TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

  

UNJUK KERJA

KINCIR ANGIN SAVONIUS SATU TINGKAT DENGAN

JUMLAH SUDU 2 DAN 9

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  

Jurusan Teknik Mesin

Disusun oleh:

Anak Agung Made Yudhanegara

  

055214033

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

2010

  

THE PERFORMANCE OF ONE STAGE

SAVONIUS WINDMILL WITH 2 AND 9 NUMBER OF BLADE

FINAL PROJECT

Presented as partial Fulfillment on the Requirements

To obtain the Sarjana Teknik degree

  

In Mechanical Engineering

By:

Anak Agung Made Yudhanegara

  

055214033

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2010

  

LEMBAR

PERNYATAAN

  Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah. v

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Sanata Dharma : Nama : Anak Agung Made Yudhanegara NIM : 055214033

  Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

  ………………………………………………………………………………………… ………UNJUK KERJA KINCIR ANGIN SAVONIUS SATU TINGKAT…….. ……………..…..……DENGAN JUMLAH SUDU 2 DAN 9………………………. …………………………………………………………………………………………. Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengolahnya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikan di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya ataupun memberikan royalti kepada saya selama masih tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

  Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Yogyakarta, Juni 2010

  

ABSTRAK

  Energi merupakan salah satu faktor pendukung kehidupan manusia yang paling vital karena tanpa adanya energi semua aspek kehidupan di muka bumi ini tidak akan tercipta. Negara Indonesia tercatat sebagai negara dengan garis pantai terpanjang di dunia, ini berarti bahwa Indonesia memiliki potensi terbesar akan salah satu sumber energi terbarukan yaitu energi angin. Kebanyakan energi angin modern dikonversikan ke dalam bentuk energi listrik dengan cara mengubah gerak rotasi sudu Cara pemanfaatan energi angin untuk memperoleh energi listrik salah satunya dengan menggunakan kincir angin savonius yang mengkonversikan energi angin yang datang menjadi energi listrik. Tujuan penelitian yaitu membuat model kincir angin Savonius satu tingkat dengan jumlah sudu 2 dan 9 untuk mengetahui daya yang dihasilkan dari masing-masing variasi jumlah sudu serta endapatkan grafik hubungan Cp (koefisien daya) dan Tsr (Tip Speed Ratio) kincir angin savonius

  Penelitian ini bertujuan menguji model kincir angin Savonius dengan variabel yang diukur dalam pengujian yaitu daya angin yang tersedia, besarnya Tsr (Tip Speed Ratio), torsi yang dihasilkan kincir angin, daya keluaran yang dihasilkan kincir angin, dan Koefisien daya kincir angin.

  Hasil dari penelitian ini yaitu telah dibuat model kincir angin Savonius satu tingkat dengan jumlah sudu 2 dan 9. Kincir angin Savonius dengan jumlah sudu 2 menghasilkan daya output tertinggi sebesar 12,18 Watt dengan efisiensi tertinggi 23,54%. Kincir angin Savonius dengan jumlah sudu 9 menghasilkan daya output tertinggi sebesar 0,22 Watt dengan efisiensi tertinggi 0,25%. Kincir angin Savonius dengan jumlah sudu 9 bercelah menghasilkan daya output tertinggi sebesar 6,14 Watt dengan efisiensi tertinggi 10,32%.

KATA PENGANTAR

  Puji Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan bimbingan-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dalam mencapai gelar sarjana.

  Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, sekaligus sebagai wujud harapan dan cita-cita penulis untuk selalu belajar tanpa batas.

  Penyusunan skripsi ini tidak mungkin dapat terlaksana dengan baik tanpa adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak yang terkait. Pada kesempatan ini, dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada :

  1. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T, selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  2. Bapak Budi Sugiharto, S.T, M.T, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  3. Bapak Ir. Yohanes Baptista Lukiyanto, M.T. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, dorongan serta meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

  4. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.

  5. Anak Agung Kompiang Mustika dan Mercuria Triani Sri Hartati selaku orang tua yang selalu memberi dukunngan selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.

  6. Teman-teman mahasiswa angkatan 2005 khususnya dan semua angkatan Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma serta semua pihak yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu.

  Penulis menyadari sepenuhnya bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna karena keterbatasan pengetahuan yang dimiliki penulis. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca untuk menyempurnakan laporan ini. Akhir kata, semoga laporan ini dapat berguna bagi pembaca semua.

  Yogyakarta, Juni 2010 Penulis

  DAFTAR ISI

  Halaman HALAMAN JUDUL .............................................................................. i TITLE PAGE ......................................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ................................... iii HALAMAN PENGESAHAN ................................................................. iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA. ................................................ v LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH. .................................................................................. vi ABSRAK ................................................................................................ vii KATA PENGANTAR ............................................................................ viii DAFTAR ISI ........................................................................................... x DAFTAR TABEL ................................................................................... xiii DAFTAR GAMBAR .............................................................................. xvi BAB I. PENDAHULUAN ......................................................................

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

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

  4 1.3. Tujuan ........................................................................................

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

  5 1.5. Tujuan ........................................................................................

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

  6 2.1. Energi Angin ..............................................................................

  6

  2.2. Tipe Turbin.................................................................................

  7 2.3. Bagan Kincir Angin Savonius ....................................................

  9 2.4. Kelebihan Kincir Angin Savonius .............................................

  10 2.5. Gerak Turbin ..............................................................................

  10 2.6. Daya Energi Angin .....................................................................

  11 2.5. Turbin Angin ..............................................................................

  12 BAB III. METODE PENELITIAN.........................................................

  15 3.1. Bahan Penelitian.........................................................................

  15 3.2. Sarana Penelitian ........................................................................

  15 3.3. Peralatan Penelitian ....................................................................

  16 3.4. Cara Kerja Alat ..........................................................................

  23 3.5. Analisa Data ...............................................................................

  24 3.6. langkah Penelitian ......................................................................

  25 BAB IV. PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ...............................

  27 4.1. Persamaan Dan Data Penelitian .................................................

  27 4.1.1. Persamaan Yang Digunakan ............................................

  27 4.1.2. Data penelitian ..................................................................

  28 4.2. Pengolahan Dan Perhitungan Data ............................................

  39 4.2.1. Luas Penampang Kincir ....................................................

  39 4.2.2. Daya Yang Dihasilkan Angin ...........................................

  39 4.2.3. Torsi Pada Poros ...............................................................

  39 4.2.4. Daya Yang Dihasilkan Kincir ...........................................

  40

  4.2.5. Menghitung Tsr .................................................................

  40 4.2.6. Menghitung Cp .................................................................

  40 4.3. Data Hasil Perhitungan ..............................................................

  41 4.4. Diagram Dan Pembahasan .........................................................

  52 BAB V. PENUTUP .................................................................................

  61 5.1. Kesimpulan ................................................................................

  61 5.1. Saran ...........................................................................................

  62 DAFTAR PUSTAKA .............................................................................

  63

  DAFTAR TABEL

  Halaman

Tabel 1.1. Data angin oleh Pusat Meteorologi dan Geofisika tentang daerah yamg mempunyai kecepatan angin rata-rata 3.5

  m/s atau lebih .....................................................................

  3 Tabel 4.1. Data penelitian sudu 2 dengan kecepatan angin rata-rata 7 m .................................................................................

  29

  s

Tabel 4.2. Data penelitian sudu 2 dengan kecepatan angin rata-rata m .................................................................................

  6

  30

  s

Tabel 4.3. Data penelitian sudu 2 dengan kecepatan angin rata-rata m .................................................................................

  5

  31

  s

Tabel 4.4. Data penelitian sudu 2 dengan kecepatan angin rata-rata 4 m .................................................................................

  32

  s

Tabel 4.5. Data penelitian sudu 2 dengan kecepatan angin rata-rata 3 m .................................................................................

  33

  s

Tabel 4.6. Data penelitian sudu 9 dengan kecepatan angin rata-rata m .................................................................................

  7

  34

  s

Tabel 4.7. Data penelitian sudu 9 dengan celah 10 cm dan kecepatan angin rata-rata 7 m ........................................

  35

  

s

Tabel 4.8. Data penelitian sudu 9 dengan celah 10 cm dan kecepatan angin rata-rata 6

  42 Tabel 4.13. Hasil perhitungan sudu 2 dengan kecepatan angin rata- rata 6

  s m ..........................................................................

  45 Tabel 4.16. Hasil perhitungan sudu 2 dengan kecepatan angin rata- rata 3

  s m ..........................................................................

  44 Tabel 4.15. Hasil perhitungan sudu 2 dengan kecepatan angin rata- rata 4

  s m ..........................................................................

  43 Tabel 4.14. Hasil perhitungan sudu 2 dengan kecepatan angin rata- rata 5

  s m ..........................................................................

  s m ..........................................................................

  s m ........................................

  39 Tabel 4.12. Hasil perhitungan sudu 2 dengan kecepatan angin rata- rata 7

  s m .........................................................

  38 Tabel 4.11. Data penelitian sudu 9 dengan celah dengan kecepatan angin rata-rata 3

  s m ........................................

  37 Tabel 4.10. Data penelitian sudu 9 dengan celah 10 cm dan kecepatan angin rata-rata 4

  

s

m .........................................

  36 Tabel 4.9. Data penelitian sudu 9 dengan celah 10 cm dan kecepatan angin rata-rata 5

  46

Tabel 4.17. Hasil perhitungan sudu 9 dengan kecepatan angin rata- rata 7

  s m ..........................................................................

  47 Tabel 4.18. Hasil perhitungan sudu 9 dengan celah 10 cm dan kecepatan angin rata-rata 7

  s m ........................................

  48 Tabel 4.19. Hasil perhitungan sudu 9 dengan celah 10 cm dan kecepatan angin rata-rata 6

  s m ........................................

  49 Tabel 4.20. Hasil perhitungan sudu 9 dengan celah 10 cm dan kecepatan angin rata-rata 5

  s m ........................................

  50 Tabel 4.21. Hasil perhitungan sudu 9 dengan celah 10 cm dan kecepatan angin rata-rata 4

  s m ........................................

  51 Tabel 4.22. Hasil perhitungan sudu 9 dengan celah 10 cm dan kecepatan angin rata-rata 3

  s m ........................................

  52

  DAFTAR GAMBAR

  18 Gambar 3.4. Wind tunel ...................................................................... 18 Gambar 3.5. Blower ............................................................................

  21 Gambar 3.12. Lingkar batas sudu .........................................................

  21 Gambar 3.11. Motor listrik....................................................................

  20 Gambar 3.10. V Belt .............................................................................

  20 Gambar 3.9. Puli .................................................................................

  19 Gambar 3.8. Anemometer ...................................................................

  19 Gambar 3.7. Panel lampu ....................................................................

  18 Gambar 3.6. Multimeter ......................................................................

  17 Gambar 3.3. Tachometer .....................................................................

  Halaman Gambar 2.1. Berbagai jenis turbin angin ............................................

  16 Gambar 3.2. Generator ........................................................................

  13 Gambar 3.1. Keseluruhan kincir angin savonius ................................

  11 Gambar 2.7. Grafik Betz .....................................................................

  10 Gambar 2.6. Arah angin dan arah putaran kincir ................................

  9 Gambar 2.5. Penampang potongan melintang dari masing-masing variasi sudu. ..................................................................

  9 Gambar 2.4. Bagan kincir angin savonius ..........................................

  8 Gambar 2.3. Penampang turbin savonius ............................................

  7 Gambar 2.2. Torsi rotor untuk berbagai jenis turbin angin .................

  22

Gambar 3.13. Poros ..............................................................................

  22 Gambar 3.14. lengkap dengan besi siku dan baut ................................

  23 Gambar 3.15. Timbangan .....................................................................

  23 Gambar 3.16. Kabel .............................................................................

  24 Gambar 4.1. Grafik hubungan Pout-kec.angin sudu 2 ........................

  53 Gambar 4.2. Grafik hubungan Pout-kec.angin sudu 9 ........................

  54 Gambar 4.3. Grafik hubungan Pout-kec.angin sudu 9 dengan celah 10 cm .............................................................................

  55 Gambar 4.4. Grafik perbandingan hubungan Pout-kec.angin sudu 2 dan 9 serta sudu 9 dengan celah 10cm ..........................

  56 Gambar 4.5. Grafik hubungan Cp dan Tsr sudu 2 ..............................

  57 Gambar 4.6. Grafik hubungan Cp dan Tsr sudu 9 ..............................

  58 Gambar 4.7. Grafik hubungan Cp dan Tsr sudu 9 dengan celah 10 cm

  59 Gambar 4.8. Grafik perbandingan hubungan Cp dan Tsr sudu 2 dan 9 serta sudu 9 dengan celah 10 cm ................................

  60 Gambar 4.9. Grafik Betz .....................................................................

  61

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Energi merupakan salah satu faktor pendukung kehidupan manusia yang

  paling vital karena tanpa adanya energi semua aspek kehidupan di muka bumi ini tidak akan tercipta. Sumber energi yang paling banyak digunakan sekarang ini adalah energi yang tidak dapat diperbaharui dan sewaktu-waktu dapat habis, misalnya energi minyak bumi, gas, batu bara, dan lain-lain. Seiring perkembangan jaman dan pertumbuhan jumlah penduduk yang sangat pesat maka kebutuhan akan energi semakin banyak pula dan itu memaksa untuk menggali dan mengambil energi dari perut bumi secara besar-besaran. Di sisi lain jumlah energi yang ada di perut bumi ini kian hari semakin berkurang dan tidak menutup kemungkinan akan habis.

  Pemakaian energi di dunia dalam jangka waktu mendatang seperti yang diperkirakan oleh lembaga Energy Information Administration (EIA) hingga tahun 2025 masih didominasi oleh bahan bakar fosil seperti minyak bumi, gas alam dan batubara, sedangkan penggunaan energi terbarukan masih relatif sedikit. Di samping itu, dari segi pemakaian, sumber energi minyak secara global didominasi untuk kepentingan transportasi, dan hingga awal tahun 2025 diperkirakan masih akan terus meningkat, sedangkan untuk daerah komersial dan tempat tinggal dapat dikatakan tidak akan terjadi perubahan yang signifikan.

  Melihat keadaan tersebut manusia dituntut berpikir dan bertindak untuk penemuan. Ada berbagai macam cara untuk menindaklanjuti keadaan tersebut, yaitu dengan memanfaatkan sumber daya alam sebagai pengganti minyak bumi, yang sebenarnya ada di sekitar kita, contohnya : energi angin, energi gelombang, energi surya, energi air, biogas dan lain sebagainya.

  Kebutuhan listrik dunia diproyeksikan akan meningkat dari 14.275 milyar watt pada tahun 2002 melonjak menjadi 26.018 milyar watt pada tahun 2025, dan untuk mendapatkan energi listrik tersebut sebagian besar diperoleh dari batubara yaitu hampir 40%, diikuti oleh gas.

  Penggunaan energi di Indonesia secara umum meningkat pesat sejalan dengan pertumbuhan penduduk, pertumbuhan perekonomian maupun perkembangan teknologi. Dari data pemakaian energi di Indonesia hingga saat ini lebih dari 90% penduduk Indonesian masih menggunakan energi yang berbasis fosil, yaitu minyak bumi 54,4%, gas 26,5% dan batubara 14,1%. Untuk energi panas bumi 1,4%, PLTA 3,4%. (http://dbm.djmbp.esdm.go.id/old/portal-

  dpmb/modules/_news/news_detail.php?_id=2161&_cid=4)

  Negara Indonesia tercatat sebagai negara dengan garis pantai terpanjang di dunia. Ini berarti bahwa Indonesia memiliki potensi terbesar akan salah satu sumber energi terbarukan yaitu angin. Energi angin yang tersedia berlimpah, tidak habis-habis, dan tersebar luas. Penggunaan energi angin memiliki beberapa keunggulan yakni bersih dan tidak menimbulkan polusi. Dari data yang diperoleh, potensi energi angin di Indonesia tercatat 9268,61 MW, namun hingga tahun 1999, kapasitas yang terpasang hanya 0,888 MW atau prosentase pemanfaatannya baru 0,00956 %.

  Kebanyakan energi angin modern dikonversikan ke dalam bentuk energi listrik dengan cara mengubah gerak rotasi menjadi arus listrik dengan menggunaka

  4.03

  51.3

  8 Iswahyudi

  5.15

  95.5

  9 Kalianget

  4.15

  65.6

  10 Denpasar

  59.5

  7 Semarang

  11 Pasir Panjang

  4.95

  66.7

  12 Kupang/Penfui

  5.75

  78.6

  13 Waingapu

  3.65

  32.7 Sumber : Pusat Meteorologi dan Geofisika, 2000 Kincir angin yang telah dibuat selama ini dinilai masih kurang berfungsi secara optimal. Oleh karena itu, melalui variasi jumlah sudu pada kincir angin

  3.9

  84.8

Tabel 1.1. Data angin oleh Pusat Meteorologi dan Geofisika tentang daerah yamg mempunyai kecepatan angin rata-rata 3.5 m/s atau lebih.

  62.5

  No Nama Daerah Kecepatan Rata-rata

  (m/s) Masa Bertiup Angin

  Di atas 4.0 m/s (%)

  1 Blang Bintang

  3.5

  42.6

  2 Tanjung Pinang

  3.75

  3 Tanjung Pandang

  5.3

  4.35

  75

  4 Pondok Betung

  3.7

  25

  5 Margahayu

  4.3

  90

  6 Rendole/Pati

  Savonius ini diharapkan kincir angin yang dihasilkan dapat memberikan koefisien daya yang semakin meningkat.

  Sebab-Sebab Kincir Angin Savonius Dibuat: 1) Masih banyak masyarakat yang belum menikmati energi listrik.

  2) Keingan meningkatkan produktifitas masyarakat. 3) Keinginan mengurangi polusi. 4) Penggunaannya praktis dan mudah dibuat.

  1.2. Rumusan Masalah

  Permasalahan yang dapat dirumuskan pada pembuatan alat ini adalah sebagai berikut: 1) Indonesia mempunyai potensi angin yang banyak tetapi kecepatannya rendah.

  2) Indonesia hanya memiliki SDM yang rendah, termasuk dalam bidang pendidikan sehingga tidak bisa untuk diterapkan alat teknologi tinggi.

  3) Untuk alternatifnya dibuat desain alat yang sederhana dan mudah mendapatkannya, seperti kincir angin dengan sudu vertikal.

  1.3. Tujuan

  1) Membuat model kincir angin Savonius satu tingkat dengan jumlah sudu 2 dan 9.

  2) Menguji model kincir angin Savonius untuk mengetahui daya yang dihasilkan dari masing-masing variasi jumlah sudu 3) Mendapatkan grafik hubungan Cp dan Tsr kincir angin savonius.

  1.4. Manfaat

  1) Memberikan kontribusi alternatif pemanfaatan energi angin pada masyarakat.

  2) Menambah kepustakaan pada bidang energi terbarukan. 3) mengurangi ketergantungan terhadap minyak bumi yang semakin menipis dan mahal.

  1.5. Batasan Masalah

  Agar permasalahan yang ada tidak berkembang menjadi luas, maka perlu adanya batasan terhadap permasalahan yang akan dibuat yaitu: 1) Jumlah sudu yang digunakan ialah 2 sudu dan 9 sudu lengkung dan 9 sudu lengkung dengan celah 10 cm.

  2) Tinggi kincir angin savonius 0,5 m dan diameter 0,8 m. 3) Variasi kecepatan angin 7 m , 6 m , 5 m , 4 m , 3 m serta variasi

  s s s s s

  beban yaitu 8-220watt 4) Daya out put diukur pada poros kincir.

  5) Beban berupa lampu yang disusun secara paralel dengan variasi beban yang dipakai adalah dari 8 - 220 watt.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Energi Angin

  Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan manusia. Perahu-perahu layar menggunakan energi ini untuk melewati perairan sudah lama sekali. Dan sebagaimana diketahui, pada asasnya angin terjadi karena ada perubahan suhu antara udara panas dan udara dingin. Di tiap daerah keadaan suhu dan kecepatan angin berbeda. Untuk mengurangi keterbatasan penggunaan energi yang tak terbaharukan dalam pembangkitan energi listrik khususnya maka diperlukan energi-energi alternatif lain sebagai penggantinya. Dalam rangka mencari bentuk- bentuk sumber energi alternatif yang bersih dan terbarukan, energi angin mendapat perhatian yang besar.

  Seperti yang telah dijelaskan, Angin adalah udara yang bergerak dari tekanan udara yang lebih tinggi ke tekanan udara yang lebih rendah. Perbedaan tekanan udara disebabkan oleh perbedaan suhu udara akibat pemanasan atmosfir yang tidak merata oleh sinar matahari. Karena bergerak angin memiliki energi kinetik. Energi angin dapat dikonversi atau ditransfer ke dalam bentuk energi lain seperti listrik atau mekanik dengan menggunakan kincir atau turbin angin. Oleh karena itu, kincir atau turbin angin sering disebut sebagai Sistem Konversi Energi Angin.

2.2. Tipe Turbin Angin

  Turbin angin poros Vertikal atau VAWT (Vertical Axis Wind Turbine) adalah turbin dengan poros vertikal sepanjang menara dan mempunyai generator pembangkit listrik dibawah poros. Sedangkan turbin angin poros horizontal atau HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine) adalah turbin dengan poros utama horizontal dan generator pembangkit listrik pada puncak menara.

Gambar 2.1. Berbagai jenis turbin angin.

  

(http://www.scribd.com/doc/16577921/4676812-Kincir-Angin-Untuk-Stasiun-

Pengisian-Listrik)

Gambar 2.2. Torsi rotor untuk berbagai jenis turbin angin.

  (http://www.scribd.com/doc/16577921/4676812-Kincir-Angin-Untuk-Stasiun-

  

Pengisian-Listrik )

  Salah satu turbin angin poros vertikal adalah turbin angin savonius. Turbin angin savonius dicipta pertama kali di negara Finlandia oleh S. Savonius tahun 1931. Konsep dasar savonius dikembangkan berdasarkan prinsip Flettner. Savonius menggunakan sudu dengan cara memotong silinder Flettner menjadi 2 paruhan sepanjang garis puast dan kemudian memposisikan 2 paruhan tersebut membentuk seperti huruf ”S” yang diletakan pada lingkaran batas sudu. a. tipe U b. Tipe L

Gambar 2.3. Penampang turbin savonius

   (http://gramlich.net/projects/oceania/seastead1.html)

  Berdasarkan persoalan tersebut, diperkirakan bahwa jumlah sudu dan kecepatan angin berpengaruh pada unjuk kerja kincir angin savonius. Oleh sebab itu untuk mengetahui faktor-faktor unjuk kerja maka dilakukan penelitian dengan memberi variasi pada jumlah sudu yaitu 2 sudu, 9 susu lengkung, dan 9 sudu lengkung dengan celah 10 cm serta variasi kecepatan angin 7 m , 6 m , 5 m , 4

  s s s

m , 3 m dan variasi beban yaitu 8-220 watt dengan penambahan kelipatan 8

s s

  watt untuk memperoleh daya output yang dihitung pada poros 2.3.

   Bagan Kincir Angin savonius

  1. Poros

  2. Lingkaran batas sudu

  3. Sudu

  4. Dudukan transmisi

  5. Lengan

  6. Puli besar

  7. Sabuk

  8. Puli kecil

  9. Generator

Gambar 2.5. Penampang potongan melintang dari masing-masing variasi sudu 2.4.

   Kelebihan Kincir Savonius

   Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.

   Bisa diletakkan lebih dekat ke tanah, membuat pemeliharaan bagian- bagiannya yang bergerak jadi lebih mudah.

   Menerima angin dari berbagai arah tanpa merubah posisi kincir.

   Memiliki penampang sudu yang lebih luas.

   Memiliki nilai torsi yang besar.

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 drag force sudu upwind dengan drag force sudu downwind.

  ARAH PUTARAN DOWNWIND UPWIND

ARAH ANGIN

Gambar 2.6. Arah angin dan arah putaran kincir

2.6. Daya Energi Angin

  Daya teoritis yang disediakan angin dapat dihitung dari perkalian masa jenis udara dikalikan luas penampang kincir angin dikalikan pangkat tiga kecepatan angin 1.

   Menghitung daya angin yang tersedia dapat menggunakan persamaan

  (Lukiyanto, Y. B., Kuliah Rekayasa Tenaga Angin) :

3 Pin = 0,6×A×v

  … … (Watt) dengan : Pin = Daya Yang Tersedia (Watt)

  2 A = Luas Penampang kincir( m )

  v = Kecepatan Angin (m/det) Pada Gambar 2.7. ditunjukkan bahwa, daya angin yang dapat dimanfaatkan dengan menggunakan turbin angin dengan propeller yang ideal maksimum 59% dari daya yang disediakan angin. Sementara ini, daya efektif maksimal yang dapat dicapai oleh sebuah kincir (atau turbin) angin tipe Savonius hanya mencapai 30% dari daya yang disediakan angin.

  Ideal Propeller High Speed Propeller Savonius Darrieus American multiblade Dutch Four Arm

Gambar 2.7. Grafik Betz 2.7.

   Turbin Angin

  Untuk mendesain sebuah kincir angin, ada banyak hal yang harus diperhatikan. Hal pertama yang harus dipertimbangkan yaitu berapa besar daya yang kita butuhkan, kemudian kecepatan angin, setelah itu yang tidak kalah penting yaitu berapa jumlah blade yang harus digunakan, dan masih banyak hal teknis lainnya. Hal pertama yang diperhatikan dalam desain kincir angin yaitu TSR (Tip Speed Ratio) atau perbandingan kecepatan di tip kincir angin (ujung) dan kecepatan angin yang didapat oleh kincir.

2. Menghitung TSR (λ) dapat menggunakan persamaan (Lukiyanto, Y. B.,

  Kuliah Rekayasa Tenaga Angin) :

  π × D × n U =

  60 dengan : U = Kecepatan ujung sudu D = Diameter kincir (meter) n = Kecepatan poros (rpm)

  U λ = v

  ∞

  dengan : = tip speed ratio

  λ U = kecepatan ujung sudu

  v

  = Kecepatan angin

  

  Sehingga didapat persamaan : π × D × n

  = 60 × v

  ∞

  dengan : D = Diameter kincir (meter) n = Kecepatan poros (rpm)

  v

  = Kecepatan angin (m/s)

  

  3. Torsi dari sebuah kincir angin dapat dihitung menggunakan persamaan

  (Yunus A. Cengel, 2006, Thermodynamics An Engineering Approach, hal. 66) : T = F × r dengan :

  T = Torsi (Nm) F = Gaya (Newton) r = Jari-jari (meter)

  4. Daya keluaran dari sebuah kincir angin dapat dihitung menggunakan

  persamaan (Yunus A. Cengel, 2006, Thermodynamics An Engineering

  Approach

  , hal. 66) : Pout =

  2× π×n×T

  60 … … (Watt) dengan :

  Pout = Daya keluaran (watt) n = Kecepatan poros (rpm)

  T = Torsi (Nm) 5.

   Koefisien daya dari sebuah kincir angin dapat dihitung menggunakan

  persamaan (Lukiyanto, Y. B., Kuliah Rekayasa Tenaga Angin) : Cp =

  Pout Pin

  ×100%

BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Bahan Penelitian Kincir angin yang digunakan sebagai bahan penelitian dibuat sendiri dengan

  sudu terbuat dari lembaran PVC dengan panjang yaitu 62.8 cm sehingga didapat diameter sudu yaitu 0,4 m untuk jumlah 2 sudu dan 9 sudu serta 9 sudu dengan celah 10 cm, agar terdapat rongga pada bagian tengah sudu.

3.2. Sarana Penelitian

  Sarana yang di gunakan untuk penelitian adalah kincir angin vertical (savonius) dengan dengan jumlah sudu 2 dan 9. Selanjutnya kincir angin tersebut akan dicari unjuk kerjanya pada kecepatan angin yang bervariasi sehingga mendapatkan daya masukkan yang berbeda yang diukur dari poros kincir.

Gambar 3.1. Keseluruhan kincir angin savonius

3.3. Peralatan Penelitian

  Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah sebagai berikut :

1. Generator

  Alat ini berfungsi sebagai alat yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Alternator menghasilkan Arus listrik dan Tegangan listrik yang dihubungkan ke multimeter dan beban, dengan variasi beban 8-220 watt, dengan penambahan kelipatan 8 watt.

Gambar 3.2. Generator 2.

   Tachometer Tachometer digunakan untuk mengukur putaran poros pada kincir angin.

  Jenis tachometer yang digunakan adalah jenis digital light tachometer, prinsip kerjanya berdasarkan pantulan yang diterima oleh sensor dari reflektor (alumunium foil atau benda dengan warna yang dapat memantulkan cahaya) yang di pasang pada poros.

Gambar 3.3. Tachometer 3.

   Wind Tunnel dan Blower

Wind tunnel adalah alat untuk menguji kincir angin, berbentuk lorong

  dengan blower untuk menghisap udara masuk sehingga kincir angin dapat berbutar karena ada aliran udara yang masuk dengan kecepatan tertentu.

  

Wind tunnel menggunakan motor listrik sebagai penggerak yang

  dihubungkan dengan sabuk dan puli ke baling-baling, kecepatan anginnya dapat diatur dengan cara memajukan atau memundurkan lorong sehingga jarak lorong blower dengan lorong kincir angin berubah sesuai keinginan

Gambar 3.4. Wind tunel Gambar 3.5. Blower

4. Multimeter

  Alat ukur untuk mengukur tegangan dan arus yang terjadi pada beban yang diberikan.

Gambar 3.6. Multimeter 5.

   Lampu / Beban

  Berfungsi sebagai beban dimana lampu disusun secara paralel dengan variasi beban yang dipakai adalah dari 8 - 220 watt. Beban ini yang akan diukur arus serta teganganya dengan multimeter.

Gambar 3.7. Panel lampu

6. Anemometer

  Anemometer adalah alat ukur kecepatan angin, diletakan di mulut lorong angin/ wind tunnel. Anemometer terdiri dari dua komponen utama yaitu kincir angin dan modul digital, kincir angin akan berputar jika ada aliran angin yang melaluinya kemudian kincir angin terhubung dengan modul digital yang merupakan perangkat elektonik berfungsi sebagai penerjemah yang kemudian ditampilkan pada layar digital.

Gambar 3.8. Anemometer 7.

   Puli

  Alat ini dipasang pada poros kincir dan generator yang dihubungkan oleh V belt. puli berfungsi untuk menghasilkan perbandingan putaran.

8. V Belt

  Alat ini berfungsi sebagai penerus putaran dari poros dan dipasng pada puli

Gambar 3.10. V Belt 9.

   Motor Listrik

  Alat ini berfungsi untuk menubah energi listrik menjadi gerak putar, gerak putar yang dihasilkan morot listrik digunakan untuk memutar blower

Gambar 3.11. Motor listrik

10. Lingkar Batas Sudu

  Alat ini berfungsi sebagai tempat meletakan sudu, dimana sudu akan diikat dengan baut dan besi L. Lingkar batas sudu terbuat dari triplek dengan tebal 0,8 cm dan berdiameter 0,8 m

Gambar 3.12. Lingkar batas sudu 11.

   Poros

  poros kincir terbuat dari pipa besi dengan ukuran diamater 2,5 cm

Gambar 3.13. Poros

12. PVC

  Lebar PVC ini digunakan untuk membuat sudu. Pada bagian ujungnya diberi penguat almunium dan terdapat Besi siku /L yang digunakan utntuk mengikat sudu dengan lingkar batas sudu. Lebar PVC adalah 0,5 m dan panjang 0,628 m

Gambar 3.14. PVC lengkap dengan besi siku dan baut 13.

   Timbangan

  Alat ini digunakan nutuk menegetahui gaya yang terjadi pada saat kincir bekerja. Alat ini dipasang pada lengan ayun.

14. Kabel

  Alat ini berfungsi sebagai penghantar arus listrik yang dihasilkan generator ke multimeter dan lampu

Gambar 3.16. Kabel 3.4.

   Cara Kerja Alat

  Kincir angin yang terhubung dengan generator melalui poros, puli, dan sabuk akan berputar karena aliran udara. Sehingga generator juga akan berputar dan menghasilkan energi listrik. Dalam penelitian ini angin dihasilkan oleh blower, yang terlebih dahulu dikumpulkan oleh wind tunnel.

  Energi listrik yang dihasilkan generator akan disalurkan melalui penghantar (kabel) ke multimeter dan beban untuk mengetahui besarnya tegangan dan arus yang terjadi pada setiap pembebanan. Untuk mengetahui tegangan rangkaian pada multimeter pengukur disusun secara parallel sedangkan untuk mengetahui arus, pengukur disusun secara seri.

  Saat pembebanan, akan terjadi gaya pada lengan ayun, yang basarnya akan berubah-ubah sesuai dengan beban yang terjadi dan kecepatan angin yang terjadi.

  Pengubahan beban dilakukan pada panel lampu dengan memindah panel lampu pada posisi ON secara berurutan sesuai dengan kebutuhan, yaitu dari 8-220 watt dengan penambahn kelipatan 8 watt. Sedangkan untuk megubah kecepatan angin yaitu dengan mengubah jarak antara wind tunnel dengan blower, semakin jauh jaraknya maka semakin kecil kecepatan anginya.

  Gaya yang terjadi pada lengan ayun dapat diketahui dengan membaca pada timbangan, karena saat terjadi gaya pada lengan ayun berarti lengan ayun akan berputar searah putran kincir dan menarik timbangan pegas yang dihubungkan dengan tali yang terpasang pada lengan ayun.

3.5. Analisa Data

  Data yang diambil dari percobaan ini adalah sebagai berikut : a. Putaran poros kincir yang dihasilkan ( n ) diukur dengan Tachometer.

  b. Tegangan ( _L

  V ) dan Arus ( _L I ) listrik pada Lampu.

  c. Kecepatan angin (

   v ) yang digunakan didapat dari pengukuran Anemometer yang diletakan didepan Wind Tunnel.

  d. Torsi ( T ) yang diperoleh dari persamaan ( T=Fxr )

  e. Daya yang tersedia ( Pin ) diperoleh dari persamaan ( ³ . . Pin 6 , v A

   )

  f. Daya output poros ( Pout ) yang diperoleh dengan persamaan

  T x n x x  2 (

  )/

  60 g. Tip speed ratio yang diperoleh dengan persamaan ( λ =

   v D n

   Langkah Penelitian

  f. Memasang timbanga yang dihubungkan ke lengan ayun dengan tali, pastikan antara tali dan lengan ayun tegak lurus.

  e. Merangkai kabel keluaran dari generator ke multimeter serta beban atau lampu, sehingga didapat tegangan dan arus yang dapat dibaca pada multimeter.

  d. Didepan kincir angin savonius dipasang Anemometer untuk mengetahui besar angin yang ada dalam Wind Tunnel.

  c. Memasang kincir angin savonius ke dalam Wind Tunnel.

  b. Merakit komponen-komponen kincir angin savonius dengan jumlah sudu sesuai dengan variasinya, dimulai dengan sudu 2.

  a. Menyiapkan peralatan

  = 0,5 m 3.6.

  .

  = 0,25 m  Tinggi kincir

   Diameter kincir = 0,8 m  Jari-jari lengan

  x100%) i. Dimensi kincir adalah sebagai berikut

  Pout Pin

  h. Koefisien daya ( Cp ) yang diperoleh dengan persamaan (Cp=

   )

  60 . .

  g. Setelah semua siap, hidupkan blower untuk menghembuskan angin masuk ke dalam Wind Tunnel. h. Ukur kecepatan angin yang diperlukan dengan mengatur jarak antara

  wind tunnel dengan blower, semakin jauh jarak antara wind tunnel

  dengan blower maka akan semakin kecil kecepatan angin yang masuk wind tunnel. i. Setelah kincir berputar dengan kecepatan yang setabil maka nyalakan lampu hingga variasi ke 27 secara bertahap. Catat tegangan dan arus, kecepatan angin, kecepatan poros kincir, serta gaya yang terjadi pada setiap pembebanan lampu. j. Setelah semua data didapat, matikan semua beban. k. Matikan blower. l. Mengganti jumlah sudu dengan variasi selanjutya m. Mengulangi percobaan diatas hingga semua data dari masing-masing variasi jumlah sudu didapat.(variasi jumlah sudu yaitu 2 sudu, 9 sudu dan 9 sudu dengan offerlap 10 cm)