Gambar 4.1 Grafik kecepatan angin-vs-putaran turbin 3 sudu pada variansi kecepatan angin dan beban turbin
Gambar 4.2 Grafik kecepatan angin-vs-kapasitas aliran pada turbin 3 sudu pada variansi kecepatan angin dan beban turbin
4.2 ANALISA DATA
4.2.1 Daya angin Berdasarkan variasi kecepatan angin yang digunakan pada saat
pengujian, maka tiap variasi kecepatan angin tersebut dapat ditentukan daya angin secara teoritis. Temperatur ruangan pada saat pengujian 30
o
C 303
o
K, maka
0.00 10.00
20.00 30.00
40.00 50.00
60.00 70.00
80.00
5.0 5.5
6.0 6.5
7.0 7.5
8.0 8.5
Pu ta
ra m
T u
tb in
rp m
Kecepatan angin ms
tanpa beban Beban 2 meter
Beban 5 meter
0.00 0.50
1.00 1.50
2.00 2.50
3.00 3.50
5.0 5.5
6.0 6.5
7.0 7.5
8.0 8.5
K a
p a
si ta
s a
li ra
n
l it
er m
en it
Kecepatan angin ms
Beban 2 meter Beban 5 meter
Universitas Sumatera Utara
pada tabel karakteristik angin pada lampiran, dengan cara interpolasi diperoleh kerapatan udara: 1,1666 kgm
3
Untuk kecepatan angin v = 6,0 ms, luas sapuan A = 1 x 0.9 =0.9 m
2
, maka daya angin teoritis dapat dicari dengan persamaan 2.4 adalah:
= 1
2 . .
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . … . … . lit [3] =
1 2
1,16660,96,0 = 113,393 att Tabel berikut menunjukkan daya maksimum yang dapat diekstraksi oleh
rotor dengan luasan sapuan turbin dengan asumsi tidak ada loses dan tidak ada turbulensi, dengan menggunakan persamaan 2.4 pada setiap variasi kecepatan
pengujian adalah sebagai berikut : Tabel 4.4 Daya angin dengan variasi kecepatan angin pengujian
v
1
ms P
o
Watt 6,0
113.39352 7,0
180.06471 8,0
268.78464
4.2.2 Daya yang diserap turbin dari angin Setelah dilakukan pengujian pada turbin angin tiga sudu tanpa beban
dengan kecepatan angin sebelum melalui rotor v
1
= 6,0 ms, luas sapuan rotor A= 0,9 m
2
, diperoleh putaran rotor turbin 62,66 rpm dan kecepatan angin setelah melalui rotor v
2
= 2,39 ms. dengan membandingkan kecepatan angin sebelum dan sesudah melalui rotor turbin maka dengan menggunakan persamaan 2.14
diperoleh daya mekanik yang diserap turbin adalah: =
1 4
− +
… … … … … … … … … … . … … . . … . … . lit [3]
Universitas Sumatera Utara
= 1
4 1,16660,96 − 2,37 6 + 2,39 = 66,69287
Untuk menghitung berapa besar efesiensi teoritis atau ideal yang disebut juga power coefficient Cp dapat diperoleh dengan membandingkan daya yang
diserap turbin dengan daya angin. Dengan menggunakan persamaan 2.15 diperoleh:
= =
66,69287 113,393 52
= 0.58815 … … … … … … … … … … … … . . … . … . lit [3] Dengan menggunakan persamaan yang sama, setiap daya turbin dihitung
koefisien daya teoritisnya pada setiap keadaan pengujian.
4.2.3 Perhitungan tip-speed ratio Tip speed ratio
merupakan rasio kecepatan ujung rotor turbin dengan kecepatan angin yang melalui sudu rotor tersebut. Berdasarkan grafik koefisien
daya vs tip speed ratio pada grafik 2.2, untuk turbin savonius memiliki nilai koefisien daya maksimum pada nilai tip speed ratio berada dibawah 1.
Dari data pengujian tiga sudu tanpa beban pada kecepatan angin v
1
= 6,0 ms dan diperoleh putaran rotor turbin n=62,66 rpm, dengan menggunakan
persamaan 2.26 diperoleh nilai tip speed ratio: =
2+ ∙ 60
= 262,660,5
6,0 ∙ 60 = 0,54678 … … … … … . . … . … . lit [1]
Dengan menggunakan persamaan yang sama, setiap putaran n dihitung nilai tip-speed rationya pada setiap keadaan pengujian
Universitas Sumatera Utara
4.2.4 Perhitungan daya pompa Berdasarkan perancangan pompa torak dimana diameter silinder D=
0,035 m; Jarak langkah piston s = 0,08 m, dengan menggunakan persamaan 2.28 diperoleh volume teoritis adalah:
- = 4
. × 1000 = 4
0,035 0,081000 123+ … … … … … . . … . … . lit [1] - = 0,076969 123+
Pada pengujian turbin tiga sudu untuk tinggi pemompaan 2 meter pada kecepatan angin v
1
= 6,0 ms; dan putaran n= 39,55 rpm, maka debit teoritis pompa menurut persamaan 2.30 adalah:
4 = - = 0,07696939,55 4 = 3,04412 123+632
4 = 0,05073 liters Dengan menggunakan persamaan yang sama, pada setiap putaran n dihitung
debit teoritis pompa pada setiap keadaan pengujian berbeban. Dengan membandingkan kapasitas aliran teoritis dengan kapasitas yang
diperoleh dari hasil pengujian turbin tiga sudu, maka diperoleh efesiensi pompa. Untuk tinggi pemompaan 2 meter dimana Q
a
= 2,07 lmenit, didapat efesiensi pompa piston yang dirancang adalah:
:
;
= 4
4 =
2.07 3,04412
= 0,68068 = 68,068 Dengan mengabaikan head yang terjadi pada jalur perpipaan, maka daya
pompa pada turbin tiga sudu dengan dengan persamaan 2.31 pada tinggi pemompaan h=2 meter; Q
a
=2,07 lmenit= 0,0345x10
-3
m
3
s adalah:
= ?4
ℎ :
;
= 10009,80,0345 × 10
A
2 0.68068
… … … … … . . … . … . lit [1]
Universitas Sumatera Utara
= 0.99441
4.2. Performansi turbin Performansi turbin dalam mengkonversi energi angin untuk menggerakkan
pompa merupakan coeffisien daya yang sebenarnya terjadi dan dapat dicari dengan membandingkan daya pompa dengan energi angin. pada kecepatan angin
6 ms diperoleh daya pompa 0.99441 watt pada beban 2 meter maka performansi turbin adalah:
: = × 100 =
0.99441 113.39352
× 100 = 0,8769 Berikut adalah tabel hasil seluruh perhitungan dari hasil pengujian turbin
angin tiga sudu untuk variasi kecepatan angin dan tinggi pemompaan. Tabel 4.5 Hasil perhitungan pengujian turbin angin tiga sudu tanpa beban
v
1
ms n
rpm Q
a
lm P
t
Watt Cp
λ P
h
Watt η
t
6.0 62.66
- 66.69287
0.58815 0.54678
- -
7.0 65.48
- 105.92535
0.58826 0.48981
- -
8.0 68.73
- 157.98183
0.58776 0.44984
- -
Tabel 4.6 Hasil perhitungan pengujian turbin angin tiga sudu dengan tinggi pemompaan 2 meter
v
1
ms n
rpm Q
a
lm P
t
Watt Cp
λ P
h
Watt η
t
6.0 39.55
2.07 67.12758
0.59199 0.34514
0.99441 0.87695
7.0 44.54
2.45 106.70497
0.59259 0.33318
1.11996 0.62197
8.0 48.79
2.88 159.04803
0.59173 0.31935
1.22682 0.45643
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.7 Hasil perhitungan pengujian turbin angin tiga sudu dengan tinggi pemompaan 5 meter
v
1
ms n
rpm Q
a
lm P
t
Watt Cp
λ P
h
Watt η
t
6.0 30.15
1.54 66.99310
0.59080 0.26314
1.89538 1.67150
7.0 32.85
1.80 106.68330
0.59247 0.24569
2.06468 1.14663
8.0 36.43
2.08 159.27513
0.59258 0.23843
2.28992 0.85195
Dari hasil-hasil analisa data hasil pengujian turbin angin tiga sudu diatas apabila dibentuk dalam bentuk grafik maka akan diperoleh grafik seperti dibawah
ini.
Gambar 4.3 Grafik daya turbin angin-vs-putaran turbin 3 sudu pada variansi kecepatan angin dan beban turbin
Dari grafik diatas tampak bahwa putaran turbin semakin turun apabila pada turbin diberi beban atau beban ditambah sedangkan untuk daya turbin
bertambah apabila beban atau beban ditambah. Daya turbin paling maksimum adalah 159.27513 Watt pada saat beban 5 meter dimana putaran turbin n = 36.43
rpm
10 20
30 40
50 60
70 80
50 60
70 80
90 100 110 120 130 140 150 160 170 P
u ta
r a
n T
u r
b in
r p
m
Daya turbin watt
tanpa beban beban 2 meter
Beban 5 meter
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.5 Grafik tip speed-ratio-vs-koefisien daya turbin 3 sudu pada variansi kecepatan angin dan beban turbin
Dari grafik diatas dapat kita lihat bahwa garis tip speed ratio λ semakin kecil apabila pada turbin diberikan beban atau beban ditambah, sebaliknya
coefisien dayanya semakin besar apabila pada turbin diberikan beban atau beban ditambah. Koefisien daya Cp paling maksimum adalah 0.59259 didapat pada saat
beban 2 meter dengan tip speed ratio 0.33318.
4.3 PERBANDINGAN HASIL Hasil penelitian turbin angin savonius dengan tiga sudu ini akan
