UNJUK KERJA KINCIR ANGIN SAVONIUS SATU TINGKAT DENGAN VARIASI JUMLAH SUDU 4 DAN 6

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN SAVONIUS SATU TINGKAT

DENGAN VARIASI JUMLAH SUDU 4 DAN 6

Tugas Akhir

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Disusun oleh :

Giofani

NIM : 055214035

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2010

THE PERFORMANCE OF ONE STAGE

SAVONIUS WINDMILL WITH 4 AND 6 NUMBER OF VARIATION

BLADE

Final Project

Presented as partitial fulfilment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

By:

Giofani

Student Number : 055214035

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2010

PERSEMBAHAN

TUGAS AKHIR INI KUPERSEMBAHKAN

UNTUK:

TUHAN YESUS KRISTUS ATAS SEGALA

BERKAT YANG DIBERIKAN HINGGA

SAAT INI

KEDUA ORANG TUAKU DAN KAKAK-

KAKAKKU, ADIKKU TERCINTA ATAS

DOA DAN DUKUNGAN YANG SELALU

DIBERIKAN

UNTUK SEMUA TEMAN-TEMANKU

DI KOST 127 MAUPUN TEMAN-TEMAN

2005

~//~

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.

Yogyakarta, 30 juli 2010 Penulis giofani

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Sanata Dharma : Nama : Giofani NIM : 055214035

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

..........UNJUK KERJA KINCIR ANGIN SAVONIUS SATU TINGKAT.......... ………………DENGAN VARIASI JUMLAH SUDU 4 DAN6………….…….

…………..………………………………… …………...………………………….. 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, 30 Juli 2010 Yang Menyatakan,

Giofani INTISARI Pada dasarnya angin bertiup di semua daerah di permukaan bumi. Artinya, di mana angin bertiup, tempat tersebut mempunyai potensi untuk memanfaatkan energi angin. Namun, untuk mendapatkan angin dengan kecepatan tinggi perlu dilakukan analisis terlebih dahulu. Secara umum daerah datar lebih menguntungkan dibandingkan daerah bertopografi beragam. Beberapa contoh daerah yang memiliki kecepatan angin yang cukup tinggi antara lain seperti daerah pantai, lepas pantai, padang pasir, padang rumput dan lain-lain.

Listrik yang dihasilkan dari Sistem Konversi Energi Angin dengan menggunakan Kincir Angin akan bekerja optimal pada siang hari dimana angin berhembus cukup kencang dibandingkan dengan pada malam hari, sedangkan penggunaan listrik biasanya akan meningkat pada malam hari. namun terlebih dahulu disimpan dalam satu media seperti baterai atau aki (accu) sehingga listrik yang keluar besarnya stabil dan bisa digunakan kapan saja. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan hubungan efisiensi terhadap kecepatan angin untuk tipe Savonius satu tingkat.

Model kincir ini menggunakan sudu dari lembaran pvc berukuran 50x62,8 cm. Agar menghasilkan listrik, alat ini dihubungkan dengan generator. Dari kincir ini kita bisa mengukur tegangan, arus, putaran dan efisiensi/Cp. Alat ini menggunakan variasi lampu sebagai pembebanannya. Pada setiap pembebanan dilakukan pengukuran putaran poros kincir dengan menggunakan tachometer, kecepatan angin yang diukur dengan menggunakan anemometer, dan arus listrik yang dihasilkan yang diukur dengan menggunakan multimeter. Pada kincir angin savonius satu tingkat yang telah dibuat dapat menghasilkan cp tertinggi sebesar 27,88 % pada kincir angin sudu 6 bercelah dengan kecepatan angin 3 m/s.

KATA PENGANTAR

Puji Syukur penulis panjatkan kepada Allah Bapa yang Maha Kasih dan Yesus Kristus atas segala berkat dan bimbingan-Nya dalam penyusunan skripsi berjudul “UNJUK KERJA KINCIR ANGIN SAVONIUS SATU TINGKAT

DENGAN VARIASI JUMLAH SUDU 4 DAN 6 ”.

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 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. YB.Lukiyanto, M.T. selaku dosen pembimbing yang telah banyak membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini.

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

5. Kepala Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan ijin dan fasilitas yang dipergunakan.

6. Segenap karyawan Sekertariat Teknik Universitas Sanata Dharma dan semua karyawan dan staff Universitas Sanata Dharma.

7. Untuk Bapak Partono dan Ibu yang selalu memberikan dukungan moral dan material.

8. Untuk teman-teman Kost 127, terima kasih atas limpahan segala hal, baik bantuan maupun dukungannya.

9. Teman-teman kelompok penelitian kincir angin yang telah banyak membantu selama pengambilan data dan penyusunan skripsi.

10. 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, 30 Juli 2010 Giofani

DAFTAR ISI

Halaman HALAMAN JUDUL .............................................................................. i TITLE PAGE ......................................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ................................... iii HALAMAN PENGESAHAN ................................................................. iv HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................. v PERNYATAAN KEASLIAN KARYA. ................................................ vi LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH. .................................................................................. vii

INTISARI ................................................................................................ viii KATA PENGANTAR ............................................................................ ix DAFTAR ISI ........................................................................................... xii DAFTAR TABEL ................................................................................... xv DAFTAR GAMBAR .............................................................................. xvii BAB I. PENDAHULUAN ......................................................................

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

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

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

5 1.4. Manfaat ......................................................................................

5 xi

1.5. Batasan masalah .........................................................................

6 BAB II. DASAR TEORI ........................................................................

7 2.1. Energi Angin ..............................................................................

7 2.2. Tipe Kincir Angin ......................................................................

9 2.2.1. Kelebihan Kincir Angin Sumbu Vertikal .........................

9 2.3. Gerak Turbin ..............................................................................

11 2.4. Perhitungan Pada Turbin ............................................................

12 2.4.1. Perhitungan Daya Yang Tersedia Dari Angin ..................

10 2.4.2. Perhitungan Daya ..............................................................

14 2.4.3. Perhitungan Torsi ..............................................................

14 2.4.4. Perhitungan Tip Speed Ratio (TSR) ..................................

14 2.4.5. Perhitungan koefisien Daya (Cp) ......................................

15 BAB III. METODE PENELITIAN.........................................................

16 3.1. Sarana Penelitian .......................................................................

16 3.2. Peralatan Dan Bahan Penelitian .................................................

15 3.3. Peralatan Pengujian ....................................................................

18 3.4. Variabel yang Divariasikan ........................................................

23 3.5. Langkah Penelitian .....................................................................

3.6. Analisa Data…………………………………………………… BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ...............................................

26 4.1. Data penelitian ...........................................................................

26 4.2. Perhitungan Data ........................................................................

34 xii

4.3. Grafik dan Pembahasan Data .....................................................

45 BAB V. PENUTUP .................................................................................

49 5.1. Kesimpulan ................................................................................

49 5.2. Saran ...........................................................................................

50 DAFTAR PUSTAKA .............................................................................

51 LAMPIRAN xiii

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 2.1.Perbandingan Carbon Footprint Dari Beberapa Sumber Energi Alternatif ................................................................................

6 Tabel 2.2. Data Kecepatan Angin Rata- Rata Indonesia .........................

7 Tabel 4.1. Data Penelitian Pada Sudu 4 dengan Kecepatan Angin 7m/s

25 Tabel 4.2. Data Penelitian Pada Sudu 4 dengan Kecepatan Angin 6m/s

26 Tabel 4.3. Data Penelitian Pada Sudu 4 dengan Kecepatan Angin 5m/s

27 Tabel 4.4. Data Penelitian Pada Sudu 6 dengan Kecepatan Angin 7m/s

28 Tabel 4.5. Data Penelitian Pada Sudu 6 Bercelah dengan Kecepatan Angin 5m/s .............................................................................

29 Tabel 4.6. Data Penelitian Pada Sudu 6 Bercelah dengan Kecepatan Angin 4m/s .............................................................................

30 Tabel 4.7. Data Penelitian Pada Sudu 6 Bercelah dengan Kecepatan Angin 3m/s .............................................................................

31 Tabel 4.8. Data Penelitian Pada Sudu 6 Bercelah dengan Kecepatan Angin 2m/s .............................................................................

32 Tabel 4.9. Tabel Perhitungan Pada Sudu 4 dengan Kecepatan Angin 5m/s .............................................................................

36 Tabel 4.10. Tabel Perhitungan Pada Sudu 4 dengan Kecepatan Angin 6m/s .............................................................................

37 xiv

Tabel 4.11. Tabel Perhitungan Pada Sudu 4 dengan Kecepatan Angin 7m/s .............................................................................

38 Tabel 4.12.Tabel Perhitungan Pada Sudu 6 dengan Kecepatan Angin 7m/s .............................................................................

39 Tabel 4.13.Tabel Perhitungan Pada Sudu 6 dengan Kecepatan Angin 2m/s .............................................................................

40 Tabel 4.14. Tabel Perhitungan Pada Sudu 6 Bercelah dengan Kecepatan Angin 3m/s .............................................................................

41 Tabel 4.15. Tabel Perhitungan Pada Sudu 6 Bercelah dengan Kecepatan Angin 4m/s .............................................................................

42 Tabel 4.16.Tabel Perhitungan Pada Sudu 6 Bercelah dengan Kecepatan Angin 6m/s .............................................................................

43 xv

xvi

19 Gambar 3.9. wind tunnel ............................................................................

44 Gambar 4.2. Grafik hubungan pout dan kecepatan angin sudu 6 bercelah ......................................................................

22 Gambar 4.1. Grafik hubungan pout dan kecepatan angin sudu 4 ..............

21 Gambar 3.14. puli dan sabuk......................................................................

21 Gambar 3.13. timbangan ............................................................................

20 Gambar 3.12.anemometer ..........................................................................

20 Gambar 3.11. lampu ...................................................................................

19 Gambar 3.10. fan/ blower...........................................................................

18 Gambar 3.8. Multimeter .............................................................................

DAFTAR GAMBAR

18 Gambar 3.7.tachometer ..............................................................................

17 Gambar 3.6. generator ...............................................................................

17 Gambar 3.5. poros .....................................................................................

16 Gambar 3.3. Sudu ..................................................................................... 16 Gambar 3.4. pembatas sudu ......................................................................

15 Gambar 3.2. jumlah sudu yang divariasikan .............................................

12 Gambar 3.1. Skema Kincir Angin Savonius .............................................

10 Gambar 2.4. Diagram Betz.........................................................................

Halaman Gambar 2.3. Arah Putaran Angin Angin ...................................................

xvii Gambar 4.3. Grafik hubungan pout dan kecepatan angin sudu 6 ..............

45 Gambar 4.4. Grafik Perbandingan pout vs kecepatan angin ......................

45 Gambar 4.5. Grafik Hubungan Cp dan TSR Sudu 4 ..................................

46 Gambar 4.6. Grafik Hubungan Cp dan TSR Sudu 6 ..................................

46 Gambar 4.7. Grafik Hubungan Cp dan TSR Sudu 6 Bercelah...................

47 Gambar 4.8. Grafik Perbandingan antara Cp dan TSR ketiga sudu...........

BAB I PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG

Krisis energi saat ini telah menjadi suatu masalah yang paling hangat diperbincangkan oleh masyarakat dunia, termasuk Indonesia. Menurut sebuah penelitian, Indonesia sebagai bangsa yang termasuk dalam anggota OPEC, organisasi pengekspor minyak dunia, dalam 10 tahun lagi akan kehabisan stok bahan bakar minyak. Dalam 30 tahun, bahan bakar gas yang kini menjadi pilihan pemerintah untuk menanggulangi masalah krisis energi lewat program konversi minyak tanah ke gas, juga akan habis. Tentunya jika tidak ada persiapan untuk menghadapi krisis ini, bukan tidak mungkin masyarakat dunia, terutama Indonesia yang negaranya sampai saat ini belum melakukan tindak nyata dalam mempersiapkan krisis energi, akan menjadi masyarakat yang terisolasi.

Sebenarnya saat ini ilmuwan di Indonesia telah menemukan berbagai macam solusi yang dapat diaplikasikan di Indonesia. Namun, sampai saat ini,belum ada atau masih sangat sedikit yang telah benar-benar di aplikasikan. Solusi yang paling memungkinkan untuk diterapkan saat ini di Indonesia adalah Pembangkit Listrik Tenaga Angin. (PLT Angin). Energi angin adalah energi yang relatif bersih dan ramah lingkungan karena tidak menghasilkan karbon dioksida (CO ) atau gas-gas lain yang berperan dalam pemanasan global, sulphur dioksida

dan nitrogen oksida (jenis gas yang menyebabkan hujan asam). Energi ini pun tidak menghasilkan limbah yang berbahaya bagi lingkungan ataupun manusia.

PLT Angin ini pada prinsipnya memanfaatkan angin yang tersedia di alam. PLT Angin mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Energi angin yang memutar turbin angin, diteruskan untuk memutar rotor pada generator dibagian belakang turbin angin, sehingga akan menghasilkan energi listrik. Energi Listrik ini akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan. Ini dilakukan untuk menstabilkan keadaan listrik yang terpengaruh saat kecepatan angin berubah-ubah. Namun, tidak semua pantai dan daerah dapat dijadikan PLT Angin, karena perlu dipilih daerah yang memiliki topografi dan keadaan angin yang stabil. Keuntungan utama dari penggunaan pembangkit listrik tenaga angin secara prinsipnya adalah disebabkan karena sifatnya yang terbarukan. Hal ini berarti eksploitasi sumber energi ini tidak akan membuat sumber daya angin yang berkurang seperti halnya penggunaan bahan bakar fosil. Oleh karenanya tenaga angin dapat berkontribusi dalam ketahanan energi dunia di masa depan. Tenaga angin juga merupakan sumber energi yang ramah lingkungan, dimana penggunaannya tidak mengakibatkan emisi gas buang atau polusi yang berarti ke lingkungan.

Indonesia, negara kepulauan yang 2/3 wilayahnya adalah lautan dan mempunyai garis pantai terpanjang di dunia yaitu ± 80.791,42 Km merupakan wilayah potensial untuk pengembangan pembanglit listrik tenaga angin. Pemanfaatan energi angin merupakan pemanfaatan energi terbarukan yang paling berkembang saat ini. Berdasarkan data dari WWEA (World Wind Energy Association), sampai dengan tahun 2007 perkiraan energi listrik yang dihasilkan oleh turbin angin mencapai 93.85 GigaWatts, menghasilkan lebih dari 1% dari total kelistrikan secara global. Amerika, Spanyol dan China merupakan negara terdepan dalam pemanfaatan energi angin. Di tengah potensi angin melimpah di kawasan pesisir Indonesia, total kapasitas terpasang dalam sistem konversi energi angin saat ini kurang dari 800 kilowatt. Di seluruh Indonesia, lima unit kincir angin pembangkit berkapasitas masing-masing 80 kilowatt (kW) sudah dibangun. Tahun 2007, tujuh unit dengan kapasitas sama menyusul dibangun di empat lokasi, masing-masing di Pulau Selayar tiga unit, Sulawesi Utara dua unit, dan Nusa Penida, Bali, serta Bangka Belitung, masing-masing satu unit. Mengacu pada kebijakan energi nasional, maka pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB) ditargetkan mencapai 250 megawatt (MW).

Potensi energi angin di Indonesia umumnya berkecepatan lebih dari 5 meter per detik (m/detik). Hasil pemetaan Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (Lapan) pada 120 lokasi menunjukkan, beberapa wilayah memiliki kecepatan angin di atas 5 m/detik, masing-masing Nusa Tenggara Timur, Nusa Tenggara Barat, Sulawesi Selatan, dan Pantai Selatan Jawa.

1.2. PERUMUSAN 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 belum bisa untuk diterapkan alat teknologi tinggi.

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

4. Membuat dan menguji kemampuan kincir angin savonius untuk mengetahui unjuk kerja alat ini, agar dapat mengetahui kekurangan- kekurangan pada kincir angin savonius.

1.3. TUJUAN 1.

Membuat dan menguji model kincir angin Savonius 1 dengan 4 sudu,6 sudu dan 6 sudu bercelah sebagai pembangkit listrik.

2. Mengetahui perbandingan daya yang dihasilkan oleh kincir dengan variasi jumlah sudu dan jarak sudu.

3. Mengetahui efisiensi kincir angin yang dihasilkan.

4. Pembuatan yang mudah dan praktis dalam pengunaannya.

1.4. MANFAAT

1. Dalam pembuatan kincir angin skala besar mampu menghasilkan energi listrik yang dapat digunakan oleh masyarakat luas.

2. Mendukung kebijakan energi hijau nasional (pengembangan energi terbarukan dan konservasi energi) sebagai alat untuk memanfaatkan energi terbarukan, untuk menekan pengunnaan minyak bumi yang semakin menipis keadaannya.

3. Menambah kepustakaan dan pengetahuan dalam bidang energi terbarukan.

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 4 dan 6 sudu lengkung 1 tingkat.

2. Tinggi kincir angin savonius 0,5 m dan diameter 0,8 m.

m m m m m

3. , 6 , 5 , 4 , 3 serta Variasi kecepatan angin 7

s s s s s

variasi 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 merupakan salah satu potensi energi terbarukan yang dapat memberikan kontribusi signifikan terhadap kebutuhan energi listrik domestik, khususnya wilayah terpencil. Dibandingkan dengan sumber energi alternatif lainnya ekstraksi energi dari angin memiliki carbon footprint yang relatif rendah.

Carbon footprint yang dimaksud di sini adalah emisi CO

2 yang dihasilkan dari

keseluruhan proses produksi turbin sampai dengan operasi pemanfaatan sumber energi tersebut. Untuk Sistem Konversi Energi Angin (SKEA) carbon footprint meliputi proses pembuatan turbin, generator, konstruksi, dan operasi dari SKEA. Perbandingan carbon footprint dari SKEA dibandingkan dengan sistem konversi energi lainya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.1. Perbandingan Carbon Footprint dari Beberapa Sumber Energi Alternatif (Data dari UK Parliamentary Office of Science and Technology, November 2006)

Pembangkitan energi angin terjadi berdasarkan prinsip perubahan energi kinetik angin sebelum dan setelah melewati turbin angin. Ketika melewati turbin angin, angin mengalami pengurangan energi kinetik (yang ditandai dengan berkurangnya kecepatan angin). Energi kinetik yang hilang ini dikonversikan menjadi energi mekanik yang memutar turbin angin, turbin angin ini terhubung dengan rotor dari generator. Generator mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.

Indonesia memiliki karakteristik kecepatan angin rata-rata (Vmean) yang relatif lebih rendah dibandingkan dengan negara-negara pengguna SKEA seperti Finlandia, Amerika Serikat, dan negara-negara lainya. Daerah-daerah di Indonesia umumnya memiliki Vmean antara 3-6 m/s, berbeda dengan negara-negara Eropa yang berkisar di antara 9-12 m/s. Keunikan karakter angin Indonesia menimbulkan masalah ketika teknologi SKEA, yang umumnya dirancang mengikuti karakteristik angin negara-negara Eropa, diaplikasikan di Indonesia.

Adapun data kecepatan rata-rata angin di Indonesia dapat dilihat pada Gambar di bawah ini yang didapat dari NASA.

Gambar 2.2. Data Kecepatan Angin Rata-rata Indonesia Dari Gambar 2.2 dapat dilihat bahwa daerah yang memiliki kecepatan angin rata-rata terbesar adalah daerah Nusa Tenggara, 5,5-6,5 m/s. Sedangkan pulau- pulau besar di Indonesia, seperti Sumatera, Kalimantan, Jawa, Sulawesi dan Papua hanya memiliki kecepatan angin rata-rata antara 2,7

– 4,5 m/s. Kecepatan angin pada daerah-daerah di Indonesia memang relatif lebih kecil dari daerah- daerah konsumen energi angin seperti Finlandia, Belanda, dan Amerika Serikat.

2.2. TIPE KINCIR 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.

Salah satu turbin angin poros vertikal adalah turbin angin savonius. Turbin angin savonius dicipta pertama kali di negara Finlandia dan berbentuk-S apabila dilihat dari atas. Turbin jenis VAWT secara umum bergerak lebih perlahan dibanding jenis HAWT, tetapi menghasilkan torsi yang lebih tinggi.

2.2.1. Kelebihan Kincir Angin Sumbu Vertikal 1.

Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.

2. Karena bilah-bilah rotornya vertikal, tidak dibutuhkan mekanismenya.

3. Sebuah VAWT bisa diletakkan lebih dekat ke tanah, membuat pemeliharaan bagian-bagiannya yang bergerak jadi lebih mudah.

4. VAWT memiliki sudut airfoil (bentuk bilah sebuah baling- baling yang terlihat secara melintang) yang lebih tinggi, memberikan keaerodinamisan yang tinggi sembari mengurangi drag pada tekanan yang rendah dan tinggi.

5. Desain VAWT berbilah lurus dengan potongan melintang berbentuk kotak atau empat persegi panjang memiliki wilayah tiupan yang lebih besar untuk diameter tertentu daripada wilayah tiupan berbentuk lingkarannya HAWT.

6. VAWT biasanya memiliki tip speed ratio (perbandingan antara kecepatan putaran dari ujung sebuah bilah dengan laju sebenarnya angin) yang lebih rendah sehingga lebih kecil kemungkinannya rusak di saat angin berhembus sangat kencang.

7. VAWT bisa didirikan pada lokasi-lokasi dimana struktur yang lebih tinggi dilarang dibangun.

8. VAWT yang ditempatkan di dekat tanah bisa mengambil keuntungan dari berbagai lokasi yang menyalurkan angin serta meningkatkan laju angin (seperti gunung atau bukit yang puncaknya datar dan puncak bukit).

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

2.3. GERAK KINCIR

Pada dasarnya rotor Kincir 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 2.3. Arah Putaran Angin

2.4. PERHITUNGAN PADA KINCIR

2.4.1. Perhitungan Daya yang Tersedia dari Angin

Daya teoritis yang disediakan angin dapat dihitung dari perkalian masa jenis udara dikalikan luas penampang kincir angin dikalikan pangkat tiga kecepatan angin dengan persamaan sebagai berikut:

1 ₃ P   A v (Watt) _{in …………………………… (1)}   

2 A lxt 

Dengan: P = Daya teoritis (Watt)

 = Densitas Udara / massa jenis udara, kg/m = 1,225 kg/m

2 A = Luas Penampang ( m )

V = Kecepatan Angin (m/det) Pada Gambar 2.4 ditunjukkan bahwa, daya angin yang dapat dimanfaatkan dengan menggunakan kincir angin dengan propeller yang ideal maksimum 59 % dari daya yang disediakan angin. Sementara ini, daya efektif yang dapat dicapai oleh sebuah kincir (atau turbin) angin tipe Savonius hanya mencapai 30% dari daya yang disediakan angin.

Menurut kedudukan sumbu porosnya, kincir angin dapat dibedakan dalam dua macam, yaitu :

1. Kincir angin sumbu horizontal 2.

Kincir angin sumbu vertikal

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

Gambar 2.4. Diagram Betz

2.4.2. Perhitungan Daya Output

Daya output Perhitungan daya keluaran pada poros dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

2 .  . n . T Pout  ....................................................(3)

60 Dengan:

n = Kecepatan putaran poros (rpm) T = Torsi yang dihasilkan akibat dari putaran poros (N.m)

2.4.3. Torsi

Torsi dihitung dengan menggunakan rumus : T =F x r......................................................(4)

Dengan : T = Torsi yang dihasilkan akibat dari putaran poros(N.m)

F = Gaya pada pors akibat puntiran (N) r = Jarak lengan ke poros (m) Gaya didapat dengan menambahkan beban (lampu) secara periodik.

2.4.4. Perhitungan Tip Speed Ratio (TSR)

dihitung berdasarkan perbandingan kecepatan pada ujung-ujung sudu (u) dengan kecepatan angin sebenarnya (v) dapat dituliskan menurut persamaan berikut:



2 . . n . r u



60 u TSR (  )  ............................................(5) v

Dengan :

u = Kecepatan pada ujung-ujung sudu

n = Kecepatan poros (rpm) r = Jari-jari kincir (m) v = Kecepatan angin (m/s)

2.4.5 Perhitungan Koefisien daya (C ) p

Perhitungan Koefisien daya (C p ) kincir dapat dihitung berdasarkan perbandingan daya yang dihasilkan oleh kincir (P k ) dengan daya teoritis (P ) yang disediakan oleh angin dapat dituliskan menurut

th persamaan berikut.

C p = P out /P in

( Watt ) …………………………….. ( 5) Dengan :

C p = Koefisien Daya Kincir

P = Daya Yang dihasilkan oleh Kincir ( Watt )

out

P in = Daya Teoritis ( Watt )

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 SARANA PENELITIAN

Sarana yang digunakan untuk penelitian adalah kincir angin savonius dengan 4 sudu dan 6 sudu selanjutnya kincir angin tersebut akan dicari unjuk kerjanya pada kecepatan angin yang bervariasi sehingga mendapatkan daya masukkan yang berbeda.

3.2 PERALATAN DAN BAHAN PENELITIAN

Keterangan :

1. Poros

2. Lingkaran batas sudu

3. Sudu

4. Plat pemegang sudu

5. Dudukan transmisi

6. Puli besar

7. Lengan

8. Generator

8 Gambar 3.1 Skema Kincir Angin Savonius

Gambar 3.2. Jumlah sudu yang divariasikan

Komponen-Komponen Kincir Adapun komponen-komponen kincir yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah :

1. Sudu

Berfungsi sebagai penangkap angin yang berhembus. Terbuat dari lembaran pvc.

Gambar 3.3 Sudu 2.

Pembatas sudu Berfungsi sebagai dudukan sudu dan membentuk sudu menjadi lengkungan. Terbuat dari triplek berdiameter 80 cm.

Gambar 3.4 Pembatas sudu 3.

Poros Berfungsi sebagai dudukan kincir. Terbuat dari pipa besi berdiameter 1,25 cm.

Gambar 3.4. PorosGambar 3.5 Poros

3.3 PERALATAN PENGUJIAN

Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah : 1.

Generator Alat ini berfungsi sebagai alat yang mengubah gaya gerak menjadi listrik. Alternator menghasilkan Arus listrik dan Tegangan listrik yang berfungsi untuk mencari besar daya yang dikeluarkan.

Gambar 3.6 Generator 2.

Tachometer Alat ini digunakan untuk mengukur putaran poros motor DC.

Tachometer yang digunakan tachometer jenis digital light tachometer, yang prinsip kerjanya dengan memancarkan sinar untuk membaca sensor yang berupa pemantul cahaya (contoh alumunium foil) yang dipasang pada poros.

3. Multimeter Alat ukur untuk mengukur kelistrikan pada beban yang diberikan.

Gambar 3.8 Multimeter

4. Wind Tunnel Alat ini berfungsi sebagai lorong yang menangkap dan mengumpulkan angin dan menghembuskannya pada kincir yang juga diletakkan didalam Wind Tunnel tersebut, pengaturan kecepatan angin dilakukan di alat ini.

Gambar 3.9 Wind Tunnel

5. Fan / Blower Alat ini menghembuskan angin yang akan disalurkan ke Wind Tunnel.

Gambar 3.10 Fan / blower

6. Lampu / beban Berfungsi sebagai beban dalam percobaan ini dan beban ini yang akan diukur.

Gambar 3.11 Lampu

7. Anemometer Berfungsi sebagai alat pengukur kecepatan angin.

Gambar 3.12 Anemometer

8. Timbangan Berfungsi untuk mengukur gaya yang terjadi pada lengan ayun transmisi saat kincir berputar diikuti penambahan beban.

Gambar 3.13 Timbangan

9. Puli dan sabuk Berfungsi untuk meneruskan putaran dari poros ke alternator,puli besar memiliki diameter 40 cm,puli kecil memiliki diameter 8 cm.

Gambar 3.13 Puli dan sabuk

3.4 VARIABEL YANG DIVARIASIKAN

1) Jumlah sudu yang digunakan adalah 4 sudu, 6 sudu dan 6 sudu bercelah.

2) Kecepatan angin yang digunakan adalah 7 m/s, 6 m/s, 5 m/s, 4m/s, 3 m/s, 2 m/s.

3) Beban yang digunakan adalah 220 watt yang disusun secara paralel dengan kelipatan 8 watt

3.5. LANGKAH PENELITIAN a.

Setelah semua data didapat, matikan semua beban.

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.

dengan blower maka akan semakin kecil kecepatan angin yang masuk wind tunnel. i.

wind tunnel dengan blower, semakin jauh jarak antara wind tunnel

Ukur kecepatan angin yang diperlukan dengan mengatur jarak antara

Setelah semua siap, hidupkan blower untuk menghembuskan angin masuk ke dalam Wind Tunnel.

Menyiapkan peralatan b.

Merakit komponen-komponen kincir angin savonius dengan jumlah sudu sesuai dengan variasinya, dimulai dengan 4 sudu.

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

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

Memasang kincir angin savonius ke dalam Wind Tunnel.

Memasang timbanga yang dihubungkan ke lengan ayun dengan tali, pastikan antara tali dan lengan ayun tegak lurus. 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 4 sudu, 6 sudu dan 6 sudu bercelah 10 cm)

3.6 ANALISA DATA

Data yang diambil dari percobaan ini adalah sebagai berikut : a.

Putaran poros kincir dan Alternator yang dihasilkan ( n ).

Tegangan ( L

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

Kecepatan angin (

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

d. _out P dihitung pada poros kincir.

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 DATA PENELITIAN

Data yang diperoleh dari penelitian adalah sebagai berikut:

A. Pengujian Dengan Sudu 4

2 16 1,8 0,48 1,57 110,9 6,43

3 24 1,6 0,58 1,66 106,4 6,54

4 32 1,4 0,63 1,76 99,1 6,85

5 40 1,4 0,67 1,76 99,3 6,37

6 48 1,4 0,65 1,76 97,0 6,54

Tabel 4.1Data Penelitian Pada Sudu 4 dengan Kecepatan Angin 7 m/s No Beban Tegangan Arus Gaya Kec.Poros Kec.Angin

8 64 1,4 0,83 1,86 105,7 6,64

9 72 1,4 0,81 1,86 104,8 6,92

10 80 1,4 0,81 1,96 104,1 6,64

11 88 1,4 0,82 1,96 101,1 6,69

12 96 1,2 0,82 1,96 96,4 6,66 13 104 1,2 0,80 1,96 95,4 6,67 14 112 1,2 0,85 1,96 96,9 6,65 15 120 1,2 0,82 1,96 98,7 6,67 16 128 1,2 0,84 1,96 93,4 6,47 17 136 1,2 1,00 1,96 94,7 6,58 18 144 1,0 0,80 1,96 93,3 6,62 19 152 1,2 0,89 1,96 95,1 6,91 20 160 12 0,93 1,96 103,3 6,77 21 168 1,2 0,85 1,96 98,3 6,70 22 176 1,2 0,87 1,96 93,6 6,58 23 184 1,2 0,86 1,96 92,6 6,60 24 192 1,2 0,91 2,60 98,0 6,76 25 200 1,0 0,82 2,60 96,4 6,54 26 208 1,0 0,80 2,60 93,9 6,57 27 220 1,2 0,96 2,60 95,7 6,59

1 8 2,8 0,28 1,37 116,8 6,76

Watt Volt Ampere Newton Rpm m/s

7 56 1,4 0,74 1,86 106,0 6,78

Tabel 4.2 Data Penelitian Pada Sudu 4 dengan Kecepatan Angin 6 m/s

70,7 5,77 20 160 0,8 0,63 1,76

70,4 5,80 14 112 1,0 0,64 1,76

71,2 6,7 15 120 0,8 0,63 1,76

72,3 5,85 16 128 0,8 0,66 1,76

71,3 5,76 17 136 0,8 0,64 1,76

71,1 5,90 18 144 0,8 0,65 1,76

73,6 6,02 19 152 0,8 0,66 1,76

71,5 5,75 21 168 0,8 0,59 1,76

12 96 0,8 0,66 1,76

71,3 5,86 22 176 0,8 0,59 1,76

70,9 5,81 23 184 0,8 0,58 1,76

6,96 5,86 24 192 0,8 0,62 1,76

70,9 5,73 25 200 0,8 0,61 1,76

71,3 5,92 26 208 0,7 0,62 1,76

69,9 5,84 27 220 0,7 0,62 1,76

70,8 5,88 13 104 0,8 0,64 1,76

72,6 5,86

No Beban Tegangan Arus Gaya Kec.Poros Kec.Angin Watt Volt Ampere Newton Rpm m/s

7 56 1,0 0,64 1,76

1 8 2,0 0,25 1,37 94,0 5,90

2 16 1,8 0,43 1,57 87,0 6,09

3 24 1,2 0,52 1,66 78,9 5,84

4 32 1,0 0,58 1,66 76,1 5,98

5 40 1,0 0,61 1,66 75,8 5,89

6 48 1,0 0,62 1,76 74,9 5,91

77,5 5,84

11 88 0,8 0,59 1,76

8 64 1,0 0,65 1,76

73,6 5,87

9 72 0,8 0,61 1,76

72,8 5,90

10 80 0,8 0,59 1,76

71,4 5,53

69,6 5,97

Tabel 4.3 Data Penelitian Pada Sudu 4 dengan Kecepatan Angin 5 m/s.

0,4 0,3 0,98 42,4 5,38 17 136

88 0,6

0,2 0,98 57,1 5,28

96 0,6

0,3 0,98 56,2 5,26 13 104 0,6

0,3 0,88 40,6 5,47 14 112 0,6

0,3 0,98 40,3 5,49 15 120 0,4 0,3 0,98 58,7 5,35 16 128

0,4 0,3 1,17 42,6 5,23 18 144

80 0,6

0,4 0,2 1,17 41,3 5,30 19 152

0,4 0,3 1,17 42,1 5,26 20 160

0,4 0,4 1,17 41,8 5,33 21 168 0,2 0,4 1,27 41,6 5,29

22 176 0,2

0,4 1,27 42,2 5,34 23 184 0,2

0,4 1,27 43,1 5,22 24 192 0,2

0,5 1,27 43,3 5,25 25 200 0,2

0,5 1,37 41,8 5,27 26 208 0,2

0,5 1,37 41,9 5,37 27 220 0,2

0,3 0,98 56,4 5,32

No Beban Tegangan Arus Gaya Kec.Poros Kec.Angin Watt Volt Ampere Newton Rpm m/s

1 8 1,0 0,1 0,88 64,9 5,37

2 16 0,8 0,2 0,98 63,4 5,29

3 24 0,6 0,2 0,98 57,6 5,21

32 0,6

0,2 0,96 59,2 5,23

40 0,6

0,2 0,88 58,4 5,35

48 0,6

0,2 0,98 57,7 5,20

0,2 0,98 57,5 5,25

56 0,6

0,2 0,98 57,5 5,32

64 0,6

0,2 0,98 57,4 5,61

72 0,6

0,5 1,37 40,8 5,17

B. Pengujian Dengan Sudu 6 Tabel 4.4 Data Penelitian Pada Sudu 6 dengan Kecepatan Angin 7 m/s.

18,19 6,55 13 104 0,16 0,09 1,27

22,3 6,43 27 220 0,05 0,05 1,27

10,19 6,23 26 208 0,05 0,08 1,27