasilkan kincir dilakukan dengan menggunakan

perasamaan 2.5 :

Tn

Pk ⋅=30

.π

00062,130

97,189⋅

⋅=

πkP

kP = 19,89 watt

4.2.4 Perhitungan tip speed ratio

Perhitungan tip speed ratio (TSR) yang dihasilkan kincir angin dilakukan

dengan menggunakan persamaan 2.6 :

v

rnTSR k

⋅

⋅⋅=

30

π

44,630

3,097,189

⋅

⋅⋅=

πTSR

2,193

95,178=TSR

TSR = 0,92 m/s

4.2.5 Perhitungan koefisien daya

Perhitungan koefisien daya yang dihasilkan kincir angin dilakukan dengan

menggunakan persamaan 2.7 :

%100⋅=

a

k

pP

PC

%100 79,68

19,89⋅=pC

pC = 24,9 %


43

4.3 Hasil Perhitungan

Dari pengumpulan data penelitian melalui beberapa pengujian maka dapat

diketahui hasil perhitungan sebagai berikut :

Tabel 4.4 Data keseluruhan hasil perhitungan kincir angin Savonius empat sudu

satu tingkat tanpa menggunakan sirip-sirip pengarah.

No

Kec

Angin

Rata-rata

Torsi

Daya

Angin

Daya

Kincir Koefisien daya

TSR Pa Pk Cp

kg.cm Nm watt watt %

1

6,47

10,2 1,00 79,55 19,90 0,25 25% 0,93

2 13,4 1,31 81,81 19,04 0,23 23% 0,67

3 14,8 1,45 78,72 18,87 0,24 24% 0,61

4 16,8 1,65 82,09 18,83 0,23 23% 0,53

5 18,6 1,82 85,28 18,03 0,21 21% 0,45

6 20,0 1,96 84,53 15,73 0,19 19% 0,37

7 20,2 1,98 78,25 14,36 0,18 18% 0,34

8 20,2 1,98 75,97 13,23 0,17 17% 0,32

9

6,06

7,4 0,73 65,50 12,37 0,19 19% 0,85

10 12,6 1,24 68,81 15,21 0,22 22% 0,60

11 14,7 1,44 66,04 14,93 0,23 23% 0,51

12 15,4 1,51 66,27 13,72 0,21 21% 0,45

13 16,9 1,66 67,83 12,76 0,19 19% 0,38

14 17,0 1,67 64,76 9,27 0,14 14% 0,28

15 18,0 1,77 67,32 9,79 0,15 15% 0,27

Tabel 4.4 (lanjutan) Data keseluruhan hasil perhitungan kincir angin Savonius

empat sudu satu tingkat tanpa menggunakan sirip-sirip pengarah.

No

Kec

Angin

Rata-rata

Torsi

Daya

Angin

Daya


TSR Pa Pk Cp

kg.cm Nm watt watt %

16

5,49

7,6 0,75 48,48 10,29 0,21 21% 0,76

17 11,8 1,16 49,47 11,38 0,23 23% 0,54

18 13,2 1,29 51,78 10,09 0,19 19% 0,42

19 14,2 1,39 49,29 8,71 0,18 18% 0,34

20 14,4 1,41 49,23 5,91 0,12 12% 0,23

21 14,6 1,43 48,86 5,93 0,12 12% 0,23

22 5,09

7,4 0,73 40,17 8,35 0,21 21% 0,67

23 10,8 1,06 39,86 7,95 0,20 20% 0,44


44

24 11,8 1,16 40,50 6,10 0,15 15% 0,31

25 12,0 1,18 37,71 4,40 0,12 12% 0,22

26 12,4 1,22 39,70 4,23 0,11 11% 0,20

27 12,5 1,23 39,00 3,98 0,10 10% 0,19

28

4,80

7,0 0,69 34,11 6,65 0,20 20% 0,60

29 9,8 0,96 33,69 5,43 0,16 16% 0,35

30 10,3 1,01 33,56 3,79 0,11 11% 0,23

31 10,8 1,06 33,50 3,41 0,10 10% 0,20

32 10,9 1,07 33,98 3,32 0,10 10% 0,19

33 11,4 1,12 30,13 3,00 0,10 10% 0,17

34

4,41

7,0 0,69 25,65 5,12 0,20 20% 0,51

35 7,8 0,77 26,54 4,12 0,16 16% 0,36

36 8,1 0,79 25,14 2,95 0,12 12% 0,25

37 8,6 0,84 25,90 2,64 0,10 10% 0,21

38 8,9 0,87 25,66 2,54 0,10 10% 0,20

39 9,0 0,88 26,02 2,18 0,08 8% 0,17

40 9,2 0,90 25,49 1,89 0,07 7% 0,14


satu tingkat dengan menggunakan sirip-sirip pengarah pada sudut 450.

No

Kec

Angin

Rata-rata

Torsi

Daya

Angin

Daya


TSR Pa Pk Cp

Kg.cm Nm watt watt %

1

5,99

7,60 0,75 64,84 13,41 0,21 21% 0,90

2 12,00 1,18 65,49 16,97 0,26 26% 0,72

3 14,30 1,40 64,49 16,36 0,25 25% 0,59

4 16,90 1,66 67,77 18,13 0,27 27% 0,54

5 19,00 1,86 67,30 19,26 0,29 29% 0,51

6 19,60 1,92 65,76 18,46 0,28 28% 0,48

7 21,45 2,10 63,55 18,40 0,29 29% 0,44

8 21,90 2,15 63,19 17,01 0,27 27% 0,40

9 22,95 2,25 63,98 17,07 0,27 27% 0,38

10 24,15 2,37 62,81 16,97 0,27 27% 0,36

11 5,67 7,40 0,73 56,41 12,11 0,21 21% 0,87


45

12 10,60 1,04 53,24 13,73 0,26 26% 0,71

13 13,50 1,32 53,72 14,17 0,26 26% 0,57

14 15,50 1,52 53,24 14,86 0,28 28% 0,52

15 17,20 1,69 57,63 16,33 0,28 28% 0,50

16 18,40 1,81 56,34 15,46 0,27 27% 0,45

17 18,90 1,85 54,32 13,57 0,25 25% 0,39

18 20,00 1,96 53,78 13,65 0,25 25% 0,37

19

5,36

6,80 0,67 40,23 9,29 0,23 23% 0,82

20 9,60 0,94 39,92 9,79 0,25 25% 0,61

21 12,10 1,19 49,42 11,43 0,23 23% 0,53

22 14,20 1,39 48,05 12,34 0,26 26% 0,49

23 15,60 1,53 48,37 12,34 0,26 26% 0,44

24 16,50 1,62 44,15 11,60 0,26 26% 0,41

25 18,20 1,79 49,76 12,33 0,25 25% 0,38

26 18,60 1,82 49,06 11,14 0,23 23% 0,33

27 19,00 1,86 48,18 10,92 0,23 23% 0,32

28

4,94

6,80 0,67 35,81 8,45 0,24 24% 0,77

29 9,40 0,92 36,98 8,66 0,23 23% 0,57

30 12,10 1,19 37,61 10,04 0,27 27% 0,51

31 13,00 1,28 36,61 9,48 0,26 26% 0,45

32 13,70 1,34 36,18 8,98 0,25 25% 0,41

33 14,30 1,40 35,35 8,78 0,25 25% 0,38

34 15,30 1,50 35,19 8,77 0,25 25% 0,36

35 15,60 1,53 36,19 8,43 0,23 23% 0,33


empat sudu satu tingkat dengan menggunakan sirip-sirip pengarah

pada sudut 450.

No

Kec

Angin

Rata-rata

Torsi

Daya

Angin

Daya


TSR Pa Pk Cp


36

4,72

6,50 0,64 29,25 6,96 0,24 24% 0,71

37 9,00 0,88 32,20 7,52 0,23 23% 0,54

38 11,00 1,08 31,74 7,98 0,25 25% 0,47

39 11,90 1,17 31,68 7,46 0,24 24% 0,41

40 12,80 1,26 31,88 7,24 0,23 23% 0,37

41 13,40 1,31 33,04 7,14 0,22 22% 0,34

42 14,10 1,38 31,47 6,92 0,22 22% 0,32

43 14,80 1,45 31,74 6,51 0,21 21% 0,28

44 4,39

6,30 0,62 25,01 5,84 0,23 23% 0,65

45 8,40 0,82 24,96 6,19 0,25 25% 0,52


46

46 10,30 1,01 25,34 6,43 0,25 25% 0,43

47 11,00 1,08 25,63 5,82 0,23 23% 0,37

48 12,10 1,19 26,51 5,88 0,22 22% 0,33

49 12,60 1,24 25,00 5,32 0,21 21% 0,30

50 13,90 1,36 25,17 5,39 0,21 21% 0,27


satu tingkat dengan menggunakan sirip-sirip pengarah pada sudut 300.

No

Kec

Angin

Rata-rata

Torsi

Daya

Angin

Daya


TSR Pa Pk Cp


1

5,77

8,40 0,82 57,80 17,93 0,31 31% 1,13

2 11,40 1,12 55,53 16,34 0,29 29% 0,77

3 14,50 1,42 56,04 18,47 0,33 33% 0,68

4 16,60 1,63 58,83 18,80 0,32 32% 0,60

5 18,20 1,79 57,03 18,84 0,33 33% 0,55

6 19,20 1,88 58,42 18,57 0,32 32% 0,51

7 20,00 1,96 58,34 17,91 0,31 31% 0,47

8 21,60 2,12 57,26 18,08 0,32 32% 0,44

9 22,05 2,16 59,15 16,42 0,28 28% 0,39

10 22,80 2,24 55,78 16,23 0,29 29% 0,38


empat sudu satu tingkat dengan menggunakan sirip-sirip pengarah

pada sudut 300.

No

Kec

Angin

Rata-rata

Torsi

Daya

Angin

Daya


TSR Pa Pk Cp


11

5,44

7,80 0,77 45,19 14,93 0,33 33% 1,10

12 11,00 1,08 49,06 14,00 0,29 29% 0,71

13 13,40 1,31 47,73 14,92 0,31 31% 0,63

14 15,40 1,51 47,12 15,08 0,32 32% 0,55

15 16,60 1,63 49,35 14,84 0,30 30% 0,50

16 17,50 1,72 46,61 14,06 0,30 30% 0,46

17 18,20 1,79 49,71 13,60 0,27 27% 0,42

18 18,60 1,82 48,92 13,18 0,27 27% 0,40

19 19,50 1,91 52,04 13,51 0,26 26% 0,38

20 20,00 1,96 47,62 12,83 0,27 27% 0,36

21 5,06 7,60 0,75 36,73 10,01 0,27 27% 0,81


47

22 10,20 1,00 40,81 11,57 0,28 28% 0,67

23 12,50 1,23 37,35 11,57 0,31 31% 0,57

24 14,00 1,37 41,23 11,73 0,28 28% 0,50

25 14,80 1,45 39,67 10,76 0,27 27% 0,44

26 15,20 1,49 37,53 9,87 0,26 26% 0,40

27 16,50 1,62 38,43 10,06 0,26 26% 0,37

28 17,80 1,75 39,38 10,06 0,26 26% 0,34

29 18,60 1,82 38,09 9,87 0,26 26% 0,32

30

4,83

6,60 0,65 31,74 7,63 0,24 24% 0,75

31 9,40 0,92 33,39 9,03 0,27 27% 0,61

32 11,40 1,12 33,33 9,09 0,27 27% 0,51

33 12,30 1,21 35,52 8,37 0,24 24% 0,42

34 13,20 1,29 33,60 7,89 0,23 23% 0,38

35 14,30 1,40 35,23 8,18 0,23 23% 0,36

36 14,60 1,43 35,58 7,84 0,22 22% 0,33

37 15,60 1,53 33,90 7,72 0,23 23% 0,31


empat sudu satu tingkat dengan menggunakan sirip-sirip pengarah pada

sudut 300.

No

Kec

Angin

Rata-

rata

Torsi

Daya

Angin

Daya


TSR Pa Pk Cp


38

4,51

6,60 0,65 26,61 6,61 0,25 25% 0,69

39 9,00 0,88 26,51 7,22 0,27 27% 0,55

40 10,60 1,04 27,84 6,90 0,25 25% 0,44

41 11,40 1,12 28,41 6,33 0,22 22% 0,37

42 12,00 1,18 28,45 6,14 0,22 22% 0,34

43 13,20 1,29 27,70 6,37 0,23 23% 0,33

44 13,80 1,35 27,83 5,53 0,20 20% 0,27

45

4,33

6,60 0,65 24,53 6,25 0,26 26% 0,67

46 8,60 0,84 23,72 6,09 0,26 26% 0,51

47 10,20 1,00 24,27 5,60 0,23 23% 0,39

48 10,80 1,06 24,79 5,26 0,21 21% 0,34

49 11,40 1,12 25,23 5,14 0,20 20% 0,32


48

50 11,80 1,16 24,33 4,84 0,20 20% 0,29

51 13,40 1,31 24,36 4,79 0,20 20% 0,25

4.3.1 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Putaran Poros

Dari hasil perhitungan pada Tabel 4.4, Tabel 4.5 dan Tabel 4.6 maka

didapatkan grafik hubungan antara torsi dan putaran poros untuk kincir angin

Savonius empat sudu satu tingkat sebagai berikut :

1 Grafik hubungan antara torsi dan putaran poros untuk kincir angin tanpa

menggunakan sirip-sirip pengarah, yang dapat dilihat pada Gambar 4.1


angin Savonius tanpa menggunakan sirip-sirip pengarah

2. Grafik hubungan antara torsi dan putaran poros untuk kincir angin dengan

menggunakan sirip-sirip pengarah pada sudut 450, yang dapat dilihat pada

Gambar 4.2


49

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara torsi dan putaran poros untuk kincir angin

Savonius dengan menggunakan sirip-sirip pengarah pada sudut 450.

3. Grafik hubungan antara torsi dan putaran poros untuk kincir angin dengan


Gambar 4.3

Gambar 4.3 Grafik hubungan antara torsi dan putaran poros untuk kincir angin



50

4.3.2 Grafik Hubungan Antara Torsi dan Daya Kincir

Dari hasil perhitungan yang terlihat pada Tabel 4.4, Tabel 4.5 dan Tabel

4.6 maka didapatkan grafik hubungan antara torsi dan daya kincir untuk kincir

angin Savonius 4 sudu 1 tingkat sebagai berikut :

1. Grafik hubungan antara torsi dan daya kincir untuk kincir angin tanpa

menggunakan sirip-sirip pengarah, yang dapat dilihat pada Gambar 4.4


angin Savonius tanpa menggunakan sirip-sirip pengarah.

2. Grafik hubungan antara torsi dan daya kincir untuk kincir angin dengan


Gambar 4.5


51

Gambar 4.5 Grafik hubungan antara torsi dan daya kincir untuk kincir angin


3. Grafik hubungan antara torsi dan daya kincir untuk kincir angin Savonius

4 sudu 1 tingkat dengan menggunakan sirip-sirip pengarah pada sudut 300,

yang dapat dilihat pada Gambar 4.6


angin Savonius dengan menggunakan sirip-sirip pengarah pada

sudut 300.


52

4.3.3 Grafik Hubungan Antara Koefisien Daya dan tip speed ratio

Dari hasil perhitungan yang terlihat pada Tabel 4.4, Tabel 4.5 dan Tabel

4.6 maka didapatkan grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) dan tip speed

ratio (TSR) untuk kincir angin Savonius 4 sudu 1 tingkat sebagai berikut :

1. Grafik hubungan antara hubungan antara koefisien daya (Cp) dan tip

speed ratio (TSR) untuk kincir angin tanpa menggunakan sirip-sirip

pengarah, yang dapat dilihat pada Gambar 4.7

Gambar 4.7 Grafik hubungan antara

2. Grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) dan tip speed ratio (TSR)

untuk kincir angin dengan menggunakan sirip-sirip pengarah pada

sudut 450, yang dapat dilihat pada Gambar 4.8


53



sudut 450.

3. Grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) dan tip speed ratio (TSR)

untuk kincir angin dengan menggunakan sirip-sirip pengarah pada

sudut 300, yang dapat dilihat pada Gambar 4.9


54


Savonius dengan menggunakan sirip-sirip pengarah pada sudut

300.

4.3.4 Grafik Hubungan Antara Ketiga Variasi Kincir

Grafik hubungan antara koefisien daya (Cp) dan tip speed ratio (TSR)

untuk kincir angin Savonius empat sudu satu tingkat dari ketiga variasi yaitu tanpa

menggunakan sirip-sirip pengarah, menggunakan sirip pengarah pada sudut 450

dan sudut 300, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 4.10


55

Gambar 4.10 Grafik hubungan antara Cp dan TSR untuk kincir angin Savonius

tanpa menggunakan sirip-sirip pengarah, menggunakan sirip-sirip

pengarah pada sudut 450 dan sudut 30

0.

4.4 Pembahasan

Pada tugas akhir ini telah diketahui bahwa cara kerja kincir adalah kincir

angin berputar serta pada lingkar terluar diberi variasi sirip pengarah pada sudut

450 dan 30

0. Pemberian sirip-sirip pengarah ini bertujuan agar sudu dapat

menerima angin lebih optimal, hal ini memungkinkan untuk meminimalkan

adanya rugi-rugi gesekan.


56

Pada prinsip kerjanya angin akan memutar kincir sehingga memutar poros

yang akan diteruskan keberbagai aplikasi, misalnya diteruskan ke generator untuk

menghasilkan listrik.

Dari data perhitungan dapat diketahui bahwa pada kincir angin tanpa

menggunakan sirip-sirip pengarah menghasilkan daya sebesar 19,9 watt pada

kecepatan angin 6,44 m/s dengan koefisien daya sebesar 25%., sedangkan kincir

angin dengan menggunakan sirip-sirip pengarah pada sudut 450 menghasilkan

daya sebesar 19,26 watt pada kecepatan angin 6,06 m/s dengan koefisien daya

sebesar 29% dan untuk kincir angin dengan menggunakan sirip-sirip pengarah

pada sudut 300 menghasilkan daya sebesar 18,84 watt pada kecepatan angin 5,77

m/s dengan koefisien daya sebesar 33%.

Kincir angin Savonius empat sudu satu tingkat yang memiliki koefisien

daya terkecil yaitu kincir tanpa menggunakan sirip-sirip pengarah, sedangkan

kincir yang menghasilkan koefisien daya tertinggi yaitu kincir dengan

menggunakan sirip-sirip pengarah pada sudut 300. Ini dipengaruhi oleh beberapa

hal, diantaranya angin yang diterima sudu dengan menggunakan sirip-sirip

pengarah lebih besar dibanding tanpa menggunakan sirip-sirip pengarah.


57

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian dan perhitungan diatas dapat disimpulkan bahwa :

a. Pengunaan sirip-sirip pengarah terbukti mampu meningkatkan unjuk

kerja kincir angin.

b. Daya kincir tertinggi untuk kincir angin tanpa menggunakan sirip-sirip

pengarah sebesar 19,9 watt pada kecepatan angin 6,44 m/s dengan torsi

1 Nm.

c. Daya kincir tertinggi untuk kincir angin dengan menggunakan sirip-

sirip pengarah pada sudut 450 sebesar 19,26 watt pada kecepatan angin

6,06 m/s dengan torsi 1,86 Nm.

d. Daya kincir tertinggi untuk kincir angin dengan menggunakan sirip-

sirip pengarah pada sudut 300 sebesar 18,84 watt pada kecepatan angin

5,77 m/s dengan torsi 1,79 Nm

e. Koefisien daya tertinggi untuk kincir angin tanpa menggunakan sirip-

sirip pengarah sebesar 25% didapat pada TSR 0,93

f. Koefisien daya tertinggi untuk kincir angin dengan menggunakan sirip-

sirip pengarah pada sudut 450 sebesar 29% didapat pada TSR 0,51

g. Koefisien daya tertinggi untuk kincir angin dengan menggunakan sirip-

sirip pengarah sirip pengarah pada sudut 300 sebesar 33% didapat pada

TSR 0,55.


58

5.2 Saran

Adapun saran untuk pihak yang akan mengembangkan penelitian pada

bidang ini adalah :

a) Sudu sebaiknya menggunakan bahan yang lebih ringan dan sesuai

dengan kecepatan angin.

b) Untuk mendapatkan daya maksimal pada kincir dibutuhkan kecepatan

angin yang besar.

c) Sebelum memulai pengambilan data penelitian, alangkah baiknya

apabila alat-alat (seperti : anemometer, takometer, neraca pegas, dan

lain-lain) di check dan berfungsi sebagaimana mestinya.

d) Poros kincir harus lurus, agar kincir tidak oleng saat berputar.

e) Berat material kincir sebaiknya seringan mungkin tetapi harus tetap kuat,

untuk meningkatkan koefisien daya yang lebih baik


59

DAFTAR PUSTAKA

Djojodihardjo, H. dan Molly, J.P. 1983. Wind Energy System. Penerbit Alumni.

Bandung.

Kompas, 2011, Energi Terbarukan, http://www.Kompas.com

http://dewey.petra.ac.id/dgt_res_detail.php?knokat=12517

http://id.wikipedia.org/wiki/turbin_angin

http://windturbine-analysis.com

http://www.lemhannas.go.id

http://www.itdg.org


1


60

Tabel L.1. Massa jenis udara

(Sumber : http://www.engineeringtoolbox.com/air-properties-d_156.html)


Gambar L.1. Mengatur posisi fan blower untuk memvariasikan kecepatan

angin

Gambar L.2. Pengambilan data massa pada neraca pegas


Gambar L.3. Pengambilan data putaran poros

Gambar L.4. Pemasangan sirip-sirip pengarah pada kincir angin yang diteliti


Gambar L.5. Kincir angin yang diteliti


Gambar L.6. Kincir angin yang sebagai alat penelitian, sedang diuji didalam

terowongan angin


unjuk kerja kincir angin savonius empat sudu satu...

Documents