KINCIR ANGIN TIPE SAVONIUS DENGAN EMPAT SUDU DATAR TUGAS AKHIR - Kincir angin tipe savonius dengan empat sudu datar - USD Repository
KINCIR ANGIN TIPE SAVONIUS DENGAN EMPAT SUDU DATAR TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Disusun oleh: NANANG SETYADHI NIM : 045214089 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2009
THE SAVONIUS TYPE WINDMILL WITH FOUR FLAT BLADES FINAL PROJECT Presented as partial Fulfillment on the Requirements To obtain the Sarjana Teknik Degree In Mechanical Engineering By: NANANG SETYADHI NIM : 045214089 MECHANICAL ENGINEERING DEPARTEMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2009
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur ke hadirat Tuhan Yesus Kristus atas setiap waktu yang telah diberikan serta semangat, harapan baru yang berlimpah dan tiada henti di dalam penulisan tugas akhir ini hingga selesai.
Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi bagi mahasiswa Teknik Mesin sebelum dinyatakan lulus sebagai Sarjana Teknik.
Dalam pelaksanaan dan penulisan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, baik berupa materi, bimbingan, kerja sama serta dukungan moril. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada :
1. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Rines A, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, dorongan serta meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
3. Ir. YB. Lukiyanto, M.T., selaku dosen pembimbing akademik dan pendidik tugas akhir.
4. Seluruh dosen, staf dan karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas kuliah, bimbingan , serta fasilitas yang diberikan selama masa kuliah.
5. Kepada Ayah, Ibu, Kakak, dan Adikku tidak lupa buat kekasihku tercinta terimakasih atas dukungan moral, financial, doa dan motivasi yang tiada henti hingga tugas akhir ini bisa selesai.
6. Segenap teman-teman Teknik Mesin terutama angkatan 2004 dan yang masih tersisa, banyak pembelajaran yang penulis dapatkan bersama kalian.
7. Saudara-saudara penulis dan teman-teman penulis yang tidak dapat disebutkan oleh penulis satu per satu.
Saya menyadari penulisan Tugas Akhir ini banyak kekurangan, dengan sedikit inspirasi ini dapat menjadi jalan menuju suatu hal yang lebih baik untuk penulisan tugas akhir teman-teman nantinya serta melanjutkan ke arah penelitian dan penciptaan demi kemajuan Universitas kita.
INTISARI
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan efisiensi, torsi dan besarnya tsr terhadap kecepatan angin untuk model kincir tipe Savonius dengan empat sudu datar yang dapat membuka dan menutup secara otomatis.
Model kincir dibuat dengan ukuran tinggi 60 cm dan diameter lingkar luar sudu 50 cm. Agar menghasilkan listrik, alat ini dihubungkan dengan generator.
Dari kincir ini kita bisa menghitung daya, arus, efisiensi, torsi dan tsr. Alat ini diberi beban lampu sebagai pembebanannya yang mempunyai tegangan 1,5 volt.
Pada keadaan pembeban dilakukan pengukuran putaran poros kincir dengan menggunakan tachometer dan arus listrik yang dihasilkan diukur dengan menggunakan multimeter dan voltmeter.
Efisiensi paling besar diperoleh pada kecepatan angin 2,5 m/s yaitu 29,78 dan efisiensi terkecil pada kecepatan angin 7 m/s yaitu 0,57. Torsi paling besar pada kecepatan angin 2.5 m/s yaitu 762,21 Nm dan torsi paling kecil pada kecepatan angin 7 m/s yaitu 30,48 Nm. Sedangkan Tsr paling besar diperoleh pada kecepatan angin 7 m/s yaitu 0,42 dan tsr terkecil pada kecepatan angin 2,5 m/s yaitu 0,11.
DAFTAR ISI
Hal.HALAMAN JUDUL ...…………..………………………………………...... i HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING .…………………………...... iii HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI DAN DEKAN ………................... iv HALAMAN PERNYATAAN .………………………………….................... v HALAMAN PUBLIKASI................................................................................ vi KATA PENGANTAR …………………………………...………………….. vii
INTISARI …………………………………………………………………… ix DAFTAR ISI …………………………………………………….................... xi DAFTAR TABEL……………………………………………………………. xiii DAFTAR GAMBAR………………………………………………………… xiv BAB I PENDAHULUAN ……………………………...................................
1 1.1. Latar Belakang Masalah ……………...……………..................
1 1.2. Perumusan Masalah..........……………...….………..................
3 1.3. Batasan Masalah....…………....………...……….......................
3 1.4. Tujuan Penelitian........................................................................
4 1.5. Manfaat Penelitian.......................................................................
4 BAB II DASAR TEORI………………….......…….…………………...........
5 2.1. Tipe Kincir atau Turbin Angin……………..………………….
5 2.1.1. Kelebihan Turbin Angin Sumbu Vertikal........................
5
2.1.2.Kekurangan Turbin Angin Sumbu Vertikal.......................
7 2.2. Gerak Turbin...............................................................................
7 2.3. Perhitungan Pada Turbin.............................................................
8 2.3.1. Perolehan Daya Menurut Teori.......................................
9 2.2.2. Perhitungan Koefisien Daya............................................
10 2.2.3. Perhitungan Daya yang Dihasilkan oleh Kincir..............
10 2.2.4. Perhitungan Efisiensi Menyeluruh…...………………...
11 2.2.5. Perhitungan Torsi............................................................
11 BAB III METODE PENELITIAN…………………………………………...
12 3.1. Sarana Penelitian........................................................................
12 3.2. Peralatan Penelitian.....................................................................
12 3.3. Analisa Data...............................................................................
13 3.4. Langkah Penelitian .………………………………..…………..
14 BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN.......... …...………....
21
4.1. Perhitungan.................................................................................. 21 4.1.1 Daya output........................................................................
21 4.1.2 Daya input.........................................................................
21 4.1.3 Efisiensi Menyeluruh.........................................................
22 4.1.4 Torsi...................................................................................
22 4.2 Analisa dan Pembahasan............................................................
37 BAB V PENUTUP .........................................................................................
39
5.1. Kesimpulan .................................................................................
39 5.2. Saran ...........................................................................................
39 DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................
40 LAMPIRAN...................................................................................................... 41
DAFTAR TABEL
Hal Tabel 1. Data angin yang telah dihimpun oleh Pusat Meteorologi dan
2 Geofisika ………...........................................................................
Tabel 4.1. Data hasil percobaan dengan kecepatan angin 2,5 m/s..................24 Tabel 4.2. Data hasil percobaan dengan kecepatan angin 3 m/s.....................
25 Tabel 4.3. Data hasil percobaan dengan kecepatan angin 3,5 m/s..................
26 Tabel 4.4. Data hasil percobaan dengan kecepatan angin 4 m/s.....................
27 Tabel 4.5. Data hasil percobaan dengan kecepatan angin 4,5 m/s..................
28 Tabel 4.6. Data hasil percobaan dengan kecepatan angin 5 m/s.....................
29 Tabel 4.7. Data hasil percobaan dengan kecepatan angin 5,5 m/s..................
30 Tabel 4.8. Data hasil percobaan dengan kecepatan angin 6 m/s.....................
31 Tabel 4.9. Data hasil percobaan dengan kecepatan angin 6,5 m/s..................
32 Tabel 4.10 Data hasil percobaan dengan kecepatan angin 7 m/s.....................
33
DAFTAR GAMBAR
19 Gambar 3.7 Poros sudu……………………………………………………….
36 Gambar 4.5 Grafik hubungan efisiensi terhadap tsr..........................................
34 Gambar 4.3 Grafik hubungan efisiensi terhadap empat kincir savonius........... 35 Gambar 4.4 Grafik hubungan torsi terhadap empat kincir savonius.................
34 Gambar 4.2 Grafik hubungan torsi terhadap kecepatan angin...........................
21 Gambar 4.1 Grafik hubungan efisiensi terhadap kecepatan angin....................
20 Gambar 3.9 Lubang pena penahan poros..........................................................
20 Gambar 3.8 Penutup bawah…………………………………………………..
19 Gambar 3.6 Sudu……………………………………………………………...
Hal Gambar 2.1 Arah putaran angin.........................................................................
18 Gambar 3.5 Poros penahan……………………………………………………
18 Gambar 3.4 Penahan sudu…………………………………………………….
17 Gambar 3.3 Dudukan poros sudu……………………………………………..
17 Gambar 3.2 Penutup atas……………………………………………………..
16 Gambar 3.1 Poros……………………………………………………………..
10 Gambar 3 Bagian-bagian kincir……………………………………………..
9 Gambar 2.2 Grafik hubungan daya, Cp dan rasio kecepatan keliling...............
37
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dewasa ini kebutuhan akan energi listrik terus meningkat. Terdapat banyak hal
yang memerlukan listrik untuk melakukan kegiatan. Tempat yang paling banyak
memerlukan adalah tempat yang membutuhkan energi listrik terus menerus.Energi listrik tidak dapat kita peroleh begitu saja dari alam. Diperlukan suatu
proses tertentu untuk mendapatkannya karena alam tidak menyediakan energi listrik
secara langsung. Energi listrik diperoleh dengan mengubah energi yang ada di alam
misalnya, energi gerak, energi kimia, energi panas dan sebagainya, dengan suatu alat
tertentu dan proses tertentu diubah menjadi energi lisrik. Dalam proses-proses tersebut
membutuhkan alat-alat tertentu yang dapat mengubah ataupun mengkonversi suatu
bentuk energi ke bentuk energi lain.Di Indonesia listrik yang berasal dari PLN sekarang semakin mahal. Dibutuhkan sumber
energi alternatif lain, salah satu alternatif ini dapat kita alihkan menggunakan angin.
Angin merupakan energi yang sangat besar, tetapi angin juga mempunyai kelemahan
karena sifatnya yang tidak konstan atau dinamis. Namun hanya angin saja belum cukup,
kita harus mengolahnya lagi dengan bantuan kincir yang ditransmisikan ke generator,
sehingga dapat menghasilkan energi listrik. Energi listrik dapat digunakan dalam
peralatan elektronika, antara lain: radio, televisi, setrika, dan masih banyak lagi.2 Kebutuhan listrik juga sangat dibutuhkan dalam lingkungan industri sebagai sumber tenaga untuk menjalankan suatu produksi.
6 Rendole/Pati 5,30 84,8
13 Waingapu 3,65 32,7 Sumber : Pusat Meteorologi dan Geofisika, 2000
12 Kupang/Penfui 5,75 78,6
11 Pasir Panjang 4,95 66,7
10 Denpasar 4,03 59,5
9 Kalianget 4,15 65,6
8 Iswahyudi 5,15 95,5
7 Semarang 3,90 51,3
5 Margahayu 4,30 90,0
Tabel 1. Data angin yang telah dihimpun oleh Pusat Meteorologi dan Geofisika tentang daerah yang mempunyai kecepatan angin rata-rata 3,5 m/s atau lebih.
4 Pondok Betung 3,70 25,0
3 Tanjung Pandang 4,35 75,0
2 Tanjung Pinang 3,75 62,5
1 Blang Bintang 3,50 42,6
Di atas 4,0 m/s (%)
(m/s) Masa Bertiup Angin
No Nama Daerah Kecepatan Rata-rata
Dari data yang dipaparkan di atas, dengan menganggap kecepatan rata- rata angin adalah 3,5 m/s, dapat ditarik suatu kesimpulan pula bahwa kincir
3 angin yang sesuai dengan keadaan angin di Indonesia adalah kincir angin Savonius. Kincir angin Savonius yang dikembangkan dapat digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga angin dan untuk kepentingan memompa atau menaikkan air.
Kincir angin yang telah dibuat selama ini dinilai masih kurang berfungsi secara optimal. Melalui modifikasi pada mekanisme gerakan sudu-sudu pada kincir angin Savonius ini diharapkan kincir angin yang dihasilkan dapat memberikan koefisien daya yang semakin meningkat.
1.2 Perumusan Masalah
Permasalahan yang dapat dirumuskan pada pembuatan alat ini adalah sebagai berikut: 1) Indonesia mempunyai potensi angin yang banyak tetapi pada umumnya berkecepatannya rendah.
2) Kebutuhan masyarakat akan energi cukup besar karena semakin sedikitnya energi dari fosil untuk itu dibutuhkan energi alternatif dari energi angin. 3) Untuk alternatifnya dibuat desain alat yang sederhana dan mudah mendapatkannya, seperti kincir angin dengan sudu vertikal yang sederhana tetapi dengan efisiensi tinggi.
1.3 Batasan Masalah
Agar permasalahan yang ada tidak berkembang menjadi luas, maka perlu adanya batasan terhadap permasalahan yang akan dibuat yaitu:
4 1) Kecepatan angin diatur dengan mengatur jarak blower yang terpasang dalam terowongan angin (wind tunnel) .
2) Model kincir angin yang digunakan adalah tipe Savonius satu tingkat berukuran.
3) Sudu yang dipilih berbentuk datar sejumlah empat sudu. 4) Kecepatan angin berkisar antara 2,5m/s-7 m/s. 5) Analisis yang dilakukan adalah analisis terhadap efisiensi,torsi dan tsr.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah: 1) Dapat dipergunakan sebagai sumber informasi bagi masyarakat
Indonesia terutama yang tinggal di daerah terpencil yang memiliki potensi angin cukup besar untuk dapat menghasilkan listrik dan kekurangan sumber tenaga listrik, karena dapat dikembangkan sebagai pembangkit tenaga listrik.
2) Menambah literatur (pustaka) tentang kincir sebagai pembangkit listrik.
1.5 Tujuan Penelitian
1. Mendapatkan efisiensi terbesar dan terkecil yang dihasilkan oleh model kincir angin terhadap 10 variasi kecepatan angin.
2. Mendapatkan torsi terbesar dan terkecil yang dihasilkan oleh model kincir angin terhadap 10 variasi kecepatan angin.
3. Mendapatkan tsr terbesar dan terkecil yang dihasilkan oleh model kincir angin terhadap 10 variasi kecepatan angin.
BAB II DASAR TEORI
2.1 Tipe Kincir atau Turbin Angin
Turbin angin atau kincir angin secara umum dibedakan dalam dua jenis berdasarkan kedudukan porosnya yaitu Vertikal dan Horisontal. 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 diciptakan 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.
2.1.1 Kelebihan Turbin Angin Sumbu Vertikal Kelebihannya antara lain
1. Sebuah VAWT bisa diletakkan lebih dekat ke tanah, membuat pemeliharaan bagian-bagiannya yang bergerak jadi lebih mudah.
2. VAWT memiliki sudut airfoil (bentuk bilah sebuah baling-baling yang terlihat secara melintang) yang lebih tinggi, memberikan
6 keaerodinamisan yang tinggi sembari mengurangi drag pada tekanan yang rendah dan tinggi.
3. 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.
4. VAWT memiliki kecepatan awal angin yang lebih rendah daripada HAWT. Biasanya VAWT mulai menghasilkan listrik saat kecepatan angin 10 km/jam (2,78 m/s).
5. 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.
6. VAWT bisa didirikan pada lokasi-lokasi dimana struktur yang lebih tinggi dilarang dibangun.
7. 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),
8. VAWT tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah.
9. Kincir pada VAWT mudah dilihat dan dihindari burung.
7
2.1.2 Kekurangan Turbin Angin Sumbu Vertikal Kekurang turbin angin sumbu vertikal antara lain :
1. Kebanyakan VAWT memproduksi energi hanya 50% dari efisiensi HAWT karena drag tambahan yang dimilikinya saat kincir berputar.
2. VAWT tidak mengambil keuntungan dari angin yang melaju lebih kencang dielevasi yang lebih tinggi.
3. Kebanyakan VAWT mempunyai torsi awal yang rendah, dan membutuhkan energi untuk mulai berputar.
4. Sebuah VAWT yang menggunakan kabel untuk menyanggahnya memberi tekanan pada bantalan dasar karena semua berat rotor dibebankan pada bantalan. Kabel yang dikaitkan ke puncak bantalan meningkatkan daya dorong ke bawah saat angin bertiup.
2.2 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 dorong.
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
8 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 ditunjukkan Gambar 2.1.
ARAH PUTARAN nd DOWNWIND UPWIND ARAH ANGIN
Gambar 2.1. Arah putaran angin2.3 Perhitungan Pada Turbin
2.3.1 Perolehan Daya Menurut Teori Daya input yang disediakan angin dapat dihitung dari perkalian masa jenis udara dikalikan luas penampang kincir angin dikalikan pangkat tiga kecepatan angin
1 3 P in Av (watt) …………………………… (2.1) = ρ
2 dengan :
P = daya input (watt) in
3
= densitas udara / massa jenis udara, kg/m ρ
3
= 1,225 kg/m ρ
9
2 A = luas penampang ( m ) v = kecepatan angin (m/det)
Pada Gambar 2.2 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 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 2.2. Grafik hubungan daya, Cp dan rasio kecepatan keliling tepi luar sudu terhadap kecepatan angin, tsr.10
2.3.2 Perhitungan Efisiensi
Perhitungan Efisiensi (C ) kincir dapat dihitung berdasarkan
p
perbandingan daya yang dihasilkan oleh kincir (P ) dengan daya
out
input (P ) yang disediakan oleh angin dapat dituliskan menurut
in
persamaan berikut
C = P /P ……… ( 2.2) p out in
dengan :
C = efisiensi p
P = daya yang dihasilkan oleh kincir ( watt ) out
P = daya input ( watt ) in
2.3.3 Perhitungan Daya yang Dihasilkan oleh Kincir Perhitungan daya yang dihasilkan oleh kincir (P ) dihitung
out
berdasarkan tegangan (V) dan kuat arus (I) output generator yang digunakan dapat dituliskan menurut persamaan berikut :
P = V ( watt ) ………………………….. ( 2.3 ) out ⋅ I
dengan :
P = daya yang dihasilkan oleh kincir ( watt ) out
V = tegangan ( volt )
I = arus ( ampere )11
2.3.4 Perhitungan Efisiensi Menyeluruh
C p
= P
out /P in x100% .............................(2.4) P out
= daya output (watt)
P in
= daya input (watt)
2.3.5 Perhitungan Torsi
Perhitungan torsi dapat dituliskan menurut persamaan berikut :
⋅ = 9550 (Nm) ………………………….. (2.5)
P out
= V . I
Dengan : t
M = torsi (Nm) P out
= daya output (watt)
n = putaran poros (rpm)
n P M out t
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Sarana Penelitian Sarana yang di gunakan untuk penelitian adalah kincir angin vertical
dengan sudu dapat membuka dan menutup. Selanjutnya kincir angin tersebut akan dicari unjuk kerjanya pada kecepatan angin yang bervariasi sehingga mendapatkan daya yang berbeda.
3.2. Peralatan Penelitian
Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah :
1. Alternator Alat ini berfungsi sebagai alat yang mengubah gaya gerak menjadi listrik.
Alternator menghasilkan arus listrik dan tegangan listrik yang digunakan untuk mencari besar daya yang dikeluarkan.
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 aluminium foil) yang dipasang pada poros.
13
3. Terowongan Angin (wind tunnel) Alat ini berfungsi sebagai lorong yang menangkap dan mengumpulkan angin dan menghembuskannya pada kincir yang diletakkan didalam terowongan angin atau wind tunnel tersebut, pengaturan kecepatan angin dilakukan di alat ini.
4. Blower Alat ini menyedot angin yang akan disalurkan ke terowongan angin atau wind tunnel.
5. Multimeter Alat ukur untuk mengukur kelistrikan pada beban yang diberikan.
6. Lampu Alat ini berfungsi sebagai beban dalam percobaan ini dan beban ini yang akan diukur.
7. Anemometer Alat ini berfungsi sebagai alat pengukur kecepatan angin.
3.3. Analisa Data
Data yang diambil dari percobaan ini adalah sebagai berikut : a. Putaran poros kincir dan alternator yang dihasilkan ( n ).
b. Tegangan dan arus listrik pada lampu ( V dan I ).
c. Kecepatan angin ( v ) yang digunakan didapat dari pengukuran anemometer yang diletakan di depan terowongan angin atau wind tunnel.
14 d. Untuk mendapatkan P maka haruslah mendapatkan in ρ yang didapatkan dari persamaan 2.1. dan luasan ( A ) seluruh kincir dan
3 dikalikan dengan kecepatan angin (v ).
e. P diperoleh dari pengkalian tegangan ( out V ) dan arus ( I ) listrik yang dihasilkan dari lampu. f. Efisiensi didapatkan dari persamaan 2.4.
g. Torsi diperoleh dari persamaan 2.5.
3.4. Langkah Penelitian
Dimulai dari :
a. Kincir angin dipasang didalam terowongan angin (wind tunnel) dan dibaut supaya tidak bergerak sedikitpun.
b. Pada poros atas kincir diberi bantalan agar putarannya ringan, sedang bagian bawah poros dihubungkan dengan alternator lalu dihubungkan dengan lampu sebagai beban.
c. Di depan kincir angin dipasang anemometer untuk mengetahui besar angin yang ada dalam terowongan angin (wind tunnel).
d. Setelah semua siap, blower dihidupkan untuk menyedot angin masuk ke dalam terowongan angin (wind tunnel).
e. 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.
15 f. Setelah kincir berputar dengan kecepatan yang stabil maka dapat diukur tegangan dan arus pada lampu, diukur juga perputaran poros pada alternator.
g. Jalannya percobaan a-f dilakukan berulang dengan variasi kecepatan angin yaitu dari kecepatan angin terkecil kincir bisa berputar sampai kecepatan maksimal kincir berputar.
Gambar 3. Bagian-bagian kincir
16 Bagian-bagian kincir dapat dilihat pada Gambar 3 Keterangan bagian kincir :
1. Poros Poros yang digunakan merupakan poros pejal dengan diameter 0,016 m dan panjang 1,248 m . Poros tersebut berfungsi sebagai tumpuan kincir saat didirikan dan berputar.
Gambar 3.1 Poros2. Penutup Atas Penutup atas terbuat dari bahan mika, penutup atas berfungsi untuk menahan angin agar tetap mendorong sudu dan tidak terhambur keluar tepi atas kincir. Penutup atas mempunyai diameter yang sama dengan diameter luar kincir yaitu 0,5 m.
Gambar 3.2 Penutup atas17
3. Dudukan poros sudu Dudukan ini terbuat dari kayu yang berbentuk palang atau dengan kata lain saling tegak lurus. Fungsi dari dudukan ini adalah sebagai dudukan atau tempat menempelnya poros pada sudu, dan sebagai penghubung antara sudu-sudu dengan poros utama.
Gambar 3.3 Dudukan poros sudu4. Penahan sudu Penahan sudu mengunakan baut dengan diameter 12 mm. Fungsinya
o
untuk menahan sudu saat terbuka agar sudu tidak membuka 180 , jika
o
sudu membuka 180 maka sudu tidak dapat berbalik lagi karena terdorong angin, itu berarti di tengah sudu terdapat lubang yang membuat angin lolos dan tidak termanfaatkan secara maksimal.
Gambar 3.4 Penahan sudu18
5. Poros penahan Poros penahan terbuat dari besi cor dengan diameter 8 mm. Fungsinya untuk menahan agar poros sudu atas dan bawah tetap sejajar atau dengan kata lain untuk menahan beban puntir pada kincir akibat dorongan angin.
Gambar 3.5 Poros penahan6. Sudu Pada kesempatan ini kincir yang dibuat adalah kincir Savonius dengan sudu datar. Sudu terbuat dari mika yang mempunyai beban yang ringan, berfungsi untuk mempermudah saat sudu membuka dan menutup. Panjang sudu adalah 0,6 m.
Gambar 3.6 Sudu19
7. Poros sudu Poros sudu berfungsi untuk tumpuan sudu saat berputar dan berfungsi sebagai penghubung antara sudu dengan poros utama.
Gambar 3.7 Poros sudu8. Penutup bawah Penutup bawah sama dengan penutup atas bahan dan ukurannya sama, fungsinya pun hampir sama pengan penutup atas yaitu untuk menahan angin agar tidak terhempas keluar melewati tepi bawah kincir.
Gambar 3.8 Penutup bawah20
9. Lubang pena penahan poros Lubang pena penahan poros adalah lubang yang dibuat untuk menghubungkan kincir dengan alternator. Pada kincir ini lubang dibuat dengan dimeter 8 mm.
Gambar 3.9 Lubang pena penahan porosBAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Adapun salah satu tujuan dari karya tulis ini adalah untuk mendapatkan
torsi dan efisiensi seperti yang telah dibahas pada Bab I. Di dalam bab ini akan dijelaskan mengenai hasil pengujian untuk kincir savonius dengan 4 sudu datar dengan variasi kecepatan angin 2,5m/s, 3 m/s, 3.5 m/s, 4 m/s, 4,5 m/s, 5 m/s, 5,5 m/s, 6 m/s, 6,5 m/s dan 7 m/s.
4.1 Perhitungan
P out
P in
4.1.1 Daya output didapat dari
3
= 1,225 kg/m
3
= densitas udara / massa jenis udara, kg/m
= daya input (watt) ρ
(watt) dengan :
= V I (watt)
1 Av P in ρ =
Tegangan (V) dan arus (I) diukur dengan menggunakan multimeter sedangkan putaran poros (n) diukur dengan menggunakan tachometer.
4.1.2 Daya input 3
V = tegangan ( volt ) I = arus ( ampere )
= daya output (watt)
P out
dengan:
2
22
2 A = luas penampang ( m ) v = kecepatan angin (m/det)
4.1.3 Perhitungan Efisiensi Menyeluruh Efisiensi=P /P x100%
out in
dengan: P = daya output (watt)
out
P = daya input (watt)
in
4.1.4 Perhitungan Torsi Dapat dituliskan menurut persamaan berikut : out
P M t = 9550 ⋅ n P = V I out
dengan : t (Nm)
M = torsi P = daya output (watt) out n = putaran poros (rpm)
23
Tabel 4.1 Data penelitian dan hasil perhitungan untuk kecepatan anginrata-rata 2,5 m/s
NO v I n (rpm) Pout Pin efsiensi tsr torsi
ω
(volt) (ampere) (watt) (watt) (Nm)
1 1,50 0,57 20,50 2,15 0,86 2,87 29,78 0,21 398,30
2 2,10 0,39 16,20 1,70 0,82 2,87 28,53 0,17 482,81
3 2,20 0,32 19,90 2,08 0,70 2,87 24,52 0,21 337,85
4 1,50 0,50 22,00 2,30 0,75 2,87 26,12 0,23 325,57
5 2,20 0,32 15,20 1,59 0,70 2,87 24,52 0,16 442,32
6 1,80 0,36 20,70 2,17 0,65 2,87 22,57 0,22 298,96
7 1,60 0,39 18,50 1,94 0,62 2,87 21,73 0,19 322,12
8 1,60 0,41 17,60 1,84 0,66 2,87 22,85 0,18 355,95
9 1,90 0,32 12,70 1,33 0,61 2,87 21,18 0,13 457,20
10 1,10 0,56 14,00 1,47 0,62 2,87 21,46 0,15 420,20
11 1,20 0,52 16,30 1,71 0,62 2,87 21,73 0,17 365,60
12 1,50 0,54 16,20 1,70 0,81 2,87 28,21 0,17 477,50
13 1,80 0,45 12,90 1,35 0,81 2,87 28,21 0,14 599,65
14 1,70 0,49 11,70 1,22 0,83 2,87 29,01 0,12 679,93
15 1,60 0,41 14,70 1,54 0,66 2,87 22,85 0,15 426,18
16 1,20 0,63 13,70 1,43 0,76 2,87 26,33 0,14 526,99
17 1,10 0,68 15,60 1,63 0,75 2,87 26,05 0,16 457,91
18 1,20 0,70 12,30 1,29 0,84 2,87 29,26 0,13 652,20
19 1,10 0,64 13,00 1,36 0,70 2,87 24,52 0,14 517,17
20 1,40 0,61 10,70 1,12 0,85 2,87 29,74 0,11 762,21
rata-rata 1,57 0,49 15,72 1,65 0,73 2,87 25,46 0,16 465,33
24
Tabel 4.2 Data penelitian dan hasil perhitungan untuk kecepatan anginrata-rata 3 m/s
NO v I n (rpm)
ω
Pout Pin efsiensi tsr torsi (volt) (ampere) (watt) (watt) (Nm)
1 1,40 0,38 29,70 3,11 0,53 4,96 10,72 0,26 171,06
2 1,90 0,32 28,20 2,95 0,61 4,96 12,25 0,25 205,90
3 2,20 0,35 27,60 2,89 0,77 4,96 15,52 0,24 266,43
4 2,10 0,29 27,90 2,92 0,61 4,96 12,28 0,24 208,46
5 1,79 0,29 27,70 2,90 0,52 4,96 10,46 0,24 178,97
6 1,70 0,33 26,30 2,75 0,56 4,96 11,31 0,23 203,71
7 1,40 0,39 27,20 2,85 0,55 4,96 11,01 0,24 191,70
8 1,50 0,52 27,40 2,87 0,78 4,96 15,72 0,24 271,86
9 1,80 0,54 25,70 2,69 0,97 4,96 19,59 0,22 361,19
10 1,60 0,34 26,30 2,75 0,54 4,96 10,96 0,23 197,5411 1,90 0,43 28,20 2,95 0,82 4,96 16,47 0,25 276,68 12 1,80 0,44 25,80 2,70 0,79 4,96 15,96 0,23 293,16 13 1,60 0,62 38,60 4,04 0,99 4,96 19,99 0,34 245,43 14 1,50 0,36 28,60 2,99 0,54 4,96 10,88 0,25 180,31 15 1,70 0,41 25,10 2,63 0,70 4,96 14,05 0,22 265,19 16 1,70 0,50 22,30 2,33 0,85 4,96 17,13 0,19 364,01 17 1,90 0,45 24,90 2,61 0,86 4,96 17,23 0,22 327,92 18 1,50 0,42 23,20 2,43 0,63 4,96 12,70 0,20 259,33 19 1,40 0,52 28,00 2,93 0,73 4,96 14,67 0,24 248,30 20 1,60 0,49 28,90 3,02 0,78 4,96 15,80 0,25 259,07 rata- rata 1,70 0,42 27,38 2,87 0,71 4,96 14,24 0,24 248,81
25
Tabel 4.3 Data penelitian dan hasil perhitungan untuk kecepatan anginrata-rata 3,5 m/s
NO v I n (rpm) Pout Pin efsiensi tsr torsi
ω
(volt) (ampere) (watt) (watt) (Nm)
1 2,20 0,50 40,90 4,28 1,10 7,88 13,96 0,31 256,85
2 2,50 0,42 41,40 4,33 1,05 7,88 13,33 0,31 242,21
3 2,40 0,46 41,70 4,36 1,10 7,88 14,01 0,31 252,83
4 2,50 0,47 39,90 4,18 1,18 7,88 14,91 0,30 281,23
5 1,90 0,49 35,10 3,67 0,93 7,88 11,82 0,26 253,31
6 2,20 0,51 41,60 4,35 1,12 7,88 14,24 0,31 257,57
7 2,40 0,45 38,80 4,06 1,08 7,88 13,71 0,29 265,82
8 2,60 0,49 41,10 4,30 1,27 7,88 16,17 0,31 296,03
9 2,40 0,46 43,30 4,53 1,10 7,88 14,01 0,32 243,49
10 2,30 0,35 38,30 4,01 0,81 7,88 10,22 0,29 200,72
11 2,50 0,36 37,50 3,93 0,90 7,88 11,42 0,28 229,20
12 3,00 0,44 45,00 4,71 1,32 7,88 16,75 0,34 280,13
13 3,10 0,43 42,00 4,40 1,33 7,88 16,92 0,31 303,10
14 2,40 0,35 39,80 4,17 0,84 7,88 10,66 0,30 201,56
15 2,20 0,43 35,70 3,74 0,95 7,88 12,01 0,27 253,06
16 2,40 0,42 39,70 4,16 1,01 7,88 12,79 0,30 242,48
17 2,30 0,46 37,90 3,97 1,06 7,88 13,43 0,28 266,59
18 2,60 0,43 39,40 4,12 1,12 7,88 14,19 0,29 270,99
19 2,20 0,41 38,00 3,98 0,90 7,88 11,45 0,28 226,69
20 2,50 0,42 42,00 4,40 1,05 7,88 13,33 0,31 238,75
rata-rata 2,43 0,44 39,96 4,18 1,06 7,88 13,47 0,30 253,13
26
Tabel 4.4 Data penelitian dan hasil perhitungan untuk kecepatan anginrata-rata 4 m/s
NO v I n (rpm)
ω
Pout Pin efsiensi tsr torsi
(volt) (ampere) (watt) (watt) (Nm)
1 2,90 0,34 59,00 6,18 0,99 7,88 12,52 0,39 159,60
2 3,20 0,33 57,80 6,05 1,06 7,88 13,40 0,38 174,48
3 3,50 0,34 60,50 6,33 1,19 7,88 15,10 0,40 187,84
4 2,80 0,33 57,40 6,01 0,92 7,88 11,73 0,38 153,73
5 3,30 0,36 61,20 6,41 1,19 7,88 15,08 0,40 185,38
6 3,70 0,36 59,00 6,18 1,33 7,88 16,91 0,39 215,60
7 3,00 0,37 60,60 6,34 1,11 7,88 14,09 0,40 174,93
8 3,20 0,34 64,00 6,70 1,09 7,88 13,81 0,42 162,35
9 3,20 0,33 56,80 5,95 1,06 7,88 13,40 0,37 177,55
10 3,60 0,32 57,80 6,05 1,15 7,88 14,62 0,38 190,34
11 3,80 0,32 58,70 6,14 1,22 7,88 15,43 0,38 197,83
12 3,30 0,32 60,10 6,29 1,06 7,88 13,40 0,39 167,80
13 2,60 0,31 57,80 6,05 0,81 7,88 10,23 0,38 133,17
14 3,20 0,32 59,80 6,26 1,02 7,88 13,00 0,39 163,53
15 3,30 0,31 57,10 5,98 1,02 7,88 12,99 0,37 171,10
16 3,40 0,28 65,20 6,82 0,95 7,88 12,08 0,43 139,44
17 3,50 0,29 60,10 6,29 1,02 7,88 12,88 0,39 161,29
18 3,60 0,32 62,40 6,53 1,15 7,88 14,62 0,41 176,31
19 2,60 0,31 58,10 6,08 0,81 7,88 10,23 0,38 132,48
20 2,90 0,29 60,40 6,32 0,84 7,88 10,67 0,40 132,97
rata-rata 3,23 0,32 59,69 6,25 1,05 7,88 13,31 0,39 167,89
27
Tabel 4.5 Data penelitian dan hasil perhitungan untuk kecepatan anginrata-rata 4,5 m/s
NO v I n (rpm)
ω
Pout Pin efsiensi tsr torsi
(volt) (ampere) (watt) (watt) (Nm)
1 3,40 0,33 64,10 6,71 1,12 16,74 6,70 0,37 167,16
2 3,40 0,32 63,40 6,64 1,09 16,74 6,50 0,37 163,89
3 3,70 0,30 67,70 7,09 1,11 16,74 6,63 0,39 156,58
4 3,90 0,31 66,10 6,92 1,21 16,74 7,22 0,38 174,67
5 3,60 0,30 66,20 6,93 1,08 16,74 6,45 0,38 155,80
6 4,20 0,31 64,30 6,73 1,30 16,74 7,78 0,37 193,38
7 4,20 0,33 64,80 6,78 1,39 16,74 8,28 0,38 204,26
8 4,00 0,35 67,90 7,11 1,40 16,74 8,36 0,39 196,91
9 4,10 0,33 65,70 6,88 1,37 16,74 8,15 0,38 198,46
10 4,50 0,33 68,00 7,12 1,49 16,74 8,87 0,40 208,56
11 4,10 0,32 65,20 6,82 1,31 16,74 7,84 0,38 192,17
12 4,40 0,34 65,60 6,87 1,50 16,74 8,93 0,38 217,79
13 4,20 0,32 66,60 6,97 1,34 16,74 8,03 0,39 192,72
14 4,30 0,30 64,70 6,77 1,29 16,74 7,70 0,38 190,41
15 4,10 0,34 65,90 6,90 1,39 16,74 8,33 0,38 202,01
16 4,30 0,32 65,30 6,83 1,38 16,74 8,22 0,38 201,24
17 4,20 0,33 66,70 6,98 1,39 16,74 8,28 0,39 198,45
18 4,30 0,33 68,00 7,12 1,42 16,74 8,47 0,40 199,29
19 4,40 0,32 66,00 6,91 1,41 16,74 8,41 0,38 203,73
20 4,40 0,34 76,30 7,99 1,50 16,74 8,93 0,44 187,25
rata-rata 4,09 0,32 66,43 6,95 1,32 16,74 7,90 0,39 190,24
28
Tabel 4.6 Data penelitian dan hasil perhitungan untuk kecepatan anginrata-rata 5 m/s
NO v I n (rpm) Pout Pin efsiensi tsr torsi
ω
(volt) (ampere) (watt) (watt) (Nm)
1 3,60 0,24 73,50 7,69 0,86 22,97 3,76 0,38 112,26
2 3,40 0,24 76,60 8,02 0,82 22,97 3,55 0,40 101,73
3 3,10 0,25 74,00 7,75 0,78 22,97 3,37 0,39 100,02
4 3,30 0,25 74,10 7,76 0,83 22,97 3,59 0,39 106,33
5 3,40 0,18 71,50 7,48 0,61 22,97 2,66 0,37 81,74
6 3,80 0,22 76,30 7,99 0,84 22,97 3,64 0,40 104,64
7 2,80 0,19 74,00 7,75 0,53 22,97 2,32 0,39 68,66
8 3,60 0,23 74,90 7,84 0,83 22,97 3,60 0,39 105,57
9 3,60 0,24 71,10 7,44 0,86 22,97 3,76 0,37 116,05
10 2,70 0,18 72,30 7,57 0,49 22,97 2,12 0,38 64,20
11 2,20 0,16 71,60 7,49 0,35 22,97 1,53 0,37 46,95
12 2,70 0,18 73,00 7,64 0,49 22,97 2,12 0,38 63,58
13 2,70 0,18 71,00 7,43 0,49 22,97 2,12 0,37 65,37
14 2,90 0,25 75,90 7,94 0,73 22,97 3,16 0,40 91,22
15 3,40 0,20 75,30 7,88 0,68 22,97 2,96 0,39 86,24