29
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Dalam pembahasan ini membahas hasil penelitian untuk mendapatkan karakteristik turbin angin poros vertikal setiap variasi pada sudut pitch rotor -
22,5
o
, -45
o
, 22,5
o
, 45
o
, dan sudut pitch aktif. Berdasarkan karakteristik pada penelitian ini adalah untuk mendapatkan nilai koefisien daya dan tsr dalam suatu
grafik, serta menggabarkan hubungan kecepatan putar pada poros terhadap torsi. Data yang didapat dalam pengukuran di lapangan diolah untuk mendapatkan nilai
– nilai yang dibutuhkan, seperti pada persamaan yang digunakan untuk menghasilkan grafik yang baik dalam pembahasan suatu penelitian.
Kecepatan angin yang digunakan berasal dari wind tunnel berdiameter 1,5 m. Kecepatan angin wind tunnel diatur pada frekuensi 33 Hz menggunakan
invertor hingga mencapai kecepatan angin rata – rata 6 ms terhadap turbin angin
yang akan diuji. Posisi dalam penelitian ini seperti pada skema pengujian, yaitu jarak turbin angin yang akan diuji dengan wind tunnel berjarak 1,8 m. Posisi
datangnya arah angin tegak lurus terhadap media uji. Variasi sudut pitch rotor 22,5
o
, 45
o
, -22,5
o
, -45
o
, dan sudut pitch aktif atau fleksibel dapat diketahui melalui pengukuran, perhitungan serta grafik hasil
penelitian dengan pembahasan yang disajikan pada hasil penelitian seperti berikut.
4.1. Hasil Penelitian Turbin Angin Savonius Dengan Sudut Pitch 22,5
o
Penelitian yang dilakukan pada posisi sudut pitch rotor 22,5
o
terhadap turbin angin poros vertikal yang telah dibuat seperti pada Gambar 3.10a. Didapat hasil
pengukuran kecepatan rotor dan pembebanan pada kecepatan angin rata - rata 6 ms dengan frekuensi wind tunnel 33 Hz. Pengujian dilakukan pada pukul 10:13
– 10:57 WIB. Data yang diperoleh dari pengujian di lapangan seperti pada Tabel
4.1. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Tabel 4.1 Data pengamatan turbin angin variasi sudut
pitch rotor 22,5
o
pada kecepatan angin 6 ms
No. Gaya pembebanan, F
Kecepatan rotor, n N
rpm 1.
113 2.
118 3.
115 4.
1,0 96
5. 1,0
95 6.
1,0 95
7. 2,0
87 8.
2,0 86
9. 2,0
80 10.
2,5 75
11. 2,5
77 12.
2,5 76
13. 3,0
66 14.
3,0 65
15. 3,0
64 16.
3,5 62
17. 3,5
63 18.
3,5 64
19. 4,0
53 20.
4,0 55
21. 4,0
54 22.
4,5 47
23. 4,5
49 24.
4,5 53
25. 5,0
35 26.
5,0 33
27. 50
33
4.1.1. Kalkulasi Data Variasi Sudut Pitch Rotor 22,5
o
Kalkulasi data dilakukan untuk memperoleh nilai kecepatan sudut
dalam rads, torsi T dalam Nm, daya angin P
in
dan daya turbin P
out
dalam watt, tip speed ratio
λ
dan koefisien daya C
p
dalam . Perhitungan dilakukan satu kali sebagai perwakilan dari setiap kolom pada data Tabel 4.1
sebagai acuan dalam pengolahan data. Menghitung kecepatan ujung sudu atau kecepatan sudut dapat
menggunakan Persamaan 2.11. Perhitungan menggunakan data kecepatan rotor 96 rpm dari Tabel 4.1. nomor 4 empat hasil pengukuran di lapangan pada variasi
sudut pitch rotor 22,5
o
menjadi PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
rads 05
, 10
60 96
2 60
2
n
Masih pada data nomor empat pada Tabel 4.1. Perhitungan torsi menggunakan Persamaan 2.10 dengan gaya sebesar 1 N dan panjang lengan torsi
adalah 0,2 m pada mekanisme pembebanan di lapangan, persamaan dapat dituliskan seperti
Nm 2
, 2
, 1
T T
F T
Daya angin dapat dihitung menggunakan Pesamaan 2.9 dengan massa jenis udara adalah 1,18 kgm
3
, tinggi turbin 0,8 m, diameter turbin 0,74 m dan kecepatan angin 6 ms, maka persamaan dapat ditulis
watt 44
, 75
6 8
, 74
, 18
, 1
2 1
2 1
3 3
in in
in
P P
Av P
Dari kecepatan sudut 10,05 rads dan torsi 0,2 Nm yang diperoleh dari perhitungan, maka daya turbin dapat dihitung menggunakan persamaan seperti
pada Persamaan 2.12.
watt 01
, 2
05 ,
10 2
,
out out
out
P P
T P
Untuk mendapatkan nilai tsr dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.14 dengan kecepatan sudut yang diketahui adalah 10,05 rads, jari
– jari turbin 0,37 m dan kecepatan angin 6 ms, maka persamaan
62 ,
tsr 6
37 ,
05 ,
10 tsr
tsr
v R
Dari perhitungan daya angin dan daya turbin dapat dihitung juga nilai koefisien daya C
p
menggunakan persamaan seperti pada Persamaan 2.15 dengan P
in
adalah 75,44 watt dan P
out
adalah 2,01 watt maka nilai koefisien daya dapat dihitung seperti
67 ,
2 100
44 ,
75 01
, 2
100
p p
in out
p
C C
P P
C
Dari semua kalkulasi data yang dilakukan untuk mendapat nilai karakteristik pada variasi sudut pitch rotor 22,5
o
. Data nomor selanjutnya pada data Tabel 4.1 dapat berturut - turut dihitung dengan cara yang sama.
4.1.2. Hubungan Kecepatan Rotor Terhadap Torsi Pada Variasi Sudut Pitch
Rotor 22,5
o
Hubungan kecepatan rotor rpm dengan torsi Nm dapat dilihat dari data hasil olahan Tabel 4.2 dari data tersebut dikelompokan untuk menggambarkan
grafik yang berbentuk linier seperti pada Gambar 4.1 terlihat pada grafik bahwa kecepatan rotor akan mengalami penurunan apabila torsi semakin besar.
4.1.3. Hubungan Koefisien Daya Terhadap Tsr Pada Variasi Sudut Pitch Rotor
Turbin 22,5
o
Hubungan koefisien daya terhadap tsr bertujuan untuk mendapatkan nilai koefisien daya yang terjadi pada saat pengujian pada variasi sudut pitch rotor
22,5
o
. Hubungan ini juga dapat dikelompokan dari data Tabel 4.2 untuk PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
menggambarkan sebuah grafik. Data yang telah diolah dengan baik dari tabel tersebut dapat digambarkan sebuah grafik seperti pada Gambar 4.2.
Tabel 4.2 Hasil kalkulasi data pengamatan variasi sudut pitch rotor 22,5
o
pada kecepatan angin 6 ms
No. Gaya
pembebanan, F
Kec. rotor,
n Kecepatan
sudut, ω
Torsi, T
Daya angin,
P
in
Daya rotor,
P
out
Tsr, λ
Koef. daya, C
p
N rpm
rads Nm
watt watt
1. 113
11,83 75,44
0,73 2.
118 12,36
75,44 0,76
3. 115
12,04 75,44
0,74 4.
1,0 96
10,05 0,2
75,44 2,01
0,62 2,67
5. 1,0
95 9,95
0,2 75,44
1,99 0,61
2,64 6.
1,0 95
9,95 0,2
75,44 1,99
0,61 2,64
7. 2,0
87 9,11
0,4 75,44
3,64 0,56
4,83 8.
2,0 86
9,01 0,4
75,44 3,60
0,56 4,77
9. 2,0
80 8,38
0,4 75,44
3,35 0,52
4,44 10.
2,5 75
7,85 0,5
75,44 3,93
0,48 5,21
11. 2,5
77 8,06
0,5 75,44
4,03 0,50
5,34 12.
2,5 76
7,96 0,5
75,44 3,98
0,49 5,27
13. 3,0
66 6,91
0,6 75,44
4,15 0,43
5,50 14.
3,0 65
6,81 0,6
75,44 4,08
0,42 5,41
15. 3,0
64 6,70
0,6 75,44
4,02 0,41
5,33 16.
3,5 62
6,49 0,7
75,44 4,54
0,40 6,02
17. 3,5
63 6,60
0,7 75,44
4,62 0,41
6,12 18.
3,5 64
6,70 0,7
75,44 4,69
0,41 6,22
19. 4,0
53 5,55
0,8 75,44
4,44 0,34
5,89 20.
4,0 55
5,76 0,8
75,44 4,61
0,36 6,11
21. 4,0
54 5,65
0,8 75,44
4,52 0,35
6,00 22.
4,5 47
4,92 0,9
75,44 4,43
0,30 5,87
23. 4,5
49 5,13
0,9 75,44
4,62 0,32
6,12 24.
4,5 53
5,55 0,9
75,44 5,00
0,34 6,62
25. 5,0
35 3,67
1,0 75,44
3,67 0,23
4,86 26.
5,0 33
3,46 1,0
75,44 3,46
0,21 4,58
27. 5,0
33 3,46
1,0 75,44
3,46 0,21
4,58
Gambar 4.1 Grafik hubungan kecepatan rotor dengan torsi pada variasi
sudut pitch rotor 22,5
o
.
Gambar 4.2 Grafik hubungan koefisien daya dengan tsr pada variasi
sudut pitch rotor 22,5
o
. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Dari grafik yang telah terbentuk seperti pada Gambar 4.2 hubungan C
p
dengan tsr dapat disimpulkan bahwa nilai C
p max
pada grafik adalah 2135
, 051
, 31
437 ,
42
2
p
C 4.1
Untuk mencari titik optimal maka
d
dC
p
051 ,
31 2
437 ,
42
d dC
p
366 ,
051 ,
31 2
437 ,
42
Dari Persamaan 4.1 nilai C
p max
pada tsr 0,366 adalah
71 ,
5 2135
, 366
, 051
, 31
366 ,
437 ,
42
2
p p
C C
Dari perhitungan pada persamaan yang dihasilkan oleh grafik C
p
dengan tsr maka dapat terlihat bahwa nilai C
p max
adalah 5,71 terjadi pada tsr 0,366.
4.2. Hasil Penelitian Turbin Angin Savonius Dengan Sudut Pitch 45