MENGANALISA KINCIR ANGIN SAVONIUS SEBAGA
MENGANALISA KINCIR ANGIN SAVONIUS SEBAGAI
PENGGERAK DINAMO LISTRIK UNTUK LAMPU PENERANG
JALAN
RIVANDY DAUD IRWANTO1), NELSON PAYUNG1)
YUSUF SIAHAYA2), ATUS BUKU2)
Fakultas Teknik, Universitas Kristen Indonesia Paulus Makassar
Email : fandpongtuluran@gmail.com
Abstrack
Indonesia has a pretty good energy resource and the most widely used energy is fossil energy.
But it becomes the limitation that the fossil energy that has been used can not be recycled into
new energy. And fossil energy in Indonesia is currently experiencing a decrease in its
availability. Gradually the availability of fossil energy will be exhausted from the face of the
earth. To overcome the scarcity of energy, we can begin to think of renewable energy - renewable
energy in the earth without realizing it. One source of energy that never runs out is wind energy.
Wind energy can be developed into a useful energy for life, one of them by utilizing the energy of
wind speed as a windmill Savonius, wind energy will be converted to Savonius windmill along
with the components of the windmill into electrical energy that is useful for turning on the street
lights.
Keywords: Wind energy, Savonius Windmill, Street light.
Abstrak
Indonesia memiliki sumber daya energi yang besar dan energi yang paling banyak digunakan
adalah energi fosil. Namun menjadi batasan bahwa energi fosil yang telah digunakan tidak dapat
didaur ulang menjadi energi yang baru. Dan energi fosil di Indonesia saat ini mengalami
penurunan ketersediaannya. Ketersediaan energi fosil yang semakin berkurang dari muka bumi.
untuk mengatasi kelangkaan energi, maka perlu dipikirkan energi terbarukan yang sebetulnya
melimpah di bumi tanpa disadarai. Salah satu sumber energi yang tidak pernah habis adalah
energi angin. Energi angin mampu dikembangkan menjadi energi yang berguna untuk kehidupan,
salah satunya dengan memanfaatkan energi dari kecepatan angin sebagai pemutar kincir
Savonius, energi dari angin akan dikonversi ke kincir angin Savonius bersama dengan komponen
– komponen kincir tersebut menjadi energi listrik yang berguna untuk menyalakan lampu jalan.
Kata kunci : Energi angin, Kincir angin Savonius, Lampu jalan.
I. PENDAHULUAN
Sejak revolusi industri, penggunaan
bahan bakar meningkat oleh karena itu
diperlukan sumber energi yang dapat
memenuhi semua kebutuhan. Salah satu
sumber energi yang banyak digunakan
adalah energi fosil (Habibie dkk. 2011).
Energi ini adalah bentuk energi yang tidak
dapat diperbaharui sehingga apabila
persediaan energi ini menipis maka perlu
mencari sumber – sumber energi baru
(Daryanto, 2007). Selain karena tidak dapat
diperbaharui, pemanfaatan energi fosil
secara terus – menerus memiliki dampak
yang bersifat negatif terhadap lingkungan
sekitar, baik secara langsung maupun tidak
1
langsung seperti pemanasan global yang
berdampak pada kerusakan ekologi (Elfridus
dkk. 2015).
Energi angin adalah salah satu
energi terbarukan yang besar potensinya
untuk dikembangkan dalam melawan krisis
energi. Energi angin juga merupakan salah
satu sumber energi yang tersedia sepanjang
tahun di Indonesia dan ramah lingkungan
karena mampu menekan emisi gas CO2, oleh
karena itu dapat diperoleh listrik murah yang
tidak terbatas dari energi angin (Ruzita &
Aidil, 2013). Energi ini telah lama
dimanfaatkan di Negara maju seperti Eropa
dan
Amerika
serikat,
dan
terus
dikembangkan hingga saat ini (Novri &
Arnetto, 2011).
Dalam hal memanfaatkan energi
angin menjadi energi listrik, diperlukan
suatu sistem yang bertujuan untuk
mengubah energi kinetik menjadi energi
mekanik poros kincir, untuk kemudian
diubah lagi oleh generator atau dinamo
menjadi energi listrik. Sistem ini disebut
sebagai Sistem Konversi Energi Angin
(SKEA), dengan menggunakan kincir angin
sebagai media konverternya (Melda, 2013).
Kincir angin akan berfungsi sebagai alat
yang digunakan dalan SKEA yang mampu
merubah energi kinetik angin menjadi energi
mekanik berupa putaran poros (Nakhoda &
Chorul, 2016). Putaran poros tersebut
kemudian dimanfaatkan sebagai gaya torsi
untuk memutar dinamo. Dinamo yang
mendapat putaran dari poros akan
mengakibatkan berputarnya kumparan di
dalam medan magnet atau sebaliknya medan
magnet yang berputar di dalam kumparan,
sehingga menghasilkan gaya gerak listrik
(GGL) (Anggraini, 2016).
0.514444 m/s) dan satuan
berikut.
0
C sebagai
Tabel 2.1. Data Kecepatan Angin dan Suhu
Udara Dalam 1 Tahun
Bulan
Januari
Februari
Maret
April
Mei
Juni
Juni
Agustus
September
Oktober
November
Desember
Kecepatan
Angin (m/s)
2,57
2,57
2,06
2,06
2,06
2,06
2,06
2,06
2,06
2,06
2,06
2,60
Suhu
(0C)
28,6
27,7
28,7
28,8
29,2
28,6
28,1
28,3
28,6
28,4
28,7
27,7
Dalam merancang sebuah kincir
angin untuk pembangkit listrik penerangan
lampu jalan, maka hal – hal yang perlu
diperhatikan antara lain :
1. Menentukan besar daya yang dibutuhkan
dari sekian banyak bola lampu yang
digunakan.
2. Memilih kapasitas sebuah penyimpanan
arus dari kincir yang mampu mencukupi
kebutuhan energi bola lampu yang
dinyalakan sekian jam.
3. Menentukan alat yang berfungsi untuk
mengkonversi arus yang berasal dari
kincir untuk disimpan di dalam baterai
4. Menentukan dinamo/generator sebagai
sumber utama pembangkit listrik.
5. Merencanakan daya yang dibutuhkan
pada kincir.
Dengan
melakukan
metode
pengambilan data di kantor BMKG dan
mencari data dalam referensi – referensi/
buku yang telah ada, maka data – data yang
mendukung
penelitian
tersebut
dirampungkan sebagai berikut :
1. Lampu
a. Merk lampu
:Endura Citylite
Platinum
II. METODOLOGI PENELITIAN
Pengambilan data kecepatan angin
dan temperatur dilaksanakan pada bulan Mei
2017, dan tempat pengambilan data
dilakukan di kantor Badan Meteorologi,
Klimatologi Dan Geofisika, Makassar
Sulawesi Selatan. Data kecepatan yang
diambil dalam bentuk data per bulan selama
satu tahun (2016) dan telah dikonversi dari
satuan Knot ke dalam satuan m/s (1 knot =
2
=
=
=
=
b. Tipe lampu
:Light-Emitting
Diode (LED)
c. Daya lampu
:15 watt
d. Banyaknya
:1 buah
e. Lama penyalaan :11 jam
2. Aki/Baterai/Penyimpanan
a. Merk aki
:Incoe
b. Tipe aki
:600–38(aki kering)
c. Daya aki
:12 volt
d. Kapasitas
:100 Ah
3. Dinamo
a. Daya dinamo :12 volt
Sehingga dengan diketahuinya besar
beban daya yang digunakan = 15 watt, maka
lama waktu aki untuk menyuplai daya ke
lampu saat tidak dalam kondisi mengisi
adalah :
=
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
=
3.1. HASIL
3.1.1. Perhitungan Pada Lampu
Beban total yang digunakan :
⁄
=
dengan waktu
penyalaan 11 jam energi yang dibutuhkan
untuk menyala adalah :
=�
⁄
⁄
=
=
=
⁄
=
Besarnya energi yang dibutuhkan
bola lampu dengan beban daya 15 watt
untuk menyala selama 11 jam yaitu = 594
kJ.
=
=
=
=
→
%
Dapat disimpulkan bahwa sebuah
aki 12 Volt 100 Ah dapat memenuhi
kebutuhan daya 1 bola lampu LED dengan
total beban 15 watt yang dinyalakan selama
64 jam.
Namun aki tidak menghasilkan daya
sehingga penggunaanya hanya akan
mengurangi daya yang tertampung pada aki
sampai daya tersebut habis. Sehingga aki
juga membutuhkan pengisian saat tidak
dalam kondisi beroperasi.
3.1.2. Perhitungan Pada Aki
Pada kondisi dimana aki menyuplai
energi ke lampu selama 11 jam, maka disaat
tersebut energi yang tersedia pada aki
haruslah sama atau lebih besar dari pada
daya yang dibutuhkan. Untuk mengetahui
kapasitas energi yang dapat tertampung
dalam sebuah baterai jika Diketahui:
Aki dengan :
1. Voltase
: 12 volt
2. Kapasitas 20 Hr
: 100 Ah
3. Jumlah aki yang digunakan : 1 buah
Untuk menghitung lama aki dapat
menyuplai daya dengan beban tertentu
secara spesifik, maka hasil dari perhitungan
kasar tersebut harus dikurangi sebesar 20%.
20% dianggap sebagai kerugian oleh baterai
atau (www.edukasielektronika.com/2015).
Kapasitas aki tersebut mampu menyimpan
daya sebesar :
�=
−
− ,
−
3.1.3. Perhitungan Pada Dinamo
Daya yang digunakan untuk
pengisian baterai berasal dari daya output
dinamo yang digunakan pada kincir.
Jika diketahui :
Dinamo sepeda dengan tegangan 12 volt
Kuat arus 1,25 ampere
Daya max. nya :
�� � =
�� � =
,
=
ℎ
%
ℎ
=
+ ,
=
+
=
Sehingga jika diasumsikan untuk
lama pengisian aki = 14 jam, maka energi
yang dapat disuplai dari dinamo ke aki :
3
=
=
=
=�
,
⁄
⁄
− ,
⁄
⁄
,
− ,
−
=
=
−
= ,
⁄
� = ,
Kecepatan angin rata-rata didapatkan
dengan menghitung data U1 sampai Un.
+
+ ⋯+
=
3.1.4. Perhitungan Pada Kincir
Menghitung daya dan dimensi pada kincir
dapat dilakukang dengan persamaan sebagai
berikut.
���
�
=
� �
Massa jenis udara didapatkan dari
tabel sifat-sifat udara dengan menghitung
temperature rata-rata dalam jumlah data
tertentu berdasarkan tabel 2.1.
+
=
=
=
=
=
=
+ ……+
,
,
+ ,
,
,
�
,
+ , + , +
+ , + , + ,
+ , + , + , + ,
⁄
Efisiensi turbin angin adalah
perbandingan antara energi kinetik yang
diserap oleh turbin angin terhadap energi
kinetik angin yang tersedia. Koefisien daya
turbin angin didapatkan dari garfik diagram
Cp – TSR sebagai berikut :
= ,
, + , + , + ,
, + , + , + ,
, + , + , + ,
+
+
∆
=
⁄
= 302 K
Tabel 3.1. Sifat – Sifat Udara
T, K
Ρ
kg/m3
300
1.1774
302
ρx
350
0.9980
Karena temperatur rata – rata yang
diketahui tidak terdapat dalam tabel sifat –
sifat udara pada tekanan atmosfer, maka ρx
didapatkan dengan menggunakan metode
interpolasi.
(Gambar 4.1. Diagram Cp – TSR untuk
beberapa tipe turbin)
(Sumber : Ambrosio, 2010)
Untuk mencari nilai ρx :
∆
∆
=
∆
∆
Pada grafik, angka 0,59 ini disebut
batas Betz. Angka ini secara teori
menunjukan efesiensi maksimum yang dapat
dicapai oleh rotor turbin angin sumbu
vertikal (Daryanto: 2007). Namun nilai
tersebut hanya mampu dicapai oleh kincir
angin jenis Ideal Propeller. Sedangakan
4
kincir angin Savonius memiliki Cp yang
paling rendah diantara semua jenis kincir
angin yang ada pada grafik. Nilai Cp
maksimum dari kincir angin tipe Savonius
adalah sekitar 0,18
Sehingga jika direncanakan daya pada kincir
= 10% dari daya dinamo, maka :
��� � = � � � +
%� � �
=
+ ,
= ,
sehingga luasan kincir dapat diperoleh
sebagai berikut :
���
,
�
=
=
/
,
=
,
Untuk mendapatkan kecepatan sudut :
. .
�=
= . . /
Sehingga :
,
=
. , .
/
Maka luas penampang (A) kincir yang
diperoleh :
,
=
,
,
/
,
/
,
=
⁄
,
,
,
/
,
,
=
,
= ,
�
&
,
= , �
Perhitungan efisiensi kincir savonius
Efisiensi mesin turbin angin jenis savonius
ini dapat dihitung dengan persamaan :
���
=
��
� �
%
�
&
,
%
= ,
%
=
%
Besarnya efisiensi kincir angin = 59,25 %
,
Tabel 3.2. perbandingan dimensi kincir angin
savonius dengan kecepatan angin yang
berbeda
,
,
= ,
Lebar kincir :
�=
�
�
=
�
D/t = 0,8 adalah ratio untuk menentukan
lebar, tinggi dan diameter pada kincir angi
Savonius (Napitupulu & Siregar, 2013)
= ,
Sehingga tinggi kincir :
= ,
, = ,
,
=
,
= √
,
=
Karena luas penampang telah
didapatkan maka dimensi pada kincir dapat
ditentukan. Perhitungan untuk mencari
dimensi kincir adalah sebagai berikut.
= ,
,
= ,
Diameter kincir yang di peroleh adalah :
= ,
= ,
,
= ,
Perhitungan pada torsi
��� �
=
. .�
� �
,
,
5
3.2. Pembahasan
Dari hasil perhitungan dapat
diperoleh sebuah pembahasan bahwa dalam
merencanakan
sebuah
kincir
angin,
kemampuan daya dari dinamo/generator
yang digunakan akan mempengaruhi desain
dimensi dari kincir yang direncanakan
karena daya pada dinamo adalah acuan
untuk merencanakan daya pada kincir. Daya
rencana pada kincir harus lebih besar sekian
persen dari daya pada dinamo. Koefisien
daya kincir yang direncanakan pun perlu
untuk diketahui karena untuk setiap kincir
angin memiliki tingkat koefisien daya yang
berbeda – beda. Hal tersebut dapat dilihat
pada diagram Cp – TSR untuk beberapa
turbin. Besarnya Cp yang dimiliki oleh
setiap kincir akan mempengaruhi desain
dimensi dari kincir yang direncanakan. Hal
yang tidak kalah pentingnya dalam
merencanakan sebuah kincir angin adalah
kecepatan angin. Kecepatan angin juga
sangat mempengaruhi dimensi yang
direncanakan pada kincir angin. Dalam tabel
3.2. di perlihatkan bahwa perencanaan kincir
angin pada daerah kecepatan angin yang
besar (5 m/s) akan menghasilkan dimensi
kincir yang lebih kecil sedangkan pada
perencanaan kincir pada daerah kecepatan
angin yang rendah (2,26 m/s) akan
menghasilkan dimensi dengan ukuran yang
lebih besar.
d) Diameter kincir (Dkincir)
e) Efisiensi kincir (ηkincir)
= 3,61 m
= 59,25 %
4.2. Saran
Berdasarkan kesimpulan penelitian,
maka penulis merekomendasikan berupa
saran-saran sebagai berikut :
1. Data kecepatan angin yang akurat didapat
dengan pengambilan data dilapangan
dengan waktu yang lama.
2. Merencanakan kincir angin, gunakanlah
data kecepatan angin yang paling rendah
sehingga perancangan tersebut tidak
hanya bekerja pada saat kondisi
kecepatan angin yang tinggi namun juga
dapat beroperasi pada kecepatan angin
yang rendah.
3. Penelitian ini belum komprehensif karena
hanya melihat dan membandingkan
sebagaian besar penelitian yang serupa
tanpa menguji lapangan secara langsung.
Maka untuk kebutuhan penelitian
berikutnya bagi yang berminat untuk
merancang kincir angin Savonius tidak
hanya merancang namun membuat benda
nyatanya dan menguji secara langsung
dilapangan berdasarkan teori yang ada
dengan hasil yang lebih presisi.
V. DAFTAR PUSTAKA
Angraini. 2016. Pemanfaatan Energi Angin
Pada Sepeda Motor Bergerak Untuk
Menyalakan
Lampu.
Skripsi
Universitas Lampung : Jurusan
Fisika.
Daryanto. 2007. Kajian Potensi Angin
Untuk Pembangkit Listrik Tenaga
Baja.
BALAI
PPTAGG-UPTZAGG : Yogyakarta.
Elfridus. B .S. dkk. 2015. Pengaruh
Kecepatan Angin Sudut Blade
terhadap Unjuk Kerja Turbin Angin
Poros Vertikal Tipe Savonius
Duabelas Blade. Jurnal Teknik
Mesin. Volume 03. Nomor 02.
IV. SIMPULAN DAN SARAN
4.1. Simpulan
Dalam penelitian ini dapat kita
menyimpulkan hal – hal yang berkaitan
dengan perancangan sebuah kincir sebagai
berikut :
Dengan menggunakan data kecepatan angin
rata – rata = 2,26 m/s serta data suhu rata –
rata = 28,45 0C yang diperoleh dari kantor
Badan Meteorologi, Klimatologi Dan
Geofisika, dengan daya yang direncanakan
pada kincir = 19,8 watt, dan daya pada
dinamo yang terhitung = 18 watt maka
didapatkan sebuah kincir angin Savonius 2
sudu dengan dimensi sebagai berikut :
a) Luas penampang (Akincir)
= 16,36 m2
b) Lebar kincir (Lkincir)
= 3,61 m
c) Tinggi kincir (Kkincir)
= 4,52 m
Habibie, dkk. 2011. Kajian Potensi Energi
Angin diwilayah Sulawesi dan
Maluku. Jurnal Meteorologi dan
Geofisika Volume 12, Nomor 2,
hlm : 181-187.
6
http://edukasielektronika.com/2015
Melda. 2013. Efisiensi Protetipe Turbin
Savonius Pada Kecepatang Angin
Rendah. Jurnal Rekayasa Elektrika.
Volume 3. Hlm 410-419.
Meteorologi Maritim Pottere. 2016.
Data Iklim. Makassar.
Nakhoda dan Chorul. 2016. Rancang
Bangun
Generator
Magnet
Permanen
Untuk
Pembangkit
Tenaga
Listrik
Skala
Kecil
Menggunakan
Kincir
Angin
Savonius Portabel. Jurnal Ilmiah
SETRUM - Volume 5, No.2.
Napitupulu dan Siregar. 2013. Perancangan
Turbin Vertikal Axis Savonius
Dengan Menggunakan 8 buah Sudu
Lengkung. Jurnal Dinamis , Vol.1,
No.13
Napitupulu dan Siregar. 2013. Uji
Experimental
Dan
Analisis
Pengaruh Variasi Kecepatan dan
Jumlah Sudu Terhadap Daya dan
Putaran Turbin Angin Verrtikal Axis
Savonius Dengan Menggunakan
Sudu Pengarah.Jurnal Dinamis,
Volume 11, No.12.
Nofri
dan
Arnetto.
2011.
PembuatanProgram Perancangan
Turbin SavoniusbTipe-U Untuk
Pembangkit Listrik Tenaga Angin.
Jurnal Mechanical, Volume 02,
Nomor 01.
Ruzita dan Aidil Samri. 2013. Rancang
Bangun Miniatur Turbin Angin
Pembangkit Listrik Untuk Mata
Pembelajaran. Jurnal Teknik Mesin,
volume 02, Nomor.01.
7
PENGGERAK DINAMO LISTRIK UNTUK LAMPU PENERANG
JALAN
RIVANDY DAUD IRWANTO1), NELSON PAYUNG1)
YUSUF SIAHAYA2), ATUS BUKU2)
Fakultas Teknik, Universitas Kristen Indonesia Paulus Makassar
Email : fandpongtuluran@gmail.com
Abstrack
Indonesia has a pretty good energy resource and the most widely used energy is fossil energy.
But it becomes the limitation that the fossil energy that has been used can not be recycled into
new energy. And fossil energy in Indonesia is currently experiencing a decrease in its
availability. Gradually the availability of fossil energy will be exhausted from the face of the
earth. To overcome the scarcity of energy, we can begin to think of renewable energy - renewable
energy in the earth without realizing it. One source of energy that never runs out is wind energy.
Wind energy can be developed into a useful energy for life, one of them by utilizing the energy of
wind speed as a windmill Savonius, wind energy will be converted to Savonius windmill along
with the components of the windmill into electrical energy that is useful for turning on the street
lights.
Keywords: Wind energy, Savonius Windmill, Street light.
Abstrak
Indonesia memiliki sumber daya energi yang besar dan energi yang paling banyak digunakan
adalah energi fosil. Namun menjadi batasan bahwa energi fosil yang telah digunakan tidak dapat
didaur ulang menjadi energi yang baru. Dan energi fosil di Indonesia saat ini mengalami
penurunan ketersediaannya. Ketersediaan energi fosil yang semakin berkurang dari muka bumi.
untuk mengatasi kelangkaan energi, maka perlu dipikirkan energi terbarukan yang sebetulnya
melimpah di bumi tanpa disadarai. Salah satu sumber energi yang tidak pernah habis adalah
energi angin. Energi angin mampu dikembangkan menjadi energi yang berguna untuk kehidupan,
salah satunya dengan memanfaatkan energi dari kecepatan angin sebagai pemutar kincir
Savonius, energi dari angin akan dikonversi ke kincir angin Savonius bersama dengan komponen
– komponen kincir tersebut menjadi energi listrik yang berguna untuk menyalakan lampu jalan.
Kata kunci : Energi angin, Kincir angin Savonius, Lampu jalan.
I. PENDAHULUAN
Sejak revolusi industri, penggunaan
bahan bakar meningkat oleh karena itu
diperlukan sumber energi yang dapat
memenuhi semua kebutuhan. Salah satu
sumber energi yang banyak digunakan
adalah energi fosil (Habibie dkk. 2011).
Energi ini adalah bentuk energi yang tidak
dapat diperbaharui sehingga apabila
persediaan energi ini menipis maka perlu
mencari sumber – sumber energi baru
(Daryanto, 2007). Selain karena tidak dapat
diperbaharui, pemanfaatan energi fosil
secara terus – menerus memiliki dampak
yang bersifat negatif terhadap lingkungan
sekitar, baik secara langsung maupun tidak
1
langsung seperti pemanasan global yang
berdampak pada kerusakan ekologi (Elfridus
dkk. 2015).
Energi angin adalah salah satu
energi terbarukan yang besar potensinya
untuk dikembangkan dalam melawan krisis
energi. Energi angin juga merupakan salah
satu sumber energi yang tersedia sepanjang
tahun di Indonesia dan ramah lingkungan
karena mampu menekan emisi gas CO2, oleh
karena itu dapat diperoleh listrik murah yang
tidak terbatas dari energi angin (Ruzita &
Aidil, 2013). Energi ini telah lama
dimanfaatkan di Negara maju seperti Eropa
dan
Amerika
serikat,
dan
terus
dikembangkan hingga saat ini (Novri &
Arnetto, 2011).
Dalam hal memanfaatkan energi
angin menjadi energi listrik, diperlukan
suatu sistem yang bertujuan untuk
mengubah energi kinetik menjadi energi
mekanik poros kincir, untuk kemudian
diubah lagi oleh generator atau dinamo
menjadi energi listrik. Sistem ini disebut
sebagai Sistem Konversi Energi Angin
(SKEA), dengan menggunakan kincir angin
sebagai media konverternya (Melda, 2013).
Kincir angin akan berfungsi sebagai alat
yang digunakan dalan SKEA yang mampu
merubah energi kinetik angin menjadi energi
mekanik berupa putaran poros (Nakhoda &
Chorul, 2016). Putaran poros tersebut
kemudian dimanfaatkan sebagai gaya torsi
untuk memutar dinamo. Dinamo yang
mendapat putaran dari poros akan
mengakibatkan berputarnya kumparan di
dalam medan magnet atau sebaliknya medan
magnet yang berputar di dalam kumparan,
sehingga menghasilkan gaya gerak listrik
(GGL) (Anggraini, 2016).
0.514444 m/s) dan satuan
berikut.
0
C sebagai
Tabel 2.1. Data Kecepatan Angin dan Suhu
Udara Dalam 1 Tahun
Bulan
Januari
Februari
Maret
April
Mei
Juni
Juni
Agustus
September
Oktober
November
Desember
Kecepatan
Angin (m/s)
2,57
2,57
2,06
2,06
2,06
2,06
2,06
2,06
2,06
2,06
2,06
2,60
Suhu
(0C)
28,6
27,7
28,7
28,8
29,2
28,6
28,1
28,3
28,6
28,4
28,7
27,7
Dalam merancang sebuah kincir
angin untuk pembangkit listrik penerangan
lampu jalan, maka hal – hal yang perlu
diperhatikan antara lain :
1. Menentukan besar daya yang dibutuhkan
dari sekian banyak bola lampu yang
digunakan.
2. Memilih kapasitas sebuah penyimpanan
arus dari kincir yang mampu mencukupi
kebutuhan energi bola lampu yang
dinyalakan sekian jam.
3. Menentukan alat yang berfungsi untuk
mengkonversi arus yang berasal dari
kincir untuk disimpan di dalam baterai
4. Menentukan dinamo/generator sebagai
sumber utama pembangkit listrik.
5. Merencanakan daya yang dibutuhkan
pada kincir.
Dengan
melakukan
metode
pengambilan data di kantor BMKG dan
mencari data dalam referensi – referensi/
buku yang telah ada, maka data – data yang
mendukung
penelitian
tersebut
dirampungkan sebagai berikut :
1. Lampu
a. Merk lampu
:Endura Citylite
Platinum
II. METODOLOGI PENELITIAN
Pengambilan data kecepatan angin
dan temperatur dilaksanakan pada bulan Mei
2017, dan tempat pengambilan data
dilakukan di kantor Badan Meteorologi,
Klimatologi Dan Geofisika, Makassar
Sulawesi Selatan. Data kecepatan yang
diambil dalam bentuk data per bulan selama
satu tahun (2016) dan telah dikonversi dari
satuan Knot ke dalam satuan m/s (1 knot =
2
=
=
=
=
b. Tipe lampu
:Light-Emitting
Diode (LED)
c. Daya lampu
:15 watt
d. Banyaknya
:1 buah
e. Lama penyalaan :11 jam
2. Aki/Baterai/Penyimpanan
a. Merk aki
:Incoe
b. Tipe aki
:600–38(aki kering)
c. Daya aki
:12 volt
d. Kapasitas
:100 Ah
3. Dinamo
a. Daya dinamo :12 volt
Sehingga dengan diketahuinya besar
beban daya yang digunakan = 15 watt, maka
lama waktu aki untuk menyuplai daya ke
lampu saat tidak dalam kondisi mengisi
adalah :
=
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
=
3.1. HASIL
3.1.1. Perhitungan Pada Lampu
Beban total yang digunakan :
⁄
=
dengan waktu
penyalaan 11 jam energi yang dibutuhkan
untuk menyala adalah :
=�
⁄
⁄
=
=
=
⁄
=
Besarnya energi yang dibutuhkan
bola lampu dengan beban daya 15 watt
untuk menyala selama 11 jam yaitu = 594
kJ.
=
=
=
=
→
%
Dapat disimpulkan bahwa sebuah
aki 12 Volt 100 Ah dapat memenuhi
kebutuhan daya 1 bola lampu LED dengan
total beban 15 watt yang dinyalakan selama
64 jam.
Namun aki tidak menghasilkan daya
sehingga penggunaanya hanya akan
mengurangi daya yang tertampung pada aki
sampai daya tersebut habis. Sehingga aki
juga membutuhkan pengisian saat tidak
dalam kondisi beroperasi.
3.1.2. Perhitungan Pada Aki
Pada kondisi dimana aki menyuplai
energi ke lampu selama 11 jam, maka disaat
tersebut energi yang tersedia pada aki
haruslah sama atau lebih besar dari pada
daya yang dibutuhkan. Untuk mengetahui
kapasitas energi yang dapat tertampung
dalam sebuah baterai jika Diketahui:
Aki dengan :
1. Voltase
: 12 volt
2. Kapasitas 20 Hr
: 100 Ah
3. Jumlah aki yang digunakan : 1 buah
Untuk menghitung lama aki dapat
menyuplai daya dengan beban tertentu
secara spesifik, maka hasil dari perhitungan
kasar tersebut harus dikurangi sebesar 20%.
20% dianggap sebagai kerugian oleh baterai
atau (www.edukasielektronika.com/2015).
Kapasitas aki tersebut mampu menyimpan
daya sebesar :
�=
−
− ,
−
3.1.3. Perhitungan Pada Dinamo
Daya yang digunakan untuk
pengisian baterai berasal dari daya output
dinamo yang digunakan pada kincir.
Jika diketahui :
Dinamo sepeda dengan tegangan 12 volt
Kuat arus 1,25 ampere
Daya max. nya :
�� � =
�� � =
,
=
ℎ
%
ℎ
=
+ ,
=
+
=
Sehingga jika diasumsikan untuk
lama pengisian aki = 14 jam, maka energi
yang dapat disuplai dari dinamo ke aki :
3
=
=
=
=�
,
⁄
⁄
− ,
⁄
⁄
,
− ,
−
=
=
−
= ,
⁄
� = ,
Kecepatan angin rata-rata didapatkan
dengan menghitung data U1 sampai Un.
+
+ ⋯+
=
3.1.4. Perhitungan Pada Kincir
Menghitung daya dan dimensi pada kincir
dapat dilakukang dengan persamaan sebagai
berikut.
���
�
=
� �
Massa jenis udara didapatkan dari
tabel sifat-sifat udara dengan menghitung
temperature rata-rata dalam jumlah data
tertentu berdasarkan tabel 2.1.
+
=
=
=
=
=
=
+ ……+
,
,
+ ,
,
,
�
,
+ , + , +
+ , + , + ,
+ , + , + , + ,
⁄
Efisiensi turbin angin adalah
perbandingan antara energi kinetik yang
diserap oleh turbin angin terhadap energi
kinetik angin yang tersedia. Koefisien daya
turbin angin didapatkan dari garfik diagram
Cp – TSR sebagai berikut :
= ,
, + , + , + ,
, + , + , + ,
, + , + , + ,
+
+
∆
=
⁄
= 302 K
Tabel 3.1. Sifat – Sifat Udara
T, K
Ρ
kg/m3
300
1.1774
302
ρx
350
0.9980
Karena temperatur rata – rata yang
diketahui tidak terdapat dalam tabel sifat –
sifat udara pada tekanan atmosfer, maka ρx
didapatkan dengan menggunakan metode
interpolasi.
(Gambar 4.1. Diagram Cp – TSR untuk
beberapa tipe turbin)
(Sumber : Ambrosio, 2010)
Untuk mencari nilai ρx :
∆
∆
=
∆
∆
Pada grafik, angka 0,59 ini disebut
batas Betz. Angka ini secara teori
menunjukan efesiensi maksimum yang dapat
dicapai oleh rotor turbin angin sumbu
vertikal (Daryanto: 2007). Namun nilai
tersebut hanya mampu dicapai oleh kincir
angin jenis Ideal Propeller. Sedangakan
4
kincir angin Savonius memiliki Cp yang
paling rendah diantara semua jenis kincir
angin yang ada pada grafik. Nilai Cp
maksimum dari kincir angin tipe Savonius
adalah sekitar 0,18
Sehingga jika direncanakan daya pada kincir
= 10% dari daya dinamo, maka :
��� � = � � � +
%� � �
=
+ ,
= ,
sehingga luasan kincir dapat diperoleh
sebagai berikut :
���
,
�
=
=
/
,
=
,
Untuk mendapatkan kecepatan sudut :
. .
�=
= . . /
Sehingga :
,
=
. , .
/
Maka luas penampang (A) kincir yang
diperoleh :
,
=
,
,
/
,
/
,
=
⁄
,
,
,
/
,
,
=
,
= ,
�
&
,
= , �
Perhitungan efisiensi kincir savonius
Efisiensi mesin turbin angin jenis savonius
ini dapat dihitung dengan persamaan :
���
=
��
� �
%
�
&
,
%
= ,
%
=
%
Besarnya efisiensi kincir angin = 59,25 %
,
Tabel 3.2. perbandingan dimensi kincir angin
savonius dengan kecepatan angin yang
berbeda
,
,
= ,
Lebar kincir :
�=
�
�
=
�
D/t = 0,8 adalah ratio untuk menentukan
lebar, tinggi dan diameter pada kincir angi
Savonius (Napitupulu & Siregar, 2013)
= ,
Sehingga tinggi kincir :
= ,
, = ,
,
=
,
= √
,
=
Karena luas penampang telah
didapatkan maka dimensi pada kincir dapat
ditentukan. Perhitungan untuk mencari
dimensi kincir adalah sebagai berikut.
= ,
,
= ,
Diameter kincir yang di peroleh adalah :
= ,
= ,
,
= ,
Perhitungan pada torsi
��� �
=
. .�
� �
,
,
5
3.2. Pembahasan
Dari hasil perhitungan dapat
diperoleh sebuah pembahasan bahwa dalam
merencanakan
sebuah
kincir
angin,
kemampuan daya dari dinamo/generator
yang digunakan akan mempengaruhi desain
dimensi dari kincir yang direncanakan
karena daya pada dinamo adalah acuan
untuk merencanakan daya pada kincir. Daya
rencana pada kincir harus lebih besar sekian
persen dari daya pada dinamo. Koefisien
daya kincir yang direncanakan pun perlu
untuk diketahui karena untuk setiap kincir
angin memiliki tingkat koefisien daya yang
berbeda – beda. Hal tersebut dapat dilihat
pada diagram Cp – TSR untuk beberapa
turbin. Besarnya Cp yang dimiliki oleh
setiap kincir akan mempengaruhi desain
dimensi dari kincir yang direncanakan. Hal
yang tidak kalah pentingnya dalam
merencanakan sebuah kincir angin adalah
kecepatan angin. Kecepatan angin juga
sangat mempengaruhi dimensi yang
direncanakan pada kincir angin. Dalam tabel
3.2. di perlihatkan bahwa perencanaan kincir
angin pada daerah kecepatan angin yang
besar (5 m/s) akan menghasilkan dimensi
kincir yang lebih kecil sedangkan pada
perencanaan kincir pada daerah kecepatan
angin yang rendah (2,26 m/s) akan
menghasilkan dimensi dengan ukuran yang
lebih besar.
d) Diameter kincir (Dkincir)
e) Efisiensi kincir (ηkincir)
= 3,61 m
= 59,25 %
4.2. Saran
Berdasarkan kesimpulan penelitian,
maka penulis merekomendasikan berupa
saran-saran sebagai berikut :
1. Data kecepatan angin yang akurat didapat
dengan pengambilan data dilapangan
dengan waktu yang lama.
2. Merencanakan kincir angin, gunakanlah
data kecepatan angin yang paling rendah
sehingga perancangan tersebut tidak
hanya bekerja pada saat kondisi
kecepatan angin yang tinggi namun juga
dapat beroperasi pada kecepatan angin
yang rendah.
3. Penelitian ini belum komprehensif karena
hanya melihat dan membandingkan
sebagaian besar penelitian yang serupa
tanpa menguji lapangan secara langsung.
Maka untuk kebutuhan penelitian
berikutnya bagi yang berminat untuk
merancang kincir angin Savonius tidak
hanya merancang namun membuat benda
nyatanya dan menguji secara langsung
dilapangan berdasarkan teori yang ada
dengan hasil yang lebih presisi.
V. DAFTAR PUSTAKA
Angraini. 2016. Pemanfaatan Energi Angin
Pada Sepeda Motor Bergerak Untuk
Menyalakan
Lampu.
Skripsi
Universitas Lampung : Jurusan
Fisika.
Daryanto. 2007. Kajian Potensi Angin
Untuk Pembangkit Listrik Tenaga
Baja.
BALAI
PPTAGG-UPTZAGG : Yogyakarta.
Elfridus. B .S. dkk. 2015. Pengaruh
Kecepatan Angin Sudut Blade
terhadap Unjuk Kerja Turbin Angin
Poros Vertikal Tipe Savonius
Duabelas Blade. Jurnal Teknik
Mesin. Volume 03. Nomor 02.
IV. SIMPULAN DAN SARAN
4.1. Simpulan
Dalam penelitian ini dapat kita
menyimpulkan hal – hal yang berkaitan
dengan perancangan sebuah kincir sebagai
berikut :
Dengan menggunakan data kecepatan angin
rata – rata = 2,26 m/s serta data suhu rata –
rata = 28,45 0C yang diperoleh dari kantor
Badan Meteorologi, Klimatologi Dan
Geofisika, dengan daya yang direncanakan
pada kincir = 19,8 watt, dan daya pada
dinamo yang terhitung = 18 watt maka
didapatkan sebuah kincir angin Savonius 2
sudu dengan dimensi sebagai berikut :
a) Luas penampang (Akincir)
= 16,36 m2
b) Lebar kincir (Lkincir)
= 3,61 m
c) Tinggi kincir (Kkincir)
= 4,52 m
Habibie, dkk. 2011. Kajian Potensi Energi
Angin diwilayah Sulawesi dan
Maluku. Jurnal Meteorologi dan
Geofisika Volume 12, Nomor 2,
hlm : 181-187.
6
http://edukasielektronika.com/2015
Melda. 2013. Efisiensi Protetipe Turbin
Savonius Pada Kecepatang Angin
Rendah. Jurnal Rekayasa Elektrika.
Volume 3. Hlm 410-419.
Meteorologi Maritim Pottere. 2016.
Data Iklim. Makassar.
Nakhoda dan Chorul. 2016. Rancang
Bangun
Generator
Magnet
Permanen
Untuk
Pembangkit
Tenaga
Listrik
Skala
Kecil
Menggunakan
Kincir
Angin
Savonius Portabel. Jurnal Ilmiah
SETRUM - Volume 5, No.2.
Napitupulu dan Siregar. 2013. Perancangan
Turbin Vertikal Axis Savonius
Dengan Menggunakan 8 buah Sudu
Lengkung. Jurnal Dinamis , Vol.1,
No.13
Napitupulu dan Siregar. 2013. Uji
Experimental
Dan
Analisis
Pengaruh Variasi Kecepatan dan
Jumlah Sudu Terhadap Daya dan
Putaran Turbin Angin Verrtikal Axis
Savonius Dengan Menggunakan
Sudu Pengarah.Jurnal Dinamis,
Volume 11, No.12.
Nofri
dan
Arnetto.
2011.
PembuatanProgram Perancangan
Turbin SavoniusbTipe-U Untuk
Pembangkit Listrik Tenaga Angin.
Jurnal Mechanical, Volume 02,
Nomor 01.
Ruzita dan Aidil Samri. 2013. Rancang
Bangun Miniatur Turbin Angin
Pembangkit Listrik Untuk Mata
Pembelajaran. Jurnal Teknik Mesin,
volume 02, Nomor.01.
7