unjuk kerja model kincir angin savonius enam tingkat...

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN SAVONIUS

ENAM TINGKAT DENGAN VARIASI BENTUK SUDU

Tugas Akhir

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin

Program Studi Teknik Mesin

Oleh :

DIONISIUS JOHAN PRIMANANDA

NIM : 075214021

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2013

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

THE PERFORMANCE OF SIX-STAGE SAVONIUS

WIND TURBINE MODEL WITH VARIATION IN

BLADE

Final Project

Presented as fulfillment of the Requirements

To obtain the Sarjana Teknik Degree in

Mechanical Engineering Study Programme

By :

DIONISIUS JOHAN PRIMANANDA

Student ID Number : 075214021

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMME

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2013


T]NJTJK KER'A MOI}EL KINCIR AI\TGIN SAVOMUS

ENAM TINGKAT DENGAI{ VARHSI BENTUK SUDU

Disusun Oleh :

DIOMSIUS JOHAN PRIMANANDA

IYIM: 075214021

Yogyarcarta * !.*gXE...'?b CI

Telah disetujui oletq

Dosen Pembimbing TA :

lll

h. Rines, M.T.


UNJUK KERJA MODEL KINCIR AFIGIN SAVON'IUS

ENAM TINGKAT DENGAI\ VARIASI BENTUK SUDU

Dipersiapkan dan disusun oleh:

NAMA : DIOIVSIUS JOHAN PRIMANAI\IDA

I\UM :075214021

Telah dipertahankan didepan Dewan Penguji

pada tanggal Seniru 14 Januari 2013

Susunan Dewan Penguji

Nama Lengkap

Ketua : Ir. PK. Purwadi. M.T.

Sekretaris : Doddy Purwadiantq S.T., M.T.

Tanda Tangan

Anggota : Ir. Rines, M.T.

Tugas Akhir ini telah diterima sebagai salah satu

untuk mermperoleh gelar Sarjana Teknik

Yogyakarta . ?.?.,In ...?9t g

Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta

Prima Ros4 S.Si., M.Sc.)

lv


PERNYATAAN KtrASLIAN TUGAS AKHIR

Dengan ini saya (penulis) menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam

Tugas Akhir yang berjudul :

UNJUK KERJA MODEL KINCIRANGIN SAVONIUS

ENAM TINGKAT DENGAN VARIASI BENTUK SUDU

Tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan

di perguruan tinggi manapun, dan selama saya menulis Tugas Akhir ini tidak

terdapat karya atau pendapat 'yang pernah ditulis orang lain, kecuali bagian

jnformasinya diacu dan disebutkan dalarn daftarpustaka.

Yogyakarta, 10 Januari 2013

Dionisius Johan Prirnananda


LEN{BAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dhanna :

Nama : Dionisius Johan Primananda

NomorMahasiswa :015214021

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

UNJUK KERJA MODEL KINCIR ANGIN SAVONIUS ENAM TINGKAT

DENGAN VARIASI BENTUK SUDU

besefia perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan ini, saya memberikan

kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan,

mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya di internet atau media lain

untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya atau memberi

royalty kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenamya.

Dibuat di Yogyakarta

Padatanggal : 10 Januai2013

Yang menyatakan,

(Dionisius Johan Primananda)

vi


vii

INTISARI

Ketergantungan akan energi listrik terus meningkat dan ketersediaan energi

fosil saat ini mengalami penurunan maka diperlukan sumber energi baru yang

terbarukan dan ramah lingkungan. Salah satu energi yang dapat dimanfaatkan

adalah energi angin. Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan unjuk kerja

model kincir angin Savonius enam tingkat dengan dua variasi bentuk sudu.

Kedua model variasi kincir angin tersebut diatas dibuat dalam enam tingkat,

dengan ukuran yang sama yakni 0,7 m x 0,75 m. Variasi pertama adalah kincir

angin Savonius dengan bentuk sudu standard dan model variasi kedua dengan

bentuk sudu modifikasi. Setiap model kincir angin diuji untuk mengetahui torsi,

putaran poros, daya kincir, dan koefisien daya.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa model kincir Savonius dengan bentuk

sudu modifikasi memberikan koefisien daya (Cp) maksimal (16,2 % pada tip

speed ratio 1,13) dan daya maksimal (22,2 watt pada kecepatan angin 7,53 m/s

dengan torsi 0,89 Nm) tertinggi diantara kedua model kincir yang diteliti. Model

kincir angin Savonius dengan bentuk sudu standard menghasilkan koefisien daya

maksimal 13,9 % pada tip speed ratio 1,01 menghasilkan daya 19 watt pada

kecepatan angin 7,72 m/s dengan torsi 0,78 Nm.

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


viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena berkat

rahmat karuniaNya penulis bisa menyelesaikan penelitian Tugas Akhir yang

berjudul, “Unjuk Kerja Model Kincir Angin Savonius Enam Tingkat dengan

Variasi Bentuk Sudu” dengan baik. Tugas Akhir merupakan salah satu persyaratan

wajib untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin, Program Studi Teknik

Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

Tugas Akhir ini dapat penulis selesaikan berkat bantuan, dukungan, dan

nasihat dari berbagai pihak, maka pada kesempatan ini perkenankanlah 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. PK. Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas

Sanata Dharma.

3. RB. Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si., selaku dosen pembimbing akademik.

4. Ir. Rines M.T., selaku dosen pembimbing Tugas Akhir.

5. Segenap dosen dan laboran program studi Teknik Mesin Universitas Sanata

Dharma.

6. Aloysius Agus Priyono, Maryanah Yoanna Fransisca, Yasinta Osy Petriana,

dan Vincencia Sari Wulaningtyas serta semua saudara-saudara penulis yang

telah memberi semangat dan nasehat kepada penulis.

7. Wara Budi Harno dan Sugeng Budi Prasetyo, selaku teman sekelompok

pengerjaan Tugas Akhir.

8. Semua teman-teman mahasiswa jurusan Teknik Mesin Univeritas Sanata

Dharma dan semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu terima

kasih penulis ucapkan atas semua bantuannya.

Penulis menyadari naskah Tugas Akhir ini jauh dari sempurna dan masih perlu

pembenahan. Oleh karena itu kritik dan saran yang membangun dari semua pihak

akan penulis terima dengan senang hati.


ix

Semoga naskah Tugas Akhir ini bermanfaat bagi teman-teman mahasiswa

Teknik mesin Universitas Sanata Dharma dan para pembaca lainnya. Apabila

terdapat kesalahan dalam naskah Tugas Akhir ini penulis mohon maaf dan sekali

lagi penulis mengucapkan terima kasih.

Berkah dalem.

Yogyakarta, 10 Januari 2012

Penulis


x

DAFTAR ISI

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

Title Page ............................................................................................................... ii

Halaman Pengesahan ............................................................................................ iii

Daftar Dewan Penguji ........................................................................................... iv

Pernyataan Keaslian Karya .................................................................................... v

Lembar Pernyataan Persetujuan Publikasi Karya Ilmiah ...................................... vi

Intisari .................................................................................................................. vii

Kata Pengantar .................................................................................................... viii

Daftar Isi ................................................................................................................. x

Daftar Gambar ..................................................................................................... xii

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

BAB I PENDAHULUAN

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

1.2. Rumusan Masalah ........................................................................................... 1

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

1.4. Manfaat Penelitian .......................................................................................... 2

1.5. Tujuan Penelitian ............................................................................................ 3

BAB II DASAR TEORI

2.1. Energi Angin ................................................................................................... 4

2.2. Kincir Angin .................................................................................................... 4

2.3. Rumus-Rumus Perhitungan ............................................................................ 7

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Diagram Alir Penelitian ................................................................................ 13

3.2. Objek Penelitian ............................................................................................ 14

3.3. Perancangan Kincir Angin Savonius ............................................................ 14

3.4. Peralatan dan Bahan ...................................................................................... 14

3.5. Variabel Penelitian ........................................................................................ 21

3.6. Langkah Pengambilan Data ......................................................................... 22


xi

3.7. Langkah Pengolahan Data ............................................................................. 23

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Data Hasil Penelitian ..................................................................................... 25

4.2. Pengolahan Data dan Perhitungan ................................................................ 25

4.3. Data Hasil Perhitungan ................................................................................. 32

4.4. Grafik Hasil Perhitungan ............................................................................... 34

4.5. Pembahasan ................................................................................................... 38

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan ................................................................................................... 39

5.2. Saran .............................................................................................................. 40

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 41

LAMPIRAN ......................................................................................................... 43


xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kincir angin poros horisontal ............................................................. 5

Gambar 2.2 Kincir angin poros vertikal ................................................................. 6

Gambar 2.3 Penampang turbin Savonius ............................................................... 7

Gambar 2.4 Grafik hubungan Cp dan tip speed ratio (tsr) beberapa jenis kincir . 10

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ..................................................................... 13

Gambar 3.2 Model kincir angin Savonius ............................................................ 14

Gambar 3.3 Plat batas sudu .................................................................................. 15

Gambar 3.4 Bilah penguat .................................................................................... 16

Gambar 3.5 Poros kincir ...................................................................................... 16

Gambar 3.6 Terowongan angin ............................................................................ 17

Gambar 3.7 Fan blower ....................................................................................... 18

Gambar 3.8 Generator .......................................................................................... 18

Gambar 3.9 Neraca pegas .................................................................................... 19

Gambar 3.10 Tachometer ..................................................................................... 19

Gambar 3.11 Anemometer ................................................................................... 20

Gambar 3.12 Rangkaian lampu pembebanan ....................................................... 20

Gambar 3.13 Kabel-Kabel ................................................................................... 21

Gambar 3.14 Stopwatch ....................................................................................... 21

Gambar 4.1. Grafik hubungan antara torsi dan putaran poros untuk kincir angin

Savonius dengan variasi sudu standard ......................................... 34

Gambar 4.2. Grafik hubungan antara torsi dan daya kincir untuk kincir angin

Savonius dengan variasi sudu standard ......................................... 35

Gambar 4.3. Grafik hubungan antara Cp dan tsr untuk kincir angin Savonius

dengan variasi sudu standard ......................................................... 35


Savonius dengan variasi sudu modifikasi ...................................... 36


Savonius dengan variasi sudu modifikasi .................................... 37


xiii


dengan variasi sudu modifikasi ..................................................... 37


xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data percobaan kincir angin Savonius dengan sudu standard ............. 30

Tabel 4.2 Data percobaan kincir angin Savonius dengan sudu modifikasi .......... 31

Tabel 4.3 Data hasil perhitungan kincir angin Savonius dengan sudu standard .. 38

Tabel 4.4 Data hasil perhitungan kincir angin Savonius dengan sudu

modifikasi ............................................................................................ 39

Tabel L.1 Tabel sifat udara .................................................................................. 44


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Pada masa kini ketergantungan akan energi listrik terus meningkat dan

ketersediaan energi fosil saat ini mengalami penurunan. Dimulai dari revolusi

industri, kebutuhan akan energi fosil meningkat tajam yang berbanding terbalik

dengan ketersediaan bahan bakar fosil yang ada. Kebutuhan akan energi fosil

masih besar, sebagian besar digunakan dalam bidang industri, transportasi, dan

rumah tangga terutama untuk mencukupi kebutuhan energi listrik.

Sebagai mahasiswa yang mempunyai visi mengembangkan energi

terbarukan dan konservasi energi penulis mempunyai pemikiran untuk membuat

alat pembangkit listrik menggunakan energi alternatif. Salah satu sumber energi

alternatif yang dapat digunakan sebagai pembangkit listrik adalah energi angin,

mengingat bahwa Indonesia adalah negara kepulauan yang mempunyai potensi

energi angin cukup besar namun angin mempunyai kelemahan yaitu dinamis atau

tidak konstan. Untuk mengubah energi angin menjadi energi listrik memerlukan

proses dan metode tertentu. Salah satu alat yang dapat mengubah energi kinetik

angin menjadi energi mekanik adalah kincir angin yang ditransmisikan dengan

generator untuk menghasilkan listrik.

Kincir angin jenis Savonius adalah jenis kincir yang mampu menerima

angin dari semua arah. Dengan menggunakan kincir angin Savonius, diharapkan

energi listrik yang dihasilkan dapat membantu mengurangi ketergantungan

terhadap penggunaan energi fosil. Berdasarkan hal-hal diatas maka dilakukanlah

penelitian ini.

1.2. Rumusan Masalah

Permasalahan yang dapat dirumuskan dalam penelitian ini adalah:

1. Alat untuk mengkonversikan energi angin masih perlu dikembangkan.

2. Angin merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang murah,

kekal dan tidak menimbulkan polusi bagi lingkungan.


2

3. Negara Indonesia merupakan negara dengan potensi angin yang

melimpah namun energi angin tersebut belum dimanfaatkan secara

maksimal.

4. Diperlukan model kincir angin yang mampu mengkonversi energi angin

dengan efisiensi maksimal.

1.3. Batasan Masalah

Permasalahan dalam penelitian ini dibatasi pada:

1. Model kincir angin yang digunakan adalah kincir angin Savonius enam

tingkat berdiameter 70 cm dan tinggi 75 cm dengan dua sudu pada setiap

tingkatnya.

2. Penelitian dilakukan dengan mengoperasikan model kincir angin

didalam terowongan angin yang tersedia di Universitas Sanata Dharma.

3. Jangkauan kecepatan angin disesuaikan dengan kondisi terowongan

angin yang digunakan.

4. Data yang diambil pada saat penelitian adalah kecepatan angin,

temperatur udara, putaran poros kincir, dan gaya pengimbang torsi.

5. Variasi pada penelitian ini adalah bentuk sudu.

1.4. Manfaat Penelitian

Manfaat yang dapat diambil dalam penelitian ini adalah:

1. Dapat menjadi sumber informasi mengenai unjuk kerja kincir angin

Savonius enam tingkat dengan dua sudu pada setiap tingkatnya.

2. Dapat dipergunakan sebagai sumber informasi bagi masyarakat yang

membutuhkan sumber energi alternatif selain sumber energi fosil.

3. Menjadi sumber referensi bagi masyarakat di daerah dengan potensi

energi angin yang besar untuk memberdayakan energi terbarukan.

4. Dapat menambah literature (pustaka) mengenai kincir angin yang dapat

digunakan untuk pembangkit tenaga listrik dan bagi perkembagan

teknologi energi terbarukan, khususnya energi angin.


3

1.5. Tujuan Penelitian

Tujuan melakukan penelitian ini adalah:

1. Membuat model kincir angin Savonius enam tingkat dengan dua variasi

kelengkungan sudu.

2. Mengetahui koefisien daya maksimal yang dihasilkan oleh model kincir

angin Savonius enam tingkat dengan dua variasi kelengkungan sudu.

3. Mengetahui daya output maksimal yang dihasilkan oleh model kincir

angin Savonius enam tingkat dengan dua variasi kelengkungan sudu.


4

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Energi Angin

Angin adalah udara yang bergerak, gerakan ini disebabkan oleh perbedaan

massa jenis udara itu sendiri. Massa jenis udara yang rendah akan menyebabkan

tekanan udara ditempat itu menjadi rendah sehingga akan diisi oleh tekanan udara

yang lebih tinggi yang memiliki massa jenis udara yang lebih tinggi. Tinggi

rendahnya massa jenis udara disebabkan oleh temperatur sedangkan perbedaan

temperatur disebabkan oleh perbedaan pemanasan dari sinar matahari karena

perbedaan permukaan bumi.

2.2. Kincir Angin

Kincir angin adalah sebuah mesin yang digerakkan oleh tenaga angin untuk

menumbuk biji-bijian. Kincir angin juga digunakan untuk memompa air untuk

mengairi sawah. Kincir angin modern adalah mesin yang digunakan untuk

menghasilkan energi listrik, disebut juga dengan turbin angin. Turbin angin

kebanyakan ditemukan di Eropa dan Amerika Utara (Sumber :

http://id.wikipedia.org/wiki/Kincir_angin).

Menurut porosnya, kincir angin dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu kincir

angin poros horisontal (TASH/HAWT) dan kincir angin poros vertikal

(TASV/VAWT). Penelitian ini mengenai kincir angin poros vertikal.

2.2.1. Kincir Angin Poros Horisontal

Kincir angin poros horisontal atau HAWT (Horizontal Axis Wind

Turbine) adalah jenis kincir angin yang poros utamanya tegak lurus dengan

menara dan arah poros utama sejajar dengan arah datangnya angin. Kincir jenis

ini terdiri dari sebuah menara dengan kincir berada di puncaknya, poros kincir

harus dapat berputar 3600 terhadap sumbu vertikal untuk menyesuaikan dengan

arah datangnya angin. Untuk membantu menyesuaikan dengan arah datangnya


5

angin perlu ditambahkan sirip pengarah dibelakang kincir atau sirip pengarah

digantikan oleh sensor elektrik.

Beberapa keuntungan dari kincir angin poros horisontal :

1. Mampu mengkonversi energi angin berkecepatan tinggi.

2. Banyak digunakan untuk menghasilkan energi listrik dalam skala besar.

Beberapa kerugian dari kincir angin poros horisontal :

1. Diperlukannya mekanisme lain untuk menyesuaikan arah kincir dengan arah

datangnya angin.

2. Karena putarannya tinggi maka timbul polusi suara sebesar 80-110 dB

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

a b c

Gambar 2.1 Kincir angin poros horisontal

a. American Windmill, b. Rival Calzoni, c. Dutch Four Arm

(Sumber : www.fineartamerica.com)

2.2.2. Kincir Angin Poros Vertikal

Kincir angin poros vertikal atau VAWT (Vertical Axis Wind Turbine)

adalah jenis kincir angin yang posisi porosnya tegak lurus arah angin. Kincir jenis


6

ini dapat mengkonversi tenaga angin dari segala arah dengan orientasi arah angin

horisontal.

Beberapa keuntungan dari kincir angin poros vertikal :

1. Mampu menerima angin dari segala arah.

2. Tidak perlu menggunakan mekanisme pengarah angin seperti pada kincir

angin poros horisontal.

3. Memiliki torsi yang cukup besar walaupun putaran poros rendah.

4. Bekerja pada rpm yang rendah.

Beberapa kerugian dari kincir angin poros vertikal :

1. Sudu yang mampu menerima energi angin disebut downwind. Sudu yang

melawan angin disebut upwind, sudu bagian ini cenderung menghambat

putaran poros.

2. Kincir angin poros vertikal mempunyai torsi awal yang rendah dan

membutuhkan energi untuk mulai berputar.

a b c

Gambar 2.2 Kincir angin poros vertikal

a. Darrieus, b. Savonius, c. Giromill

(Sumber : www.windturbine1.blogspot.com

http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin)


7

Tugas akhir ini meneliti tentang kincir angin poros vertikal, yaitu kincir angin

Savonius.

2.2.3. Kincir Angin Savonius

Kincir angin Savonius ditemukan oleh Sigurd J. Savonius dari Finlandia

pada tahun 1922. Konsep dasar Savonius dikembangkan berdasarkan prinsip

Flettner. Savonius menggunakan sudu dengan cara memotong silinder Flettner

menjadi 2 paruhan sepanjang garis pusat dan kemudian memposisikan 2 paruhan

tersebut membentuk seperti huruf “S” yang diletakkan pada lingkaran batas sudu.

a. tipe U b. tipe L c. tipe S

Gambar 2.3 Penampang turbin Savonius

(Sumber : http://techref.massmind.org/techref/other/windmill.htm

http://gramlich.net/projects/oceania/seastedl.html

www.alpensteel.com/pdf)

Dari penelitian Kansas State University pada tahun 1932-1938, kincir

angin Savonius mampu menghasilkan efisiensi hingga 35 % sampai 40 %, nilai

ini melebihi koefisien daya yang tercantum dalam grafik hubungan Cp dan tsr

pada umumnya, yaitu sebesar 31 %.

2.3. Rumus Perhitungan

Berikut ini adalah rumus-rumus yang dipergunakan dalam perhitungan

unjuk kerja kincir angin :


8

2.3.1. Energi dan Daya Angin

Energi yang terdapat pada angin adalah energi kinetik yang dirumuskan

berikut ini :

Ek = 0,5.m.v2 ………………………………………………………..(1)

dengan :

Ek = energi kinetik (joule).

m = massa (kg).

v = kecepatan angin (m/s).

Dari Persamaan (1), dapat diketahui daya adalah energi per satuan waktu (J/s)

maka persamaan tersebut dapat ditulis menjadi :

Pa = 0,5. .v2 ……………………………………………………….(2)

dengan :

Pa = daya yang dihasilkan angin (J/s = watt).

= massa udara yang mengalir per satuan waktu (kg/s).


dimana :

= ρ.A.v …………….……………………………………………..(3)

dengan :

ρ = massa jenis udara (kg/m3).

A = luasan angin yang ditangkap kincir (m2).


9

Dengan substitusi, Persamaan (2) dan Persamaan (3), daya angin (Pa) dapat

dirumuskan menjadi :

Pa = 0,5.(ρ.A.v).v2

disederhanakan menjadi :

Pa = 0,5.ρ.A.v3 ………………………………………………………(4)

Dalam penggunaan secara sederhana dengan mengasumsikan ρ udara : 1,2 kg/m3

maka diperoleh persamaan :

Pa = 0,6.A.v3 ………………………………………………………..(5)

2.3.2. Torsi Kincir Angin

Torsi sebuah kincir angin dapat dihitung menggunakan persamaan

(Yunus A. Cengel, 2006, Thermodynamics An Engineering Approach, hal. 66) :

T = rlengan.F …………………………………………………………(6)

dengan :

T = torsi (Nm).

rlengan = jarak lengan torsi (m).

F = gaya pengimbang (N).

2.3.3. Daya Kincir Angin

Daya kincir angin adalah daya yang dihasilkan oleh poros kincir akibat

energi angin yang melintasi sudu-sudu kincir. Berdasarkan penelitian yang

dilakukan oleh seorang ilmuwan Jerman bernama Albert Betz, didapatkan

efisiensi maksimum kincir angin, yaitu sebesar 59,3 % (sumber :


10

www.wikipedia.org/wiki/Bet’z_law) angka ini disebut Betz Limit. Dalam Gambar

2.4 grafik koefisien daya beberapa kincir angin.

Gambar 2.4 Grafik hubungan Cp dan tip speed ratio (tsr) beberapa jenis kincir

(Sumber : Johnson, 2006, hal. 18)

Rumusan teori daya kincir yang dihasilkan oleh gerak melingkar pada poros

kincir angin adalah :

Pk = T.ω …………………………………………………………….(7)

dengan :

Pk = daya yang dihasilkan kincir angin (watt).

T = torsi (Nm).

ω = kecepatan sudut (rad/s).

Satuan kecepatan sudut adalah radian per second (rad/s), satuan lain yang

digunakan adalah putaran per menit (rpm). Konversi satuan yang menghubungkan


11

(rpm) dan (rad/s) adalah 1 rpm = rad/s, maka Persamaan (7) dapat diubah

menjadi :

Pk = T. ....……………………………………………………...(8)

dengan :

n = putaran poros (rpm).

2.3.4. Tip Speed Ratio (tsr)

Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan ujung sudu kincir

angin yang berputar melingkar dengan kecepatan angin yang melewatinya, tsr

dapat dirumuskan :

tsr =

disederhanakan menjadi :

tsr = …………….……………………………………………...(9)

dengan :

r = jari-jari kincir (m).



2.3.5. Koefisien Daya (Cp)

Koefisien daya atau power coefficient (Cp) adalah perbandingan antara

daya yang dihasilkan oleh kincir angin (Pk) dengan daya yang dihasilkan oleh

angin (Pa). Rumusnya adalah :

Cp = x 100% …………………………………………………...(10)


12

dengan :

Pk = daya yang dihasilkan kincir (watt).

Pa = daya yang dihasilkan angin (watt).


13

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Diagram Alir Penelitian

Langkah-langkah dalam penelitian ini ditunjukkan dalam diagram alir

seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3.1:

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian

Mulai

Konsultasi

Studi Pustaka

Perancangan Kincir Angin Savonius

Pembuatan Kincir Angin Savonius

Pengambilan Data

Pengolahan Data

Pembahasan

Kesimpulan

Selesai


14

3.2. Objek Penelitian

Objek dalam penelitian ini adalah model-model kincir angin Savonius enam

tingkat dengan dua buah sudu pada setiap tingkatnya dan untuk variasinya yaitu

bentuk sudu yang berbeda antara model kincir angin Savonius satu dengan yang

lainnya.

3.3. Perancangan Kincir Angin Savonius

Dalam perancangan ini, parameter yang sudah diketahui adalah kincir angin

Savonius enam tingkat, panjang poros vertikal 120 cm (sesuai dengan tinggi wind

tunnel), diameter kincir 70 cm dengan dua sudu berbentuk U disetiap tingkatnya,

dan tinggi kincir 75 cm.

3.4. Peralatan dan Bahan

Model kincir angin Savonius yang dibuat seperti yang ditunjukkann pada

Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Model kincir angin Savonius

1 2

3

4


15

Keterangan :

1. Plat batas sudu.

2. Bilah penguat sudu.

3. Sudu kincir.

4. Poros kincir.

1. Plat Batas Sudu

Plat batas sudu atau plat tumpuan ini berfungsi sebagai tempat meletakkan

sudu seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.3, sudu akan menempel pada

tempat yang sudah ditentukan. Untuk menguatkan penempelan sudu dijepit

menggunakan baut. Plat tumpuan ini berjumlah tujuh buah dan bahannya terbuat

dari triplek setebal 4 mm dan masing-masing plat tumpuan berdiameter 74 cm.

Gambar 3.3 Plat batas sudu

2. Bilah Penguat

Bilah penguat pada Gambar 3.4 berfungsi untuk menguatkan bentuk

lengkungan sudu dan sebagai tempat menjepit sudu kincir dengan plat batas sudu

dengan cara dibaut. Bentuk bilah penguat adalah parabola karena mengikuti


16

bentuk sudu kincir. Bilah penguat ini berjumlah 24 buah pada setiap kincir dan

bahan yang digunakan adalah dari triplek setebal 4 mm.

a. standard b. modifikasi

Gambar 3.4 Bilah penguat

3. Sudu Kincir

Seperti pada umumnya, sudu kincir berfungsi untuk mengkonversi energi

angin yang datang melintasi kincir. Material yang dipakai adalah plat seng setebal

0,2 mm. Pada bagian atas dan bawah sisi sudu ditopang oleh bilah-bilah penguat.

4. Poros Kincir

Poros kincir adalah alat yang berfungsi menopang kincir saat berputar dan

juga sebagai pusat putaran kincir selain itu poros kincir juga berfungsi untuk

mentransmisikan putaran kincir. Material yang dipakai adalah pipa PVC 1 inchi

dan ¾ inchi dengan panjang 120 cm, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Poros kincir

1200 mm Ø 19,1 mm

Ø 25,4 mm


17

Dalam pengambilan data untuk penelitian ini digunakan beberapa peralatan

pendukung antara lain :

1. Terowongan angin

Terowongan angin atau wind tunnel adalah sebuah lorong berukuran 1,2 m ×

1,2 m × 2,4 m yang berfungsi sebagai tempat pengujian kincir angin dimana

kecepatan angin bisa diatur dengan memajukan atau memundurkan blower,

seperti ditunjukkan pada Gambar 3.6. Di dalam lorong udara tekanannya dibuat

lebih rendah dari tekanan lingkungan sekitar, tujuannya agar udara bergerak

dengan kecepatan tertentu.

Gambar 3.6 Terowongan angin

2. Fan Blower

Fan Blower adalah alat yang digunakan untuk menciptakan angin di dalam

terowongan angin sehingga angin dapat berhembus dengan kecepatan tertentu

dengan cara memajukan atau memundurkan blower itu sendiri. Fan Blower

digerakkan oleh motor listrik berdaya 5,5 kW, sebagai transmisinya menggunakan

sabuk dan puli, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.7.


18

Gambar 3.7 Fan blower

3. Generator

Generator adalah alat yang digunakan untuk mengubah energi mekanik

putaran poros menjadi energi listrik, yang dihubungkan menggunakan sabuk dan

puli. Generator ini membangkitkan energi listrik untuk menyalakan rangkaian

lampu pembebanan dan juga berfungsi sebagai pengereman dalam pengambilan

data torsi yang dihasilkan.

Gambar 3.8 Generator


19

4. Negaca pegas

Neraca pegas, seperti yang terlihat pada Gambar 3.9 digunakan untuk

mengukur gaya pengimbang torsi dinamis kincir angin saat kincir berputar.

Neraca pegas dihubungkan pada lengan ayun dengan panjang lengan yang telah

ditentukan.

Gambar 3.9 Neraca pegas

5. Tachometer

Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur putaran poros kincir

angin untuk mengambil data yang dibutuhkan. Jenis tachometer yang digunakan

adalah digital light tachometer. Prinsip kerjanya berdasarkan pantulan yang

diterima sensor dari reflektor, reflektor ini berupa alumunium foil atau benda

warna yang dapat memantulkan cahaya dan dipasang pada poros.

Gambar 3.10 Tachometer


20

6. Anemometer

Anemometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan angin

sesuai dengan data yang dibutuhkan. Anemometer diletakkan didepan terowongan

angin pada saat pengambilan data dilakukan.

Gambar 3.11 Anemometer

7. Lampu pembebanan

Lampu digunakan untuk memberikan variasi pembebanan atau efek

pengereman pada poros kincir yang berputar. Lampu disusun secara paralel dan

berjumlah 27 lampu.

Gambar 3.12 Rangkaian lampu pembebanan


21

8. Kabel

Kabel digunakan sebagai penghantar arus listrik dari generator ke lampu

pembebanan.

Gambar 3.13 Kabel-Kabel

9. Stopwatch

Stopwatch, seperti Gambar 3.14 digunakan untuk mencatat waktu saat

pengambilan data kincir angin.

Gambar 3.14 Stopwatch

3.5. Variabel Penelitian

Beberapa variabel penelitian yang harus ditentukan sebelum penelitian

dilaksanakan adalah :

1. Variasi bentuk sudu kincir : sudu kincir a. standard (setengah lingkaran) dan

sudu kincir b. modifikasi (tidak setengah

lingkaran).


22

2. Variasi kecepatan angin : setiap variasi kincir diikuti empat variasi kecepatan

angin.

3. Variasi pembebanan : tanpa lampu pembebanan atau dengan lampu

pembebanan.

Variabel data yang diambil dalam penelitian ini antara lain :

1. Kecepatan angin (V).

2. Putaran poros kincir (n).

3. Gaya pengimbang (F).

4. Temperatur udara (T).

Setelah mendapatkan variabel data diatas, maka dari variabel data tersebut

parameter yang dihitung untuk mendapatkan karakteristik kincir adalah :

1. Daya angin (Pa).

2. Torsi (T).

3. Daya kincir (Pk).

4. Tip Speed Ratio (tsr).

5. Koefisien daya (Cp).

3.6. Langkah Pengambilan Data

Pengambilan data kecepatan angin, putaran poros, torsi dinamis dan

temperatur udara dilakukan secara bersamaan dengan cara berikut ini :

1. Memasang kincir yang akan diuji pada wind tunnel (lorong angin).

2. Memasang neraca pegas pada tempat yang telah ditentukan.

3. Memasang tali yang menghubungkan antara neraca pegas dengan lengan

generator.

4. Memposisikan anemometer didepan kincir untuk mengukur kecepatan

angin yang diinginkan di dalam terowongan angin.

5. Menghubungkan rangkaian lampu dengan generator menggunakan kabel

yang telah disiapkan. Sebelumnya lampu harus pada posisi off.


23

6. Memutar saklar blower dari posisi off ke posisi on. Menekan tombol

start (warna hijau).

7. Mengatur jarak blower terhadap wind tunnel hingga kecepatan angin

sesuai yang diinginkan.

8. Meluruskan lengan generator dengan cara mengatur tali pada neraca

pegas.

9. Setelah kecepatan angin konstan pengambilan data dimulai dari

pembacaan kecepatan angin pada layar anemometer, pembacaan

temperatur udara, pengukuran putaran poros kincir dengan takometer,

dan yang terakhir pembacaan beban untuk penghitungan torsi dinamis

pada neraca pegas. Pada saat pengamatan tanpa lampu pembebanan.

10. Mengulangi langkah 8 dan 9 sampai pembebanan maksimal sehingga

lengan generator yang terhubung dengan neraca pegas tidak bisa

bergerak lagi.

11. Mematikan semua saklar lampu pembebanan.

12. Mengulangi langkah 7 s/d 10 sampai kincir angin tidak bisa menyalakan

lampu pembebanan dengan cara menurunkan kecepatan angin 0,5 m/s.

13. Menekan tombol stop (warna merah) untuk mematikan blower. Memutar

saklar blower dari posisi on ke posisi off.

14. Melepas anemometer untuk mengganti kincir angin.

15. Mengganti kincir yang satunya dan mengulangi langkah 1 s/d 13.

16. Melepaskan dan mengembalikan semua peralatan ke tempat semula.

3.7. Langkah Pengolahan Data

Data yang didapat dengan menggunakan langkah-langkah diatas, kemudian

data tersebut diolah dengan langkah sebagai berikut :

1. Dari data kecepatan angin (v) dan dengan diketahui luasan frontal kincir

(A), maka daya angin (Pa) dapat dicari dengan Persamaan (4).

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

dengan Persamaan (6).


24

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

mencari daya yang dihasilkan kincir (Pk) dengan Persamaan (8).

4. Dengan membandingkan kecepatan keliling diujung sudu dan kecepatan

angin, maka tip speed ratio (tsr) dapat dicari dengan Persamaan (9).

5. Dari data daya kincir (Pk) dan daya angin (Pa) maka power coefficient (CP)

dapat diketahui dengan Persamaan (10).


25

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Data Hasil Penelitian

Data hasil penelitian terdiri dari kincir angin Savonius dengan sudu standard

dan kincir angin Savonius dengan sudu modifikasi. Setiap kincir angin dilakukan

lima kali variasi kecepatan rata-rata angin dengan cara mengatur jarak blower

terhadap terowongan angin untuk setiap perubahan posisi. Untuk setiap variasi

kincir angin data dianggap selesai apabila putaran poros sudah tidak konstan dan

gaya pengimbang (F) tidak mengalami perubahan. Dari hasil percobaan

didapatkan data seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 4.1 dan Tabel 4.2.

4.2. Pengolahan Data dan Perhitungan

Contoh perhitungan yang disajikan diambil dari data dalam Tabel 4.1 pada

baris pertama dengan kondisi kincir angin tanpa pembebanan dan jarak antara

blower dengan terowongan angin pada posisi rapat. Dari data tersebut diketahui

kecepatan angin 7,49 m/s, putaran poros kincir 205,93 rpm, gaya pengimbang

0,395 kg dan suhu 27,9 0C.

4.2.1. Perhitungan Daya Angin

Untuk mengetahui daya yang dihasilkan angin dapat dicari dengan

Persamaan 4 pada Sub Bab 2.3.1. yaitu :

Pa = 0,5.ρ.A.v3

dengan :


ρ = massa jenis udara (kg/m3).

A = luasan angin yang ditangkap kincir (m2).


26


nilai massa jenis udara (ρ) diketahui dengan cara interpolasi dari tabel massa jenis

yang ada pada lampiran, dari data suhu udara 27,9 0C maka ρ = 1,17419 kg/m

3

besarnya luas penampang (A) diketahui dengan persamaan :

A = d.t

dengan :

d = diameter kincir angin (m).

t = tinggi kincir angin (m).

dengan diameter kincir 0,70 m dan tinggi kincir angin 0,75 m maka daya angin

(Pa) sebesar :

Pa = 0,5.ρ.d.t.v3

= 0,5.(1,17419 kg/m3).(0,70 m).(0,75 m).(7,49 m/s)

3

= 129,686 W

Jadi didapatkan daya angin (Pa) sebesar 129,686 watt.

4.2.2. Perhitungan Torsi

Untuk mengetahui torsi yang dihasilkan kincir angin dapat dicari dengan


T = rlengan.F

dengan :

T = torsi (Nm).

r = jarak lengan torsi (m).


27

F = gaya pengimbang (N).

gaya pengimbang (F) dapat dicari dengan persamaan :

F = m.a

dengan :

m = massa yang ditunjukkan pada neraca pegas (kg).

a = percepatan gravitasi (m/s2).

maka dengan jarak lengan 0,2 m dan percepatan gravitasi sebesar 9,81 m/s2,

besarnya torsi (T) adalah :

T = rlengan.m.a

= (0,2 m).(0,395 kg).(9,81 m/s2)

= 0,775 Nm

Jadi didapatkan torsi (T) sebesar 0,775 Nm.

4.2.3. Perhitungan daya kincir

Untuk menghitung daya yang dihasilkan kincir angin dapat dicari dengan


Pk = T.

dengan :

Pk = daya yang dihasilkan kincir angin (watt).

T = torsi kincir angin (Nm).



28

maka dengan nilai torsi 0,775 Nm dan putaran poros 205,93 rpm besarnya daya

yang dihasilkan kincir angin (Pk) sebesar :

Pk = T.

= 0,775.

= 16,704 watt

Sehingga didapatkan daya kincir angin (Pk) sebesar 16,704 watt.

4.2.4. Perhitungan tsr (tip speed ratio)

Untuk mengetahui besarnya perbandingan kecepatan ujung kincir dengan

kecepatan angin atau tip speed ratio dapat dicari dengan Persamaan 9 pada Sub

Bab 2.3.4. yaitu :

tsr =

dengan :

r = jari-jari kincir (m).



maka dengan jari-jari kincir 0,35 m, putaran poros 205,93 rpm dan kecepatan

angin 7,49 m/s besarnya tip speed ratio adalah :

tsr =

=

= 1,079

Sehingga didapatkan tsr sebesar 1,079


29

4.2.5. Perhitungan koefisien daya (Cp)

Untuk mengetahui perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh kincir

angin (Pk) dengan daya yang dihasilkan oleh angin (Pa), dapat dicari dengan

Persamaan 10 pada Sub Bab 2.3.5 yaitu :

Cp = x 100%

dengan :

Pk = daya yang dihasilkan kincir (watt).


maka dengan daya kincir 16,704 watt dan daya angin 129,686 watt besarnya

koefisien daya (Cp)adalah :

Cp = x 100%

= x 100 %

= 12,88 %

Sehingga didapatkan nilai Cp sebesar 12,88 %.


30

Tabel 4.1 Data percobaan kincir angin Savonius dengan sudu standard

Posisi No. Kec. Angin (v) Putaran Poros (n) Suhu Gaya Pengimbang (F)

m/s Rpm 0C Kg

0

1 7,49 206 27,9 0,4

2 7,66 176 27,9 0,52

3 7,67 119 27,9 0,65

4 7,72 66,8 28,1 0,67

5 7,79 58 28,3 0,68

6 7,80 49,8 28,3 0,71

7 7,74 47 28,4 0,71

8 7,87 43,6 28,6 0,72

1

9 6,98 172 28,7 0,38

10 7,03 145 28,8 0,49

11 7,13 82 29 0,55

12 7,11 58,6 29 0,57

13 7,08 45,7 29 0,6

14 7,12 39,8 28,8 0,62

15 7,15 39,1 28,7 0,65

2

16 6,45 138 28,5 0,36

17 6,45 97,1 28,8 0,43

18 6,51 51,1 28,5 0,46

19 6,55 41,2 28,5 0,48

20 6,55 35,8 28,6 0,5

21 6,59 29 28,8 0,52

3

22 5,95 83,3 28,9 0,32

23 6,00 46,6 28,8 0,34

24 6,05 32,2 29,1 0,39

25 6,07 23,8 28,8 0,42

26 6,04 20,6 29 0,43

4

27 5,46 45,7 29 0,26

28 5,47 28,3 28,9 0,3

29 5,51 17,3 29 0,32

*panjang lengan torsi 20 cm.


31

Tabel 4.2 Data percobaan kincir angin Savonius dengan sudu modifikasi

Posisi No. Kec. Angin (v) Putaran Poros (n) Suhu Gaya Pengimbang (F)

m/s Rpm 0C Kg

0

1 7,55 229 28,6 0,41

2 7,62 197 28,5 0,53

3 7,61 169 28,7 0,62

4 7,59 146 28,8 0,69

5 7,35 117 28,8 0,7

6 7,39 81,1 28,9 0,72

7 7,53 64,5 29,2 0,77

8 7,61 55 29,1 0,79

1

9 7,13 218 29 0,39

10 7,29 188 28,8 0,53

11 7,43 162 29 0,63

12 7,38 133 29,1 0,67

13 7,36 64,1 29,1 0,7

14 7,43 57,5 29,3 0,74

15 7,50 49,1 29,7 0,75

2

16 6,71 184 29,6 0,38

17 6,96 155 29,9 0,5

18 6,86 118 29,4 0,56

19 6,88 61,7 29,1 0,57

20 6,86 51,1 29,4 0,61

21 6,93 41,4 29,4 0,63

3

22 6,20 146 29,5 0,35

23 6,31 111 29,8 0,44

24 6,40 73 29,5 0,47

25 6,40 51,5 30,2 0,49

26 6,53 41,4 29,9 0,52

27 6,46 31,9 30,4 0,55

4

28 5,74 108 30,6 0,33

29 5,79 57,4 30,7 0,36

30 5,81 44,2 31,2 0,39

31 5,84 33,5 30,9 0,41

32 5,82 30,8 30,7 0,43

*panjang lengan torsi 20 cm.


32

4.3. Data Hasil Perhitungan

Dengan menggunakan langkah perhitungan seperti Sub Bab 4.2, maka untuk

hasil pengolahan dan perhitungan data yang lain ditunjukan dalam Tabel 4.3 dan

Tabel 4.4.

Tabel 4.3 Data hasil perhitungan kincir angin Savonius dengan sudu standard

Posisi No.

Torsi Daya Angin Daya Kincir Koefisien daya

tsr Kg.cm Nm

Pa Pk Cp

watt watt %

0

1 7,9 0,78 130 16,7 0,13 12,9% 1,01

2 10,4 1,02 138 18,8 0,136 13,6% 0,84

3 12,9 1,27 139 15,7 0,11 11,3% 0,57

4 13,4 1,32 142 9,19 0,07 6,48% 0,32

5 13,6 1,33 146 8,1 0,06 5,56% 0,27

6 14,1 1,38 146 7,21 0,05 4,94% 0,23

7 14,2 1,39 143 6,85 0,05 4,8% 0,22

8 14,3 1,4 150 6,41 0,04 4,27% 0,2

1

9 7,64 0,75 105 13,5 0,13 12,9% 0,9

10 9,8 0,96 107 14,6 0,14 13,7% 0,76

11 11,1 1,09 112 9,32 0,08 8,36% 0,42

12 11,4 1,12 110 6,86 0,06 6,22% 0,3

13 12 1,18 109 5,63 0,05 5,16% 0,24

14 12,4 1,22 111 5,06 0,05 4,57% 0,21

15 13 1,28 112 5,22 0,05 4,65% 0,2

2

16 7,2 0,71 82,4 10,2 0,12 12,4% 0,78

17 8,6 0,84 82,5 8,57 0,1 10,4% 0,55

18 9,2 0,9 85 4,83 0,06 5,68% 0,29

19 9,6 0,94 86,4 4,06 0,05 4,69% 0,23

20 10 0,98 86,6 3,67 0,04 4,24% 0,2

21 10,4 1,02 88 3,1 0,04 3,52% 0,16

3

22 6,4 0,63 64,6 5,47 0,09 8,47% 0,51

23 6,8 0,67 66,4 3,25 0,05 4,90% 0,28

24 7,8 0,77 68,1 2,58 0,04 3,78% 0,2

25 8,4 0,82 68,6 2,06 0,03 3,00% 0,14

26 8,6 0,84 67,8 1,82 0,03 2,68% 0,13

4

27 5,2 0,51 50 2,44 0,05 4,89% 0,31

28 6 0,59 50,3 1,74 0,04 3,47% 0,19

29 6,4 0,63 51,3 1,14 0,02 2,22% 0,12


33

Tabel 4.4 Data hasil perhitungan kincir angin Savonius dengan sudu modifikasi

Posisi No.

Torsi Daya Angin Daya Kincir Koefisien daya

tsr Kg.cm Nm

Pa Pk Cp

Watt Watt %

0

1 8,17 0,8 132 19,2 0,15 14,6% 1,11

2 10,6 1,04 136 21,5 0,16 15,8% 0,95

3 12,4 1,22 136 21,5 0,16 15,9% 0,81

4 13,7 1,34 134 20,6 0,15 15,3% 0,71

5 14 1,37 122 16,8 0,14 13,8% 0,58

6 14,4 1,41 124 12 0,1 9,64% 0,4

7 15,4 1,51 131 10,2 0,08 7,79% 0,31

8 15,8 1,55 135 8,92 0,07 6,60% 0,27

1

9 7,7 0,76 111 17,2 0,16 15,5% 1,12

10 10,6 1,04 119 20,5 0,17 17,2% 0,95

11 12,7 1,24 126 21,1 0,17 16,8% 0,8

12 13,4 1,31 123 18,3 0,15 14,8% 0,66

13 14 1,38 123 9,23 0,08 7,54% 0,32

14 14,8 1,45 126 8,73 0,07 6,96% 0,28

15 15 1,47 129 7,56 0,06 5,85% 0,24

2

16 7,6 0,75 92,7 14,3 0,15 15,4% 1

17 9,97 0,98 103 15,8 0,15 15,3% 0,81

18 11,1 1,09 98,8 13,5 0,14 13,7% 0,63

19 11,4 1,12 100 7,22 0,07 7,21% 0,33

20 12,1 1,19 98,9 6,35 0,06 6,42% 0,27

21 12,6 1,24 102,1 5,36 0,05 5,24% 0,22

3

22 6,9 0,68 72,9 10,4 0,14 14,2% 0,87

23 8,8 0,86 77 10,1 0,13 13,06% 0,65

24 9,4 0,92 80 7,04 0,09 8,78% 0,42

25 9,77 0,96 80,2 5,16 0,06 6,44% 0,3

26 10,4 1,02 85,2 4,43 0,05 5,19% 0,23

27 10,9 1,07 82,3 3,57 0,04 4,34% 0,18

4

28 6,5 0,64 57,6 7,2 0,13 12,49% 0,69

29 7,2 0,71 59,4 4,24 0,07 7,14% 0,36

30 7,8 0,77 59,6 3,54 0,06 5,94% 0,2

31 8,2 0,8 60,9 2,82 0,05 4,64% 0,21

32 8,5 0,83 60,3 2,69 0,05 4,46% 0,19


34

4.4. Grafik Hasil Perhitungan

Berdasarkan data hasil penelitian dan perhitungan, maka dapat dibuat grafik

hubungan antara torsi (T) dan daya kincir (Pk), torsi (T) dan putaran poros (n),

serta Cp dan tsr untuk setiap variasi.

4.4.1. Grafik untuk kincir dengan sudu standard

a. Grafik Hubungan Torsi dan Putaran Poros

Berdasarkan hasil perhitungan pada Tabel 4.4 maka dapat dibuat grafik

hubungan antara torsi (T) dan putaran poros (n) yang dihasilkan kincir angin

Savonius dengan bentuk sudu standard, seperti yang ditunjukkan pada Gambar

4.1.


Savonius dengan variasi sudu standard

b. Grafik Hubungan Torsi dan Daya Kincir


hubungan antara torsi (T) dan daya kincir (Pk) yang dihasilkan kincir angin

Savonius dengan bentuk sudu standard, seperti yang ditunjukkan pada Gambar

4.2.


35


Savonius dengan variasi sudu standard

c. Grafik Hubungan Cp dan tsr


hubungan antara Cp dan tsr yang dihasilkan kincir angin Savonius dengan bentuk

sudu standard, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3. Grafik hubungan antara Cp dan tsr untuk kincir angin Savonius dengan

variasi sudu standard


36

4.4.2. Grafik untuk kincir dengan sudu modifikasi

a. Grafik Hubungan Torsi dan Putaran Poros


hubungan antara torsi (T) dan putaran poros (n) yang dihasilkan kincir angin

Savonius dengan bentuk sudu modifikasi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar

4.4.


Savonius dengan variasi sudu modifikasi

b. Grafik Hubungan Torsi dan Daya Kincir


hubungan antara torsi (T) dan daya kincir (Pk) yang dihasilkan kincir angin

Savonius dengan bentuk sudu modifikasi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar

4.5.


37


Savonius dengan variasi sudu modifikasi

c. Grafik Hubungan Cp dan tsr


hubungan antara Cp dan tsr yang dihasilkan kincir angin Savonius dengan bentuk

sudu modifikasi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.6.


dengan variasi sudu modifikasi


38

4.5. Pembahasan

Pada tugas akhir ini telah berhasil dibuat model kincir angin Savonius enam

tingkat dengan dua buah sudu pada setiap tingkatnya dengan variasi bentuk sudu

yang berbeda antara kincir Savonius yang satu dengan yang lainnya. Berbedanya

bentuk sudu diharapkan mampu meningkatkan unjuk kerja kincir. Seperti telah

diketahui sebelumnya bahwa kincir angin berfungsi mengkonversi energi kinetik

dari angin. Sudu-sudu kincir mengkonversi energi angin menjadi energi mekanik

yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan, salah satunya adalah dengan cara

kincir angin dihubungkan dengan generator untuk menghasilkan energi listrik.

Dari hasil penelitian dengan variasi bentuk sudu dapat dilihat pengaruh

bentuk sudu terhadap unjuk kerjanya. Kincir angin dengan sudu standard

(setengah lingkaran) menghasilkan koefisien daya (Cp) sebesar 13,7 % pada

kecepatan angin 7,03 m/s. Kincir angin dengan sudu modifikasi (tidak setengah

lingkaran) menghasilkan koefisien daya sebesar 17,2 % pada kecepatan angin

7,29 m/s. Dari data tersebut dapat diketahui bahwa bentuk sudu setengah

lingkaran memepunyai koefisien daya yang lebih kecil dari pada bentuk sudu

tidak setengah lingkaran.

Perbedaan bentuk sudu ini adalah untuk mengurangi turbulensi angin masuk

pada sisi down wind karena akan mengurangi energi angin yang dikonversikan.

Koefisien daya (Cp) terbesar dihasilkan oleh kincir dengan sudu modifikasi,

karena angin yang masuk ke sudu down wind tidak banyak mengalami turbulensi.

Koefisien daya (Cp) terkecil adalah kincir dengan sudu standard, karena angin

yang masuk ke sudu up wind banyak mengalami turbulensi.

Berdasarkan grafik Betz Limit diketahui bahwa koefisien daya (Cp) kincir

angin Savonius tertinggi adalah sebesar 31 %, namun pada penelitian ini data

yang diperoleh menunjukkan koefisien daya (Cp) yang dihasilkan adalah sebesar

17,22 %. Hal ini dimungkinkan karena adanya daya dorong penghambat pada sisi

up wind sehingga angin yang seharusnya bisa dikonversi oleh kincir pada sisi

down wind menjadi tidak maksimal.


39

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Dari penelitian dan perhitungan model kincir angin Savonius, maka dapat

diambil beberapa kesimpulan :

1. Telah berhasil dibuat model kincir angin Savonius enam tingkat dengan

dua variasi kelengkungan sudu.

2. Koefisien daya maksimal yang dihasilkan oleh model kincir angin

Savonius dengan sudu standard adalah sebesar 13,9 % dengan nilai tsr

1,01. Koefisien daya maksimal yang dihasilkan oleh model kincir angin

Savonius dengan sudu modifikasi adalah sebesar 16,2 % dengan nilai tsr

1,13.

3. Daya output maksimal untuk model kincir angin Savonius dengan sudu

standard adalah sebesar 19 watt didapatkan pada saat kecepatan angin

7,72 m/s pada torsi sebesar 7,9 kg.cm, putaran poros 225 rpm. Daya

output maksimal untuk model kincir angin Savonius dengan sudu

modifikasi sebesar 22,2 watt didapatkan pada saat kecepatan angin 7,53

m/s pada torsi sebesar 9,1 kg.cm, putaran poros 230 rpm.


40

5.2. Saran

Beberapa saran untuk penelitian selanjutnya :

1. Perlu dikembangkan penelitian lebih lanjut mengenai bentuk sudu yang

mampu meningkatkan unjuk kerja kincir.

2. Kepresisian dalam pembuatan kincir angin perlu diperhatikan untuk

mendapatkan hasil yang akurat.

3. Periksa komponen kincir dan komponen pendukung kincir sebelum

pengambilan data apakah ada yang perlu diperbaiki. Hal ini perlu

dilakukan untuk meminimalisir rugi-rugi yang dapat mempengaruhi

unjuk kerja kincir.


DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar, W., Penggerak mula turbin, ITB press : Bandung 2004

Boyle, G., Renewable Energy, Oxford university Press: New York, 2004

Burton, T., David Sharpe,. Wind Energy Handbook, England 2001.. Diakses : 4

Agustus 2011. www.wiley.com

Johnson, G.L. 1997. The Search for A New Energy Source, Manhattan. Diakses :

12 Agustus 2011. [email protected]

Johnson, G.L. 2006. Wind Energy System, Manhattan. Diakses : 12 Agustus 2011.

[email protected]

Kementrian Negara Riset dan Teknologi Republik Indonesia,. Buku Putih Bidang

Energi. 2006. Diakses : 19 Juli 2011.

Pudjanarsa, Astu., Djati Nursuhud. 2008. Mesin Konversi Energi, Yogyakarta:

Penerbit Andi Yogyakarta.

http://en.wikipedia.org/wiki/Windmill, 15 April 2011

http://home.gna.org/huribatash/tutorial/introduction/tjaerborgIntro.html

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

http://id.wikipedia.org/wiki/Kincir_angin, 15 April 2011

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

http://www.alpensteel.com/article/47-103-energi-angin--wind-turbine--wind-

mill/3201--potensi-angin-melimpah-di-kawasan-pesisirindonesia.html, 17 April

2011

http://www.intechopen.com/articles/show/title/wind-turbines-theory-thebetz-

equation-and-optimal-rotor-tip-speed-ratio, 17 April 2011

http://www.physicsforums.com/showthread.php?t=229058

http://www.scribd.com/document_download/2451121?extension=pdf&skip_inters

titial=true

http://www.scribd.com/document_download/7450830?secret_password=&extensi

on=pdf

http://www.wikipedia.org

howtobuildwindgenerator.blogspot.com


www.engineeringtoolbox.com. Oktober 2011

www.jurnalinsinyurmesin.com. September 2011.

www.wikipedia.org/wiki/kincir_angin. September 2011

www.wikipedia.org/wiki/Windmill. September 2011


LAMPIRAN


Tabel L.1 Tabel sifat udara

(Sumber : www.engineeringtoolbox.com, Oktober 2011)


unjuk kerja model kincir angin savonius enam tingkat...

Documents