Kajian Lintasan Orbit Pada Turbin Angin Savanius Tipe Rotor Helix Dengan Menggunakan Software Matlab 2014 Chapter III V
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1.
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan sejak tanggal pengesahan usulan oleh pengelola
program studi sampai dinyatakan selesai dan direncanakan berlangsung selama 2
bulan. Tempat pelaksanaan penelitian di Program Magister Teknik Mesin,
Fakultas Teknik, laboratorium teknik mesin Universitas Sumatera Utara.
3.2.
Bahan
Dalam penelitian ini, subjek penelitian adalah turbin angin savonius yang
diletakkan dalam model instalasi sederhana wind tunnel skala laboratorium seperti
terlihat pada Gambar 3.1.
Gamba 3.1. (1)Perangkat Wind Tunnel, (2)Turbin angin.[15]
Dalam penelitian ini akan dibuat turbin angin Savonius tipe rotor Helix
seperti terlihat pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2. Turbin angin Savonius tipe rotor Helix
Universitas Sumatera Utara
Komponen turbin angin Savonius tipe rotor helix sebagai berikut :
1. Dudukan lengan sudu.
Dudukan lengan sudu turbin angin berbentuk silinder berbahan besi dengan
ketebalan 10 mm, dan diameter luarnya 20 mm serta diameter dalam 10 mm,
seperti terlihat pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3. Bentuk dudukan lengan sudu
2. Lengan sudu.
Lengan sudu turbin angina savonius tipe rotor Helix berbahan plat besi dengan
ketebalan 0,7 mm, serta plat besi dengan lebar 13 mm dan tebal 1,5 mm, seperti
terlihat pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4. Bahan pelat besi dan lat besi untuk lengan sudu
3. Sudu
Sudu turbin angin berbahan pelat alumanium dengan ketebalan 0,3 mm, seperti
yang diperlihatkan pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5. Bahan pelat Alumanium untuk sudu
Universitas Sumatera Utara
4. Poros
Berdasarkan jenis turbin ini, maka poros dipasang secara vertikal dan poros
terbuat dari bahan stainless steel dengan diameter 8 mm dan panjang 535 mm,
seperti terlihat pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6. Poros
5. Bantalan
Bearing (bantalan) adalah elemen mesin yang menumpu poros yang mempunyai
beban, sehingga putaran atau gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung secara
halus, aman, dan mempunyai umur yang panjang. Bearing harus cukup kokoh
untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik.
bearing ini dibeli di toko bearing yang ada di kota medan dan disesuaikan dengan
ukuran poros seperti pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7. Bantalan
6. Transmisi daya
Dalam penelitian ini roda gigi digunakan untuk mentransmisikan daya dan putaran.
Roda gigi memiliki gigi di sekelilingnya, sehingga penerusan daya dilakukan oleh
gigi-gigi kedua roda yang saling berkait. Diameter luar roda gigi pada poros 120 mm,
dan diameter luar roda gigi pada poros motor DC 10 mm, seperti pada Gambar 3.8.
Universitas Sumatera Utara
(a)
(b)
Gambar 3.8. (a)Roda gigi pada Poros turbin, (b) Roda gigi
pada`poros motor DC
7. Generator listrik
Generator listrik yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah 12V 100mA,
seperti Gambar 3.9.
Gambar 3.9. Generator listirk
8. Bola lampu dan wayar
Bola lampu yang akan digunakan adalah jenis bola lampu LED seperti
pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10. Lampu LED dan wayar kecil
9. Dudukan Rotor Turbin Angin.
Dudukan rotor ini setelah diukur dan disesuaikan dengan wind tunnel ditempah
dibengkel las, alat ini nantinya akan diletakkan pada test saction pada wind
tunnel, seperti pada Gambar 4.11.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.11. Dudukan Rotor Turbin Angin
3.3.
Peralatan Penelitian
Peralatan penelitian yang akan digunakan antara lain:
1. Wind Tunnel, Dengan menggunakan wind tunnel maka relative dapat di setting
kecepatan angin dan kestabilannya sesuai dengan kebutuhan penelitian, seperti
pada Gambar 3.12.
Gamba 3.12. Perangkat Wind Tunnel. [15]
Keterangan
1) Compressor,
2) Test section,
3) Diffuser,
4) Kain penghubung,
5) Drive section
2. Inverter adalah salah satu alat untuk mengubah arus AC ke DC untuk
menyuplay listrik ke dinamo motor dengan arus DC, jadi alat ini aslinya
Universitas Sumatera Utara
mempunyai multi fungsi, merubah AC ke DC kemudian mengeluarkannya
dengan arus AC kembali, inverter diperlihatkan pada Gambar 3.13.
Gambar 3.13. Inverter
3. Vibrometer VQ – 400 - A, Alat ini digunakan untuk mengukur kecepatan
permukaan getaran , juga dapat digunakan untuk mendapatkan waktu putar
sehingga dapat diketahui kecepatan putar suatu benda atau bahan uji. Seperti
pada Gambar 3.14.
Gambar 3.14. vibrometer
4. Tachometer, adalah alat untuk mengukur kecepatan putaran yang dikopel
langsung dengan poros. Seperti pada Gambar 3.15.
Gambar 3.15. Tachometer
Berikut spesifikasi Digital Photo Contact Tachometer :
Name
: Digital Photo Contact Tachometer
Universitas Sumatera Utara
Resulotion
: Photo Tach/Contact Tach
0,1 rpm (0,5 to 999,9 rpm)
1 rpm (over 1,000 rpm)
Accuracy
: ± (0,05 % + 1 Digit)
Battery
: 4 x 1,5 V AA (UM-3) Battery
5. Multitester digital berfungsi untuk mengukurukur arus, tegangan dan resistansi
seperti yang diperlihatkan pada Gambar 3.16.
Gambar 3.16. Multitester digital
6. Anemometer, berfungsi untuk menentukan kecepatan angin yang masuk ke
dalam pada wind tunel seperti pada Gambar 3.17.
Gambar 3.17. Anemometer
7. Labjeck U3 LV dan Sotfware, Analog Digital Converter (ADC) adalah alat
yang dapat mengkonversi tegangan listrik digital ketegangan listrik analog dan
sebaliknya dari tegangan listrik analog ke tegangan listrik digital, salah satu
peralatan ADC tersebut adalah Labjack U3-LV. Labjack ditunjjukan pada
gambar 3.18.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.18. Labjeck
8. Hot wire strain gauge, berfung sebagai sensor kecepatan angin bekerja
berdasarkan panas yang diterima probe dipengaruhi oleh kecepatan angin
seperti pada Gambar 3.19.
Gambar 3.19. Probe hot wire
9.
Computere, digunakan untuk menampilkan dan menyimpan hasil serta
pengolahan data yang di dapat dari pengukuran getaran.
10. Alat tulis dan kamera digital, Alat tulis digunakan untuk mencatat data hasil
penelitian dan Kamera digital akan digunakan untuk mengabadikan proses
eksperimental atau sebagai dokumentasi.
3.4. Metodologi Penelitian
Metode yang dilakukan dalam penelitian ini adalah metode eksperimental.
Kegiatannya meliputi :
1.
Pengambilan data 5 variasi kecepatan angin, masing-masing variasi kecepatan
angin akan dilakukan pencatatan 5 kali yaitu pada selang waktu 20, 40, 60,
80, dan 100 detik, hal ini guna memperoleh rata-rata getaran putaran poros
(rpm), rata-rata tegangan (V), dan rata-rata arus (A)
Universitas Sumatera Utara
2.
Pengambilan data dilakukan dengan melakukan 5 (lima) variasi putaran
electro motor pada wind tunnel guna memperoleh 5 (lima) variasi kecepatan
angin pada kedua tipe turbin tersebut, dan penyetelan putaran menggunakan
alat inverter yang ada pada wind tunnel,
3. Mendapatkan amplitude poros turbine, maka data yang akan diambil meliputi
kecepatan angin, tegangan serta arus listrik, getaran pada poros turbin, dan
pengamatan
grafik
amplitude-vs-time
(Displacemen,
Velocity,
dan
Acceleration) yang terjadi.
3.5.
Set Up alat
3.5.1. Set up alat uji wind tunnel
Perlu dilakukan set up alat uji wind tunnel. Berikut ini langkah –langkah
set up yang dilakukan :
1. Diperiksa kondisi wind tunnel hingga siap untuk pengujian.
2. Diperiksa kondisi elektro motor yang ada di drive suction pada wind tunnel
hingga siap untuk berputar.
3. Diperiksa kondisi inverter hingga siap untuk diaktifkan.
4. Disambungkan arus listrik ke inverter hingga lampu merah menyala.
3.5.2. Set up alat ukur penelitian
Berikut adalah langkah –langkah set up alat ukur penelitian yang
dilakukan :
1.
Diletakkan turbin angin savonius pada test suction wind tunnel.
Gambar 3.20. turbin angin savonius pada
test suction wind tunnel.
Universitas Sumatera Utara
2.
Dipasang kabel pada generator kemudian disambungkan ke lampu LED.
Gambar 3.21. Pemasangan kabel pada generator ke lampu LED.
3.
Dipasasang kabel multitester Generator listrik.
Gambar 3.22. Pemasangan kabel multitester.
4.
Dipasang Hot Wire Strain gauge anemometer pada bagian bawah compresor,
untuk mencatan keceptan angin masuk wind tunel Pada saat pengujian.
Gambar 3.23. Posisi pemasangan anemometer
5.
Diarahkan posisi vibrometer laser pada posisi ujung poros bagian atas turbin
dengan
tepat (lampu laser berwarna merah tepat mengenai ujung poros
bagian atas turbin angin) hal ini untuk pengambilan data pengujian getaran
yang dilakukan pada ujung poros.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.24. Posisi vibrometer
6.
Dihubungkan kabel dari Vibrometer ke labjack kemudian kabel labjack ke
computere hal ini untuk mencatat hasil pengukuran dari vibrometer.
Gambar 3.25. Tampilan pengambilan data pada computere
menngunakan vibrometer
7.
Diarahkan posisi sensor tachometer pada poros turbin angin untuk
pengambilan data kecepatan putar poros turbin angin.
Gambar 3.26. Posisi pengambilan data kecepatan putaran
menggunakan tachometer
Universitas Sumatera Utara
Dioperasikan Wind tunnel melalui inverter kemudian disiapkan alat tulis dan
8.
kamera digital untuk mencatat hasil pengukuran untuk 5 (lima) variasi
kecepatan angin (4 m/s, 4,5 m/s, 5 m/s, 5,5 m/s, dan 6 m/s) yang diukur
melalui anemometr.
Gambar 3.27. Chanel pengaturan kecepatan putaran propeller wind tunnel
9.
Dicatat data kecepatan angin, arus, tegangan listrik, kecepatan poros turbin,
dan juga getaran yang terjadi di poros turbin.
10. Dilakukan pengulangan pengambilan data sesuai dengan langkah 7, 8, dan 9
untuk setiap kecepatan angina (4 m/s, 4,5 m/s, 5 m/s, 5,5 m/s, dan 6 m/s).
Skema set up alat uji diperlihatkan pada Gambar 3.28 beriktu :
Gambar 3.28. Set-Up alat [15]
3.6.
Variabel Penelitian
Variabel penelitian pada pengujian getaran turbin angina savonius type
rotor helix sebagai sebagai berikut :
1. Kecepatan angina yang melalui turbin angina savonius type rotor helix pada
wind tunnel.
2. Putaran poros turbin angina savonius type rotor helix.
Universitas Sumatera Utara
3. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan turbin angina savonius type rotor
helix.
4. Getaran yang dialami oleh poros turbin angina savonius type rotor helix.
3.7.
Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian dilakukan dengan tahapan untuk memudahkan dalam
pengujian,. pada gambar 3.29 memperlihatkan diagram alir prsedur penelitian :
START
STUDI AWAL
Studi Literatur
Penyusunan Proposal
PERSIAPAN
urbin savonius Tipe Helix
Setting alat ukur
Uji coba sistem (set Up)
PENGAMBILAN DATA
Kecepatan angin
Amplitudo (Sinyal getaran)
Putaran poros Turbin Savonius
Tegangan listrik yang dihasilkan
ANALISA DATA
Analisa getaran
Grafik amplitudo
PENGOLAHAN DATA
Overall vibration
Persamaan gerak
getaran`
HASIL
Tida
Ya
KESIMPULAN
FINISH
Gambar 3.29 Prosedur Penelitian
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Tujuan dari penelitian adalah mendapatkan karakteristik lintasan orbit
dari pengukuran getaran poros turbin angina savamius type rotor helix sebagai
optimasi dalam pengembangan rancangan turbin angina.
Penyelidikan langsung melalui pengukuran tentang perilaku getar model
eksperimental, atau benda yang sedang dalam taraf pengembangan sangat
diperlukan. Alat ukur untuk pengukuran ini sudah cukup tersedia di mana-mana.
Elemen-elemen alat ukur terdiri dari m, k, dan c. Perpindahan absolut massa m
dan base masing-masing adalah x dan y, sehingga perpindahan relatif terhadap
base adalah z = x – y.
Di sisi lain, z dan turunannya terhadap waktu adalah simbol yang
menunjukkan gerakan relatif massa m terhadap struktur yang di ukur. Hasil
pengukuran yang diperoleh dapat berupa perpindahan relatif atau kecepatan relatif
[15]. Instrumen pengujian getaran dalam penelitian ini dengan menggunakan alat
ukur vibrometer.
4.1.Amplitudo getaran pada Turbin Angin Savonius
Pencatatan variabel penelitian dilakukan pada 5 variasi kecepatan angin
dan disetiap rentang waktu 20 detik dengan menggunakan Laser vibrometer, dan
dilakukakan vibration source diperlihatkan pada Gambar 5.1 berikut :
Gambar 4.1. Vibration source turbin angin Tipe rotor Helix
Universitas Sumatera Utara
4.1.1. Pengambilan data pada kecepatan angin 4 m/s
Setelah dilakukan pengukuran pada kecepatan angin 4 m/s selama 100
detik diperoleh hasil putaran, arus, dan tegangan dengan interval 20 detik pada
tabel 4.1 berikut :
Tabel 4.1 Data kecepatan angin 4 m/s
t(s)
Rpm
Arus(mA)
Tegangan (V)
20
19
0,6
2,20
40
22
0,8
2,64
60
20
0,7
2,29
80
22
0,8
2,64
100
19
0,6
2,21
Rata-rata
20,40
0,70
2,40
Dari tabel 4.1 diperoleh rata-rata putaran permenit adalah 20,40 rpm, arus
rata-rata 0,7 mA dan tegangan rata-rata 2,40 volt. Dari putaran rata-rata poros
turbin angina pada keceptan angina 4 m/s dilakukan perhitungan unntuk
mendapatkan kecepatan sudut, frekuensi dan perioda sebagai berikut :
Kecepatan sudut dihitung dihitung sebagai berikut:
� =
�
,
xn =
x
,
=
Frekuensi rotor dihitung sebagai berikut:
� =
�
=
�
,
=
,
,
,
rps
Hz
Perioda rotor dihitung sebagai berikut:
� =
�
=
,
= ,
dtk
Data hasil pengujian pada kecepatan angin 4 m/s berupa Amplitude
Velocity selama 100 detik dan data pengujian terlampir pada lampiran 1 (satu).
Pada gambar 4.2 merupakan grafik perubahan amplitude pada setiap perdetik
selama 100 dettik.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.2 Velocity getaran pada kecepatan angin 4 m/s
Dari gambar 4.2 memperlihatkan Velocity peak atas sebesar 0,5273 mm/s
pada detik ke-98, dan untuk Peak bawah sebesar 0,1666 mm/s pada detik ke-54.
Untuk mendapatkan nilai amplitudo dilakukan perhitungan sebagai berikut :
�
=
=
=
� � cos �
� cos �
,
= -0,2775
,
× cos ,
×
Perhitungan di atas diteruskan untuk setiap nilai Velocity pada 100 detik
data. Untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan
program microsoft excel yang terlampir pada lampiran 1 (satu). Displacemen
dihitung sebagai berikut :
=
�
� � = − ,
mm
Perhitungan Displacement diatas diteruskan untuk setiap nilai Amplitude
pada 100 detik dan untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan program microsoft excel kemudian didapat hasil dalam bentuk
grafik pada gambar 4.3 berikut :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.3 Displaciment getaran pada kecepatan angin 4 m/s
Dari gambar 4.3 diperoleh Displaciment peak atas sebesar 0,2408 mm
pada detik ke-64, dan untuk Peak bawah sebesar -0,240 7mm pada detik-ke-89.
Nilai Acceleration dihitung sebagai berikut :
=
=
��
sin � = − ,
mm/s
Perhitungan Acceleration di atas diteruskan untuk setiap nilai Amplitude
pada 100 detik dan untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan program microsoft excel Kemudian diperoleh hasil dalam bentuk
grafik pada gambar 4.4. berikut :
Gambar 4.4 Acceleration getaran pada kecepatan angin 4 m/s
Universitas Sumatera Utara
Dari gambar 4.4 memperlihatkan Acceleration peak atas sebesar 1,0978
mm/s
pada detik ke-64, dan untuk Peak bawah sebesar -1,0976 mm/s pada
detik ke-39.
4.1.2. Pengambilan data pada kecepatan angin 4,5 m/s
Setelah dilakukan pengukuran pada kecepatan angin 4 m/s selama 100
detik diperoleh hasil putaran, arus, dan tegangan dengan interval 20 detik pada
tabel 4.2 berikut :
Tabel 4.2 Data kecepatan angin 4,5 m/s
t(s)
Rpm
Arus(mA)
Tegangan (V)
20
22
0,8
2,64
40
24
0,9
2,78
60
25
0,9
2,81
80
22
0,8
2,64
100
23
0,8
2,73
Rata-rata
23,20
0,84
2,72
Dari tabel 4.2 diperoleh rata-rata putaran per menit 20,40 rpm, arus ratarata 0,7 mA dan tegangan rata-rata 2,40 volt. Dari putaran rata-rata poros turbin
angina pada keceptan angina 4,5 m/s dilakukan perhitungan unntuk mendapatkan
kecepatan sudut, frekuensi dan perioda sebagai berikut :
�
� =
0
×
,
=
0
×
,
=
Frekuensi rotor dihitung sebagai berikut :
� =
�
=
�
,
=
= ,
,
=
,
,
rps
Hz
Perioda rotor dihitung sebagai berikut ::
� =
�
,
dtk
Data hasil pengujian pada kecepatan 4,5 m/s selama 100 detik yang
diperoleh hasil berupa Velocity terlampir pada lampiran 2 (dua). Pada gambar 4.5
memperlihatkan grafik perubahan Amplitudo pada setiap 1 detik selama 100
dettik.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.5 Velocity getaran pada kecepatan angin 4,5 m/s
Dari gambar 4.5 diperoleh Velocity peak atas sebesar 0,5435 mm/s pada
saat detik ke-83, dan untuk Peak bawah sebesar 0,1791 mm/s pada saat detik-ke
81. Untuk mendapatkan nilai amplitudo dilakukan perhitungan sebagai berikut :
=
�
=
=
� � cos �
� cos �
,
= -0,1896
,
× cos ,
×
Perhitungan diatas diteruskan untuk setiap nilai Velocity pada 100 detik
data. Untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan
program microsoft excel yang diperlihatkan pada lampiran 2 (dua). Displacemen
dihitung sebagai berikut :
=
�
� � = − ,
mm
Perhitungan Displacement diatas diteruskan untuk setiap nilai Amplitude
pada 100 detik dan untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan program microsoft excel kemudian diperoleh hasil dalam bentuk
grafik pada gambar 4.6 berikut :
Universitas Sumatera Utara
Gambar4 6. displacimen getaran pada kecepatan angin 4,5 m/s
Dari gambar 4.6 diperoleh Displaciment peak atas sebesar 0,1683 mm
pada saat detik ke-33, dan untuk Peak bawah sebesar -0,1683 mm pada saat detikke-11. Acceleration dihitung sebagai berikut :
=
= −
��
sin � = − ,
mm/s
Perhitungan Acceleration diatas diteruskan untuk setiap nilai Amplitude
pada 100 detik dan untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan program microsoft excel kemudian diperoleh hasil dalam bentuk
grafik pada gambar 4.7. berikut :
Gambar 4.7 Acceleration getaran pada kecepatan angin 4,5 m/s
Universitas Sumatera Utara
Dari gambar 4.7 memperlihatkan Acceleration peak atas sebesar 0,9921
mm/s pada saat detik ke-33, dan untuk Peak bawah sebesar -0,9924 mm/s pada
saat detik-ke-11.
4.1.3. Pengambilan data pada kecepatan angin 5 m/s
Setelah dilakukan pengukuran pada kecepatan angin 4 m/s selama 100
detik diperoleh hasil putaran, arus, dan tegangan dengan interval 20 detik pada
tabel 4.3 berikut :
Tabel 4.3. Data kecepatan angin 5 m/s
t(s)
Rpm
Arus(mA)
Tegangan (V)
20
27
1,1
2,91
40
29
1,2
2,95
60
29
1,2
2,94
80
31
1,3
3,15
100
27
1,1
2,93
Rata-rata
28,60
1,18
2,98
Dari tabel 4.3 diperoleh rata-rata putaran per menit 20,40 rpm, rata-rata
arus 0,7 mA dan tegangan rata-rata 2,40 Volt. Dari putaran rata-rata poros turbin
angina pada keceptan angina 5 m/s dilakukan perhitungan unntuk mendapatkan
kecepatan sudut, frekuensi dan perioda sebagai berikut :
Kecepatan sudut dihitung sebagai berikut :
� =
�
xn =
,
x
,
=
Frekuensi rotor dihitung sebagai berikut ::
�=
,
�
=
,
�
= ,
,
rps
Hz
Perioda rotor dihitung sebagai berikut ::
� =
�
=
,
= ,
dtk
Data hasil pengujian getaran pada kecepatan 5 m/s selama 100 detik
diperoleh hasil berupa Velocity terlampir pada lampiran 3. Pada gambar 4.8
memperlihatkan grafik perubahan Amplitudo pada setiap detik selama 100 dettik.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.8. Velocity getaran pada kecepatan angin 5 m/s
Dari gambar 4.8 memperlihatkan Velocity peak atas sebesar 0,5196 mm/s
pada saat detik ke-88, dan untuk Peak bawah sebesar 0,1594 mm/s pada saat
detik-ke 96. Untuk mendapatkan nilai amplitudo dilakukan perhitungan sebagai
berikut :
=
�
=
=
� � cos �
� cos �
,
= -0,1710
,
× cos ,
×
Perhitungan diatas diteruskan untuk setiap nilai Velocity pada 100 detik
data. Untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan
program microsoft excel yang terlampir pada lampiran 3. Displacemen dihitung
sebagai berikut :
=
�
� � = − ,
mm
Perhitungan Displacement diatas diteruskan untuk setiap nilai Amplitude
pada 100 detik dan untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan program microsoft excel kemudian diperoleh hasil dalam bentuk
grafik pada gambar 4.9 berikut :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.9 displacimen getaran pada kecepatan angin 5 m/s
Dari gambar 4.9 diperoleh Displaciment peak atas sebesar 0,2366 mm
pada saat detik ke-96, dan untuk Peak bawah sebesar -0,2374 mm pada saat detikke-53.
Acceleration dihitung sebagai berikut :
=
= −
��
sin � = − ,
mm/s
Perhitungan Acceleration diatas diteruskan untuk setiap nilai Amplitude
pada 100 detik dan untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan program microsoft excel kemudian diperoleh hasil dalam bentuk
grafik pada gambar 4.10. berikut :
Gambar 4.10. Acceleration getaran pada kecepatan angin 5 m/s
Universitas Sumatera Utara
Dari gambar 4.10 diperoleh Acceleration peak atas sebesar 2,1206 mm/s
pada saat detik ke-11, dan untuk Peak bawah sebesar -2,1273 mm/s pada saat
detik-ke-53.
4.1.4. Pengambilan data pada kecepatan angin 5,5 m/s
Setelah dilakukan pengukuran pada kecepatan angin 4 m/s selama 100
detik diperoleh hasil putaran, arus, dan tegangan dengan interval 20 detik pada
tabel 4.4 berikut :
Tabel 4.4. Data kecepatan angin 5,5 m/s
t(s)
Rpm
Arus(mA)
Tegangan (V)
20
33
1,7
3,25
40
32
1,7
3,35
60
32
1,6
3,25
80
34
1,8
3,55
100
33
1,7
3,27
Rata-rata
32,80
1,70
3,33
Dari tabel 4.4 diperoleh rata-rata putaran per menit 20,40 rpm, rata-rata
arus 0,7 mA dan tegangan rata-rata 2,40 Volt. Dari putaran rata-rata poros turbin
angina pada keceptan angina 5,5 m/s dilakukan perhitungan unntuk mendapatkan
kecepatan sudut, frekuensi dan perioda sebagai berikut :
Kecepatan sudut dihitung sebagai berikut :
� =
�
xn =
,
x
=
.
Frekuensi rotor dihitung sebagai berikut :
�=
�
=
�
,
,
=
,
Hz
= ,
dtk
rps
Perioda rotor dihitung sebagai berikut ::
� =
�
=
,
Data hasil pengujian kecepatan angin 5,5 m/s didapat berupa Velocity
terlampir pada lampiran 4. Pada gambar 4.11 memperlihatkan grafik perubahan
Amplitudo pada setiap detik selama 100 dettik.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.11. Velocity getaran pada kecepatan angin 5,5 m/s
Dari gambar 4.11 diperoleh Velocity peak atas sebesar 0,5429 mm/s pada
saat detik ke-34, dan untuk Peak bawah sebesar 0,1654 mm/s pada saat detik-ke
72. Untuk mendapatkan nilai amplitudo dilakukan perhitungan sebagai berikut :
=
�
=
=
� � cos �
� cos �
,
= -0,0820
,
× cos ,
×
Perhitungan diatas diteruskan untuk setiap setik nilai Velocity pada 100
detik data. Untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan menggunakan
program microsoft excel yang terlampir pada lampiran 5(lima). Displacemen
dihitung sebagai berikut :
=
�
� � = − ,
mm
Perhitungan Displacement diatas diteruskan untuk setiap nilai Amplitude
pada 100 detik dan untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan program microsoft excel kemudian diperoleh hasil dalam bentuk
grafik pada gambar 4.12 berikut :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.12. displacimen getaran pada kecepatan angin 5,5 m/s
Dari gambar 4.12 diperoleh Displaciment peak atas sebesar 0,0963 mm
pada saat detik ke-64, dan untuk Peak bawah sebesar -0,0963 mm pada saat detikke-89. Acceleration dihitung sebagai berikut :
=
= −
��
sin � = − ,
mm/s
Perhitungan Acceleration diatas diteruskan untuk setiap nilai Amplitude
pada 100 detik dan untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan program microsoft excel kemudian diperoleh hasil dalam bentuk
grafik pada gambar 4.13. berikut :
Gambar 4.13. Acceleration getaran pada kecepatan angin 5,5 m/s
Universitas Sumatera Utara
Dari gambar 4.13 diperoleh Acceleration peak atas sebesar 1,1349 mm/s
pada saat detik ke-70, dan untuk Peak bawah sebesar -1,1349 mm/s pada saat
detik-ke-27.
4.1.5. Pengambilan data pada kecepatan angin 6 m/s
Setelah dilakukan pengukuran pada kecepatan angin 4 m/s selama 100
detik diperoleh hasil putaran, arus, dan tegangan dengan interval 20 detik pada
tabel 4.5 berikut :
Tabel 4.5. Data kecepatan angin 6 m/s
t(s)
Rpm
Arus(mA)
Tegangan (V)
20
36
1,9
3,75
40
35
1,8
3,55
60
34
1,8
3,53
80
36
2
3,91
100
36
1,9
3,71
Rata-rata
35,40
1,88
3,69
Dari tabel 4.5 diperoleh rata-rata putaran per menit 20,40 rpm, rata-rata
arus 0,7 mA dan tegangan rata-rata 2,40 Volt. Dari putaran rata-rata poros turbin
angina pada keceptan angina 6 m/s dilakukan perhitungan unntuk mendapatkan
kecepatan sudut, frekuensi dan perioda sebagai berikut :
Kecepatan sudut dihitung sebagai berikut :
� =
�
,
xn =
x
,
=
Frekuensi rotor dihitung sebagai berikut ::
� =
,
�
=
�
,
=
,
,
rps
Hz
Perioda rotor dihitung sebagai berikut ::
� =
�
=
,
= ,
dtk
Data hasil pengujian pada kecepatan angin 6 m/s
diperoleh berupa
Velocity terlampir pada lampiran 5 (lima). Pada gambar 4.14 merupakan grafik
perubahan Amplitudo pada setiap detik selama 100 dettik
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.14. Velocity getaran pada kecepatan angin 6 m/s
Dari gambar 4.14 diproleh Velocity peak atas sebesar 0,5279 mm/s pada
saat detik ke-76, dan untuk Peak bawah sebesar 0,1420 mm/s pada saat detik ke38. Untuk mendapatkan nilai amplitudo dilakukan perhitungan sebagai berikut :
=
�
=
=
� � cos �
� cos �
,
= -0,0788
,
× cos ,
×
Perhitungan diatas diteruskan untuk setiap nilai Velocity pada 100 detik
data. Untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan
program microsoft excel yang terlampir pada lampiran 6 (enam). Displacemen
dihitung sebagai berikut :
=
�
� � =
,
mm
Perhitungan Displacement diatas diteruskan untuk setiap nilai Amplitude pada 100
detik dan untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan
program microsoft excel Kemudian diperoleh hasil dalam bentuk grafik pada
gambar 4.5 berikut :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.15. displacemen getaran pada kecepatan angin 6 m/s
Dari gambar 4.15 dipeoleh Displacement peak atas sebesar 0,3338mm
pada saat detik ke-3, dan untuk Peak bawah sebesar -0,3343 mm pada saat detikke-55. Acceleration dihitung sebagai berikut :
=
= −
��
sin � = ,
mm/s
Perhitungan Acceleration diatas diteruskan untuk setiap nilai Amplitude
pada 100 detik dan untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan program microsoft excel kemudian diperoleh hasil dalam bentuk
grafik pada gambar 4.16. berikut :
Gambar 4.16. Acceleration getaran pada kecepatan angin 6 m/s
Universitas Sumatera Utara
Dari gambar 4.16 diperoeleh Acceleration peak atas sebesar 4,5304 mm/s
pada saat detik ke-3, dan untuk Peak bawah sebesar -4,5378 mm/s pada saat
detik-ke-55.
4.2.Hubungan variasi puncak amplitudo dengan variasi kecepatan angin
Akibat dari variasi kecepatan angin maka mengakibatkan terjadinya variasi
pada puncak amplitudo. Tabel 4.6. memperlihatkan hasil perhitungan yang telah
dilakukan dan diperoleh masing-masing puncak atas serta puncak bawah getaran
pada displacemen, velocity, dan pada Acceleration.
Tabel 4.6. Variasi Puncak Amplitudo
Kcptn Angin
4 m/s
4,5 m/s
5 m/s
5,5 m/s
6 m/s
Displacemen
Velocity
Acceleration
(mm)
(mm/s)
(mm²/s)
Batas atas
0.2408
0.5273
1.0978
Batas bawah
-0.2407
0.1666
-1.0976
Batas atas
0.1683
0.5435
0.9921
Batas bawah
-0.1683
0.1791
-0.9924
Batas atas
0.2366
0.5196
2.1206
Batas bawah
-0.2374
0.1594
-2.1273
Batas atas
0.0963
0.5429
1.1349
Batas bawah
-0.0963
0.1654
-1.1349
Batas atas
0.3338
0.5279
4.5304
Batas bawah
-0.3343
0.1420
-4.5378
Puncak
Dari Tabel 4.6. diperoleh Amplitude displacemen puncak atas getaran
terjadi pada kecepatan angin 6 m/s dengan nilai amplitude sebesar 0,3338 mm,
untuk puncak bawah getaran terjadi pada kecepatan angin 6 m/s dengan
nilai
amplitudo sebesar -0.3343 mm. Amplitude velocity relative stabil dengan puncak
atas getaran terjadi pada kecepatan angin 4,5 m/s dengan nilai amplitude sebesar
0.5435 mm/s, untuk puncak bawah terjadi pada kecepatan angin 4,5 m/s dengan
nilai amplitudo 0.1791 mm/s. Amplitude acceleration puncak atas gelombang
getaran terjadi pada kecepatan angin 6 m/s dengan nilai amplitude sebesar
Universitas Sumatera Utara
4.5304 cm²/s.. Untuk puncak bawah terjadi pada kecepatan angin 6 m/s dengan
nilai amplitudo -4.5378 cm/s.
4.3.Analisa lintasan Orbit
4.3.1. Lintaasan orbit Displacemen
Berdasarkan fungsi karakteristik perpindahan maka dengan bantuan softwate
Matlab 6.1 maka energi yang didisipasi dapat digambarkan melalui orbit
perpindahan partikel yang bergetar. Perpindahan getaran pada tes-I arah radial,
mengikuti persamaan karakteristik perpindahan getaran :
= .
sin (21352 t)
Unntuk mendapatkan alpitudo arah z maka digunakan persamaan trigonometri
sebagai berikut :
�
+
sin
− ,
= sin .
= � − ,
=
.
+�/
+ cos . ��
= sin − ,
. cos �/ +
+�/
− .
. sin �/
Maka kordinat orbit perpindahan partikel scara radial dapat dituliskan :
(x,z)= .
sin (21352 t), ,
cos (21352 t)
Untuk mendapatkan bentuk lintasan orbit maka ditulis sintaks pada Matlab
sebagai berikut :
ezplot('0.2408*sin(2.1352*t)','0.9697*cos(2.1352*t)',[0:20:100]),
Perubahan bentuk lintasan orbit dapat ditentukan dengan cara yang sama
dan digambarkan untuk tiap kecepatan angin pada Tabl 4.7 Untuk mengevaluasi
tingkat keandalan yang terjadi .
Tabel 4.7 Nilai perhitungan rata-rata Amplitudo yang terjadi
Kecepatan angin
(m/s)
X
Z
,9697
4
-0,2408
4,5
-0.1685
0.9868
5
-0.2374
0.9726
5.5
0.063
0.9964
6
-0.3343
0.9409
Universitas Sumatera Utara
Berikut adalah bentuk lintasan pada lima variasi keceptan angin
berdasarkan karakteristik perpindahan :
Gambar 4.17 Lintasan orbit pada kecepatan angin 4 m/s
karakteristik perpindahan
Gambar 4.18 Lintasan orbit pada kecepatan angin 4,5 m/s
karakteristik perpindahan
Gambar 4.19 Lintasan orbit pada kecepatan angin 5 m/s
karakteristik perpindahan
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.20 Lintasan orbit pada kecepatan angin 5,5 m/s
karakteristik perpindahan
Gambar 4.21 Lintasan orbit radial pada kecepatan
angin 6 m/s karakteristik perpindahan
Dari bentuk lintasan orbit pada gambar 4.17, 4.18, 4.19, 4. 20, dan 4.21.
mengindiksasikan terjadinya misaligment, seperti yang di tunjukkan gambar 2.26
dimana gambar tersebut juga menunjukkan terjadinya misaligment.
4.3.2. Lintaasan orbit Velocity
Berdasarkan fungsi karakteristik kecepatan maka dengan bantuan softwate
Matlab 2014 maka energi yang didisipasi dapat digambarkan melalui orbit
perpindahan partikel yang bergetar. Perpindahan getaran pada tes-I arah radial,
mengikuti persamaan karakteristik perpindahan getaran, Berikut penulisan sintaks
pada Matlab :
Universitas Sumatera Utara
ezplot('(0.33161421*2.1352)*cos (2.1352*t)','0.9455*2.1352*sin (2.1352*t)',[0:20:100]),
Berikut ada bentuk lintasan orbit pada lima variasi keceptan angin
berdasarkan karakteristik kecepatan getaran :
Gambar 4.22 Lintasan orbit radial velocity pada
kecepatan angin 4 m/s
Gambar 4.23 Lintasan orbit radial velocity pada
kecepatan angin 4,5 m/s
Gambar 4.24 Lintasan orbit radial velocity pada
Universitas Sumatera Utara
kecepatan angin 5m/s
Gambar 4.25 Lintasan orbit radial pada velocity
kecepatan angin 5,5 m/s
Gambar 4.26 Lintasan orbit radial velocity pada
kecepatan angin 6
Dari gambar 2.21, 2.22, 2.23, 2.24, 2.25, dan 2,26 mengindikasikan
terjadinya misaligment, seperti yang di tunjukkan gambar 2.26 dimana gambar
tersebut juga menunjukkan terjadinya misaligment.
4.3.3. Lintaasan orbit Accelaration
Berdasarkan fungsi karakteristik Percepatan maka dengan bantuan softwate
Matlab 2014 maka energi yang didisipasi dapat digambarkan melalui orbit
percepatan partikel yang bergetar. Berikut sintaks penulisan pada Matlab :
ezplot('(0.33161421*2.1352^2)*-sin(2.1352*t)','0.9455*2.1352^2*-cos(2.1352*t)',[0:20:100]),
Universitas Sumatera Utara
Berikut ada bentuk lintasan orbit karakteristik percepatan pada lima variasi
keceptan angin :
Gambar 4.27 Lintasan orbit radial Accelaration pada
kecepatan angin 4
Gambar 4.28 Lintasan orbit radial Accelaration pada
kecepatan angin 4,5
Gambar 4.29 Lintasan orbit radial Accelaration pada
kecepatan angin 5
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.30 Lintasan orbit radial Accelaration pada
kecepatan angin 5,5
Gambar 4.31 Lintasan orbit radial Accelaration pada
kecepatan angin 6
Dari bentuk lintasan orbit pada kecepatan angin 6 m/s terlihst semakin
luasnya bentuk elips dari lintasan orbit. Dari keseluruhan bentuk lintsana orbit
menindiksasikan terjadi misaligment.
4.4. Klarifikasi FFT
Berikut adalah klarifikasi dari fenomena lintasan orbit yang terjadi dengan
FFT. Hasil proses komputasi FFT merupakan displacement untuk 5 (lima) variasi
kecepatan angin yang dikomputasi oleh rekan tim pada pengukuran getaran dari
turbin angin Savonius tipe rotor helix :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4. 32 FFT displacmant pada kecepatang angin 4 m/s
Gambar 4.33 FFT displacmant pada kecepatang angin 4,5 m/s
Gambar 4.34 FFT displacmant pada kecepatang angin 5 m/s
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.35 FFT displacmant pada kecepatang angin 5,5 m/s
Gambar 4.36 FFT displacmant pada kecepatang angin 6 m/s
Dari bentuk grafik dari pengolahan domain waktu ke domain frekuensi
pada gambar 4.32, 4.33, 4,34, 4.35, dan 4.36 dapat disimpulkan terjadinya
misaligment karena terjadi dua kali RPM berdasarkan gambar 2.21 pada bab 2.
Dengan demikian bentuk lintasan orbit pada pengukuran getaran lima variasi
keceptan angin menyatakan terjadinya misaligment.
4.5.Perubahan Lintasan Orbit
4.5.1. Displacement
Berikut adalah gabungan lima variasi lintasan orbit dalam bentuk
displacemant getaran yang terjadi. Dari kelima gambar lintasan orbit
displacemant digabungkan diperlihatkan pada gambar 4.37 brikut :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.37 Lintasan orbit displacement dengan
lima kecepatan angin
Dari gambar 4.37 diperoleh lintasan orbit teerkecil terjadi pada kecepatan
angina 5,5 m/s yang mengindikasikan semakin tingginya indikasi misalignment,
dan lintasan orbit terlebar pada kecepatan angin 6 m/s yang menyatakan semakin
menghilangnya indikasi misaligment.
4.5.2. Velocity
Berikut adalah gabungan lima variasi lintasan orbit dalam bentuk kecepatan
getaran yang terjadi. Dari kelima gambar lintasan orbit velocity digabungkan
diperlihatkan pada gambar 4.38 brikut :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.38 Lintasan orbit velocity dengan
kelima kecepatan angin
Dari gambar 4.38 diatas diperoleh lintasan orbit tertinggi berada pada
kecepatan angin 5.5 m/s, lintasan orbit terkecil pada kecepatan angin 4 m/s, dan
lintasan orbit terlebar pada kecepatan angin 6 m/s.
4.5.3. Acceleration
Berikut adalah gabungan lima variasi kecepatan angina dalam bentuk lintasan
orbit accelaration pada gambar 4.39 berikut:
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.39 Lintasan orbit acceleration dengan lima
variasi kecepatan angin
Dari gambar 4.39 diatas diperoleh lintasan orbit tertinggi berada pada
kecepatan angin 6 m/s yang mengindikasikan misalignment menghilang, lintasan
orbit terkecil pada kecepatan angin 4 m/s yang mengidikasikan terjadinya
misalignment.,
Universitas Sumatera Utara
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1.
1.
Kesimpulan
Displacement getaran Turbin angin Savonius tipe rotor helix pada 5 (lima)
variasi kecepatan angin amplitude displacement cenderung stabil dengan
puncak atas gelombang getaran terjadi pada kecepatan angin 6 m/s dan
mempunyai amplitude sebesar 0,3338 mm. Untuk puncak bawah terjadi pada
kecepatan angin 6 m/s dan mempunya nilai amplitudo sebesar -0.3343 mm.
2.
Velocity getaran Turbin angin Savonius tipe rotor helix pada 5 (lima) variasi
kecepatan angin mempunyai amplitude velocity relative stabil dengan puncak
atas gelombang getaran terjadi pada kecepatan angin 4,5 m/s dan amplitude
sebesar 0.5435 mm/s. Untuk puncak bawah terjadi pada kecepatan angin 4,5
m/s dan mempunya nilai amplitudo 0.1791 mm/s
3.
Acceleration getaran Turbin angin Savonius tipe rotor helix pada 5 (lima)
variasi kecepatan angin mempunyai amplitude acceleration relative stabil
dengan puncak atas gelombang getaran terjadi pada kecepatan angin 6 m/s
dan amplitude sebesar 4.5304 mm²/s.. Untuk puncak bawah terjadi pada
kecepatan angin 6 m/s dan mempunya nilai amplitudo -4.5378 mm/s.
4.
Lintasan orbit displacemant terbesar terjadi pada kecepatan angin 6 m/s
dengan indikasi unbalance karena bentuk lintasan melebar. Untuk kecepatan
angin5,5 m/s mengindikasikan terjadi misaligment dikarekan bentuk elips
yang terjadi.
5.
Semakin tinggi kecepatan angin yang mendorong sudu rotor dari turbin maka
semakin cepat putaran poros yang terjadi, semakin besar kecepatan sudutnya,
dan semakin besar arus dan tegangan yang didapat.
Universitas Sumatera Utara
5.2.
Saran
Adapu saran-saran penulis untuk optimasi perancangan turbin angin savonius
tipe rotor helix :
1. Menambahkan jumlah sudu untuk melihat indikasi baru dari getaran poros
dan membandingkannya.
2. Menambah variasi kecepatan anginuntuk meihat keandalan perancangan.
3. Menggunakan terowongan angin agar aliran angin menjadi lebih fokus.
Universitas Sumatera Utara
METODE PENELITIAN
3.1.
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan sejak tanggal pengesahan usulan oleh pengelola
program studi sampai dinyatakan selesai dan direncanakan berlangsung selama 2
bulan. Tempat pelaksanaan penelitian di Program Magister Teknik Mesin,
Fakultas Teknik, laboratorium teknik mesin Universitas Sumatera Utara.
3.2.
Bahan
Dalam penelitian ini, subjek penelitian adalah turbin angin savonius yang
diletakkan dalam model instalasi sederhana wind tunnel skala laboratorium seperti
terlihat pada Gambar 3.1.
Gamba 3.1. (1)Perangkat Wind Tunnel, (2)Turbin angin.[15]
Dalam penelitian ini akan dibuat turbin angin Savonius tipe rotor Helix
seperti terlihat pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2. Turbin angin Savonius tipe rotor Helix
Universitas Sumatera Utara
Komponen turbin angin Savonius tipe rotor helix sebagai berikut :
1. Dudukan lengan sudu.
Dudukan lengan sudu turbin angin berbentuk silinder berbahan besi dengan
ketebalan 10 mm, dan diameter luarnya 20 mm serta diameter dalam 10 mm,
seperti terlihat pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3. Bentuk dudukan lengan sudu
2. Lengan sudu.
Lengan sudu turbin angina savonius tipe rotor Helix berbahan plat besi dengan
ketebalan 0,7 mm, serta plat besi dengan lebar 13 mm dan tebal 1,5 mm, seperti
terlihat pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4. Bahan pelat besi dan lat besi untuk lengan sudu
3. Sudu
Sudu turbin angin berbahan pelat alumanium dengan ketebalan 0,3 mm, seperti
yang diperlihatkan pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5. Bahan pelat Alumanium untuk sudu
Universitas Sumatera Utara
4. Poros
Berdasarkan jenis turbin ini, maka poros dipasang secara vertikal dan poros
terbuat dari bahan stainless steel dengan diameter 8 mm dan panjang 535 mm,
seperti terlihat pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6. Poros
5. Bantalan
Bearing (bantalan) adalah elemen mesin yang menumpu poros yang mempunyai
beban, sehingga putaran atau gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung secara
halus, aman, dan mempunyai umur yang panjang. Bearing harus cukup kokoh
untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik.
bearing ini dibeli di toko bearing yang ada di kota medan dan disesuaikan dengan
ukuran poros seperti pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7. Bantalan
6. Transmisi daya
Dalam penelitian ini roda gigi digunakan untuk mentransmisikan daya dan putaran.
Roda gigi memiliki gigi di sekelilingnya, sehingga penerusan daya dilakukan oleh
gigi-gigi kedua roda yang saling berkait. Diameter luar roda gigi pada poros 120 mm,
dan diameter luar roda gigi pada poros motor DC 10 mm, seperti pada Gambar 3.8.
Universitas Sumatera Utara
(a)
(b)
Gambar 3.8. (a)Roda gigi pada Poros turbin, (b) Roda gigi
pada`poros motor DC
7. Generator listrik
Generator listrik yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah 12V 100mA,
seperti Gambar 3.9.
Gambar 3.9. Generator listirk
8. Bola lampu dan wayar
Bola lampu yang akan digunakan adalah jenis bola lampu LED seperti
pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10. Lampu LED dan wayar kecil
9. Dudukan Rotor Turbin Angin.
Dudukan rotor ini setelah diukur dan disesuaikan dengan wind tunnel ditempah
dibengkel las, alat ini nantinya akan diletakkan pada test saction pada wind
tunnel, seperti pada Gambar 4.11.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.11. Dudukan Rotor Turbin Angin
3.3.
Peralatan Penelitian
Peralatan penelitian yang akan digunakan antara lain:
1. Wind Tunnel, Dengan menggunakan wind tunnel maka relative dapat di setting
kecepatan angin dan kestabilannya sesuai dengan kebutuhan penelitian, seperti
pada Gambar 3.12.
Gamba 3.12. Perangkat Wind Tunnel. [15]
Keterangan
1) Compressor,
2) Test section,
3) Diffuser,
4) Kain penghubung,
5) Drive section
2. Inverter adalah salah satu alat untuk mengubah arus AC ke DC untuk
menyuplay listrik ke dinamo motor dengan arus DC, jadi alat ini aslinya
Universitas Sumatera Utara
mempunyai multi fungsi, merubah AC ke DC kemudian mengeluarkannya
dengan arus AC kembali, inverter diperlihatkan pada Gambar 3.13.
Gambar 3.13. Inverter
3. Vibrometer VQ – 400 - A, Alat ini digunakan untuk mengukur kecepatan
permukaan getaran , juga dapat digunakan untuk mendapatkan waktu putar
sehingga dapat diketahui kecepatan putar suatu benda atau bahan uji. Seperti
pada Gambar 3.14.
Gambar 3.14. vibrometer
4. Tachometer, adalah alat untuk mengukur kecepatan putaran yang dikopel
langsung dengan poros. Seperti pada Gambar 3.15.
Gambar 3.15. Tachometer
Berikut spesifikasi Digital Photo Contact Tachometer :
Name
: Digital Photo Contact Tachometer
Universitas Sumatera Utara
Resulotion
: Photo Tach/Contact Tach
0,1 rpm (0,5 to 999,9 rpm)
1 rpm (over 1,000 rpm)
Accuracy
: ± (0,05 % + 1 Digit)
Battery
: 4 x 1,5 V AA (UM-3) Battery
5. Multitester digital berfungsi untuk mengukurukur arus, tegangan dan resistansi
seperti yang diperlihatkan pada Gambar 3.16.
Gambar 3.16. Multitester digital
6. Anemometer, berfungsi untuk menentukan kecepatan angin yang masuk ke
dalam pada wind tunel seperti pada Gambar 3.17.
Gambar 3.17. Anemometer
7. Labjeck U3 LV dan Sotfware, Analog Digital Converter (ADC) adalah alat
yang dapat mengkonversi tegangan listrik digital ketegangan listrik analog dan
sebaliknya dari tegangan listrik analog ke tegangan listrik digital, salah satu
peralatan ADC tersebut adalah Labjack U3-LV. Labjack ditunjjukan pada
gambar 3.18.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.18. Labjeck
8. Hot wire strain gauge, berfung sebagai sensor kecepatan angin bekerja
berdasarkan panas yang diterima probe dipengaruhi oleh kecepatan angin
seperti pada Gambar 3.19.
Gambar 3.19. Probe hot wire
9.
Computere, digunakan untuk menampilkan dan menyimpan hasil serta
pengolahan data yang di dapat dari pengukuran getaran.
10. Alat tulis dan kamera digital, Alat tulis digunakan untuk mencatat data hasil
penelitian dan Kamera digital akan digunakan untuk mengabadikan proses
eksperimental atau sebagai dokumentasi.
3.4. Metodologi Penelitian
Metode yang dilakukan dalam penelitian ini adalah metode eksperimental.
Kegiatannya meliputi :
1.
Pengambilan data 5 variasi kecepatan angin, masing-masing variasi kecepatan
angin akan dilakukan pencatatan 5 kali yaitu pada selang waktu 20, 40, 60,
80, dan 100 detik, hal ini guna memperoleh rata-rata getaran putaran poros
(rpm), rata-rata tegangan (V), dan rata-rata arus (A)
Universitas Sumatera Utara
2.
Pengambilan data dilakukan dengan melakukan 5 (lima) variasi putaran
electro motor pada wind tunnel guna memperoleh 5 (lima) variasi kecepatan
angin pada kedua tipe turbin tersebut, dan penyetelan putaran menggunakan
alat inverter yang ada pada wind tunnel,
3. Mendapatkan amplitude poros turbine, maka data yang akan diambil meliputi
kecepatan angin, tegangan serta arus listrik, getaran pada poros turbin, dan
pengamatan
grafik
amplitude-vs-time
(Displacemen,
Velocity,
dan
Acceleration) yang terjadi.
3.5.
Set Up alat
3.5.1. Set up alat uji wind tunnel
Perlu dilakukan set up alat uji wind tunnel. Berikut ini langkah –langkah
set up yang dilakukan :
1. Diperiksa kondisi wind tunnel hingga siap untuk pengujian.
2. Diperiksa kondisi elektro motor yang ada di drive suction pada wind tunnel
hingga siap untuk berputar.
3. Diperiksa kondisi inverter hingga siap untuk diaktifkan.
4. Disambungkan arus listrik ke inverter hingga lampu merah menyala.
3.5.2. Set up alat ukur penelitian
Berikut adalah langkah –langkah set up alat ukur penelitian yang
dilakukan :
1.
Diletakkan turbin angin savonius pada test suction wind tunnel.
Gambar 3.20. turbin angin savonius pada
test suction wind tunnel.
Universitas Sumatera Utara
2.
Dipasang kabel pada generator kemudian disambungkan ke lampu LED.
Gambar 3.21. Pemasangan kabel pada generator ke lampu LED.
3.
Dipasasang kabel multitester Generator listrik.
Gambar 3.22. Pemasangan kabel multitester.
4.
Dipasang Hot Wire Strain gauge anemometer pada bagian bawah compresor,
untuk mencatan keceptan angin masuk wind tunel Pada saat pengujian.
Gambar 3.23. Posisi pemasangan anemometer
5.
Diarahkan posisi vibrometer laser pada posisi ujung poros bagian atas turbin
dengan
tepat (lampu laser berwarna merah tepat mengenai ujung poros
bagian atas turbin angin) hal ini untuk pengambilan data pengujian getaran
yang dilakukan pada ujung poros.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.24. Posisi vibrometer
6.
Dihubungkan kabel dari Vibrometer ke labjack kemudian kabel labjack ke
computere hal ini untuk mencatat hasil pengukuran dari vibrometer.
Gambar 3.25. Tampilan pengambilan data pada computere
menngunakan vibrometer
7.
Diarahkan posisi sensor tachometer pada poros turbin angin untuk
pengambilan data kecepatan putar poros turbin angin.
Gambar 3.26. Posisi pengambilan data kecepatan putaran
menggunakan tachometer
Universitas Sumatera Utara
Dioperasikan Wind tunnel melalui inverter kemudian disiapkan alat tulis dan
8.
kamera digital untuk mencatat hasil pengukuran untuk 5 (lima) variasi
kecepatan angin (4 m/s, 4,5 m/s, 5 m/s, 5,5 m/s, dan 6 m/s) yang diukur
melalui anemometr.
Gambar 3.27. Chanel pengaturan kecepatan putaran propeller wind tunnel
9.
Dicatat data kecepatan angin, arus, tegangan listrik, kecepatan poros turbin,
dan juga getaran yang terjadi di poros turbin.
10. Dilakukan pengulangan pengambilan data sesuai dengan langkah 7, 8, dan 9
untuk setiap kecepatan angina (4 m/s, 4,5 m/s, 5 m/s, 5,5 m/s, dan 6 m/s).
Skema set up alat uji diperlihatkan pada Gambar 3.28 beriktu :
Gambar 3.28. Set-Up alat [15]
3.6.
Variabel Penelitian
Variabel penelitian pada pengujian getaran turbin angina savonius type
rotor helix sebagai sebagai berikut :
1. Kecepatan angina yang melalui turbin angina savonius type rotor helix pada
wind tunnel.
2. Putaran poros turbin angina savonius type rotor helix.
Universitas Sumatera Utara
3. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan turbin angina savonius type rotor
helix.
4. Getaran yang dialami oleh poros turbin angina savonius type rotor helix.
3.7.
Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian dilakukan dengan tahapan untuk memudahkan dalam
pengujian,. pada gambar 3.29 memperlihatkan diagram alir prsedur penelitian :
START
STUDI AWAL
Studi Literatur
Penyusunan Proposal
PERSIAPAN
urbin savonius Tipe Helix
Setting alat ukur
Uji coba sistem (set Up)
PENGAMBILAN DATA
Kecepatan angin
Amplitudo (Sinyal getaran)
Putaran poros Turbin Savonius
Tegangan listrik yang dihasilkan
ANALISA DATA
Analisa getaran
Grafik amplitudo
PENGOLAHAN DATA
Overall vibration
Persamaan gerak
getaran`
HASIL
Tida
Ya
KESIMPULAN
FINISH
Gambar 3.29 Prosedur Penelitian
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Tujuan dari penelitian adalah mendapatkan karakteristik lintasan orbit
dari pengukuran getaran poros turbin angina savamius type rotor helix sebagai
optimasi dalam pengembangan rancangan turbin angina.
Penyelidikan langsung melalui pengukuran tentang perilaku getar model
eksperimental, atau benda yang sedang dalam taraf pengembangan sangat
diperlukan. Alat ukur untuk pengukuran ini sudah cukup tersedia di mana-mana.
Elemen-elemen alat ukur terdiri dari m, k, dan c. Perpindahan absolut massa m
dan base masing-masing adalah x dan y, sehingga perpindahan relatif terhadap
base adalah z = x – y.
Di sisi lain, z dan turunannya terhadap waktu adalah simbol yang
menunjukkan gerakan relatif massa m terhadap struktur yang di ukur. Hasil
pengukuran yang diperoleh dapat berupa perpindahan relatif atau kecepatan relatif
[15]. Instrumen pengujian getaran dalam penelitian ini dengan menggunakan alat
ukur vibrometer.
4.1.Amplitudo getaran pada Turbin Angin Savonius
Pencatatan variabel penelitian dilakukan pada 5 variasi kecepatan angin
dan disetiap rentang waktu 20 detik dengan menggunakan Laser vibrometer, dan
dilakukakan vibration source diperlihatkan pada Gambar 5.1 berikut :
Gambar 4.1. Vibration source turbin angin Tipe rotor Helix
Universitas Sumatera Utara
4.1.1. Pengambilan data pada kecepatan angin 4 m/s
Setelah dilakukan pengukuran pada kecepatan angin 4 m/s selama 100
detik diperoleh hasil putaran, arus, dan tegangan dengan interval 20 detik pada
tabel 4.1 berikut :
Tabel 4.1 Data kecepatan angin 4 m/s
t(s)
Rpm
Arus(mA)
Tegangan (V)
20
19
0,6
2,20
40
22
0,8
2,64
60
20
0,7
2,29
80
22
0,8
2,64
100
19
0,6
2,21
Rata-rata
20,40
0,70
2,40
Dari tabel 4.1 diperoleh rata-rata putaran permenit adalah 20,40 rpm, arus
rata-rata 0,7 mA dan tegangan rata-rata 2,40 volt. Dari putaran rata-rata poros
turbin angina pada keceptan angina 4 m/s dilakukan perhitungan unntuk
mendapatkan kecepatan sudut, frekuensi dan perioda sebagai berikut :
Kecepatan sudut dihitung dihitung sebagai berikut:
� =
�
,
xn =
x
,
=
Frekuensi rotor dihitung sebagai berikut:
� =
�
=
�
,
=
,
,
,
rps
Hz
Perioda rotor dihitung sebagai berikut:
� =
�
=
,
= ,
dtk
Data hasil pengujian pada kecepatan angin 4 m/s berupa Amplitude
Velocity selama 100 detik dan data pengujian terlampir pada lampiran 1 (satu).
Pada gambar 4.2 merupakan grafik perubahan amplitude pada setiap perdetik
selama 100 dettik.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.2 Velocity getaran pada kecepatan angin 4 m/s
Dari gambar 4.2 memperlihatkan Velocity peak atas sebesar 0,5273 mm/s
pada detik ke-98, dan untuk Peak bawah sebesar 0,1666 mm/s pada detik ke-54.
Untuk mendapatkan nilai amplitudo dilakukan perhitungan sebagai berikut :
�
=
=
=
� � cos �
� cos �
,
= -0,2775
,
× cos ,
×
Perhitungan di atas diteruskan untuk setiap nilai Velocity pada 100 detik
data. Untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan
program microsoft excel yang terlampir pada lampiran 1 (satu). Displacemen
dihitung sebagai berikut :
=
�
� � = − ,
mm
Perhitungan Displacement diatas diteruskan untuk setiap nilai Amplitude
pada 100 detik dan untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan program microsoft excel kemudian didapat hasil dalam bentuk
grafik pada gambar 4.3 berikut :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.3 Displaciment getaran pada kecepatan angin 4 m/s
Dari gambar 4.3 diperoleh Displaciment peak atas sebesar 0,2408 mm
pada detik ke-64, dan untuk Peak bawah sebesar -0,240 7mm pada detik-ke-89.
Nilai Acceleration dihitung sebagai berikut :
=
=
��
sin � = − ,
mm/s
Perhitungan Acceleration di atas diteruskan untuk setiap nilai Amplitude
pada 100 detik dan untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan program microsoft excel Kemudian diperoleh hasil dalam bentuk
grafik pada gambar 4.4. berikut :
Gambar 4.4 Acceleration getaran pada kecepatan angin 4 m/s
Universitas Sumatera Utara
Dari gambar 4.4 memperlihatkan Acceleration peak atas sebesar 1,0978
mm/s
pada detik ke-64, dan untuk Peak bawah sebesar -1,0976 mm/s pada
detik ke-39.
4.1.2. Pengambilan data pada kecepatan angin 4,5 m/s
Setelah dilakukan pengukuran pada kecepatan angin 4 m/s selama 100
detik diperoleh hasil putaran, arus, dan tegangan dengan interval 20 detik pada
tabel 4.2 berikut :
Tabel 4.2 Data kecepatan angin 4,5 m/s
t(s)
Rpm
Arus(mA)
Tegangan (V)
20
22
0,8
2,64
40
24
0,9
2,78
60
25
0,9
2,81
80
22
0,8
2,64
100
23
0,8
2,73
Rata-rata
23,20
0,84
2,72
Dari tabel 4.2 diperoleh rata-rata putaran per menit 20,40 rpm, arus ratarata 0,7 mA dan tegangan rata-rata 2,40 volt. Dari putaran rata-rata poros turbin
angina pada keceptan angina 4,5 m/s dilakukan perhitungan unntuk mendapatkan
kecepatan sudut, frekuensi dan perioda sebagai berikut :
�
� =
0
×
,
=
0
×
,
=
Frekuensi rotor dihitung sebagai berikut :
� =
�
=
�
,
=
= ,
,
=
,
,
rps
Hz
Perioda rotor dihitung sebagai berikut ::
� =
�
,
dtk
Data hasil pengujian pada kecepatan 4,5 m/s selama 100 detik yang
diperoleh hasil berupa Velocity terlampir pada lampiran 2 (dua). Pada gambar 4.5
memperlihatkan grafik perubahan Amplitudo pada setiap 1 detik selama 100
dettik.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.5 Velocity getaran pada kecepatan angin 4,5 m/s
Dari gambar 4.5 diperoleh Velocity peak atas sebesar 0,5435 mm/s pada
saat detik ke-83, dan untuk Peak bawah sebesar 0,1791 mm/s pada saat detik-ke
81. Untuk mendapatkan nilai amplitudo dilakukan perhitungan sebagai berikut :
=
�
=
=
� � cos �
� cos �
,
= -0,1896
,
× cos ,
×
Perhitungan diatas diteruskan untuk setiap nilai Velocity pada 100 detik
data. Untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan
program microsoft excel yang diperlihatkan pada lampiran 2 (dua). Displacemen
dihitung sebagai berikut :
=
�
� � = − ,
mm
Perhitungan Displacement diatas diteruskan untuk setiap nilai Amplitude
pada 100 detik dan untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan program microsoft excel kemudian diperoleh hasil dalam bentuk
grafik pada gambar 4.6 berikut :
Universitas Sumatera Utara
Gambar4 6. displacimen getaran pada kecepatan angin 4,5 m/s
Dari gambar 4.6 diperoleh Displaciment peak atas sebesar 0,1683 mm
pada saat detik ke-33, dan untuk Peak bawah sebesar -0,1683 mm pada saat detikke-11. Acceleration dihitung sebagai berikut :
=
= −
��
sin � = − ,
mm/s
Perhitungan Acceleration diatas diteruskan untuk setiap nilai Amplitude
pada 100 detik dan untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan program microsoft excel kemudian diperoleh hasil dalam bentuk
grafik pada gambar 4.7. berikut :
Gambar 4.7 Acceleration getaran pada kecepatan angin 4,5 m/s
Universitas Sumatera Utara
Dari gambar 4.7 memperlihatkan Acceleration peak atas sebesar 0,9921
mm/s pada saat detik ke-33, dan untuk Peak bawah sebesar -0,9924 mm/s pada
saat detik-ke-11.
4.1.3. Pengambilan data pada kecepatan angin 5 m/s
Setelah dilakukan pengukuran pada kecepatan angin 4 m/s selama 100
detik diperoleh hasil putaran, arus, dan tegangan dengan interval 20 detik pada
tabel 4.3 berikut :
Tabel 4.3. Data kecepatan angin 5 m/s
t(s)
Rpm
Arus(mA)
Tegangan (V)
20
27
1,1
2,91
40
29
1,2
2,95
60
29
1,2
2,94
80
31
1,3
3,15
100
27
1,1
2,93
Rata-rata
28,60
1,18
2,98
Dari tabel 4.3 diperoleh rata-rata putaran per menit 20,40 rpm, rata-rata
arus 0,7 mA dan tegangan rata-rata 2,40 Volt. Dari putaran rata-rata poros turbin
angina pada keceptan angina 5 m/s dilakukan perhitungan unntuk mendapatkan
kecepatan sudut, frekuensi dan perioda sebagai berikut :
Kecepatan sudut dihitung sebagai berikut :
� =
�
xn =
,
x
,
=
Frekuensi rotor dihitung sebagai berikut ::
�=
,
�
=
,
�
= ,
,
rps
Hz
Perioda rotor dihitung sebagai berikut ::
� =
�
=
,
= ,
dtk
Data hasil pengujian getaran pada kecepatan 5 m/s selama 100 detik
diperoleh hasil berupa Velocity terlampir pada lampiran 3. Pada gambar 4.8
memperlihatkan grafik perubahan Amplitudo pada setiap detik selama 100 dettik.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.8. Velocity getaran pada kecepatan angin 5 m/s
Dari gambar 4.8 memperlihatkan Velocity peak atas sebesar 0,5196 mm/s
pada saat detik ke-88, dan untuk Peak bawah sebesar 0,1594 mm/s pada saat
detik-ke 96. Untuk mendapatkan nilai amplitudo dilakukan perhitungan sebagai
berikut :
=
�
=
=
� � cos �
� cos �
,
= -0,1710
,
× cos ,
×
Perhitungan diatas diteruskan untuk setiap nilai Velocity pada 100 detik
data. Untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan
program microsoft excel yang terlampir pada lampiran 3. Displacemen dihitung
sebagai berikut :
=
�
� � = − ,
mm
Perhitungan Displacement diatas diteruskan untuk setiap nilai Amplitude
pada 100 detik dan untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan program microsoft excel kemudian diperoleh hasil dalam bentuk
grafik pada gambar 4.9 berikut :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.9 displacimen getaran pada kecepatan angin 5 m/s
Dari gambar 4.9 diperoleh Displaciment peak atas sebesar 0,2366 mm
pada saat detik ke-96, dan untuk Peak bawah sebesar -0,2374 mm pada saat detikke-53.
Acceleration dihitung sebagai berikut :
=
= −
��
sin � = − ,
mm/s
Perhitungan Acceleration diatas diteruskan untuk setiap nilai Amplitude
pada 100 detik dan untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan program microsoft excel kemudian diperoleh hasil dalam bentuk
grafik pada gambar 4.10. berikut :
Gambar 4.10. Acceleration getaran pada kecepatan angin 5 m/s
Universitas Sumatera Utara
Dari gambar 4.10 diperoleh Acceleration peak atas sebesar 2,1206 mm/s
pada saat detik ke-11, dan untuk Peak bawah sebesar -2,1273 mm/s pada saat
detik-ke-53.
4.1.4. Pengambilan data pada kecepatan angin 5,5 m/s
Setelah dilakukan pengukuran pada kecepatan angin 4 m/s selama 100
detik diperoleh hasil putaran, arus, dan tegangan dengan interval 20 detik pada
tabel 4.4 berikut :
Tabel 4.4. Data kecepatan angin 5,5 m/s
t(s)
Rpm
Arus(mA)
Tegangan (V)
20
33
1,7
3,25
40
32
1,7
3,35
60
32
1,6
3,25
80
34
1,8
3,55
100
33
1,7
3,27
Rata-rata
32,80
1,70
3,33
Dari tabel 4.4 diperoleh rata-rata putaran per menit 20,40 rpm, rata-rata
arus 0,7 mA dan tegangan rata-rata 2,40 Volt. Dari putaran rata-rata poros turbin
angina pada keceptan angina 5,5 m/s dilakukan perhitungan unntuk mendapatkan
kecepatan sudut, frekuensi dan perioda sebagai berikut :
Kecepatan sudut dihitung sebagai berikut :
� =
�
xn =
,
x
=
.
Frekuensi rotor dihitung sebagai berikut :
�=
�
=
�
,
,
=
,
Hz
= ,
dtk
rps
Perioda rotor dihitung sebagai berikut ::
� =
�
=
,
Data hasil pengujian kecepatan angin 5,5 m/s didapat berupa Velocity
terlampir pada lampiran 4. Pada gambar 4.11 memperlihatkan grafik perubahan
Amplitudo pada setiap detik selama 100 dettik.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.11. Velocity getaran pada kecepatan angin 5,5 m/s
Dari gambar 4.11 diperoleh Velocity peak atas sebesar 0,5429 mm/s pada
saat detik ke-34, dan untuk Peak bawah sebesar 0,1654 mm/s pada saat detik-ke
72. Untuk mendapatkan nilai amplitudo dilakukan perhitungan sebagai berikut :
=
�
=
=
� � cos �
� cos �
,
= -0,0820
,
× cos ,
×
Perhitungan diatas diteruskan untuk setiap setik nilai Velocity pada 100
detik data. Untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan menggunakan
program microsoft excel yang terlampir pada lampiran 5(lima). Displacemen
dihitung sebagai berikut :
=
�
� � = − ,
mm
Perhitungan Displacement diatas diteruskan untuk setiap nilai Amplitude
pada 100 detik dan untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan program microsoft excel kemudian diperoleh hasil dalam bentuk
grafik pada gambar 4.12 berikut :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.12. displacimen getaran pada kecepatan angin 5,5 m/s
Dari gambar 4.12 diperoleh Displaciment peak atas sebesar 0,0963 mm
pada saat detik ke-64, dan untuk Peak bawah sebesar -0,0963 mm pada saat detikke-89. Acceleration dihitung sebagai berikut :
=
= −
��
sin � = − ,
mm/s
Perhitungan Acceleration diatas diteruskan untuk setiap nilai Amplitude
pada 100 detik dan untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan program microsoft excel kemudian diperoleh hasil dalam bentuk
grafik pada gambar 4.13. berikut :
Gambar 4.13. Acceleration getaran pada kecepatan angin 5,5 m/s
Universitas Sumatera Utara
Dari gambar 4.13 diperoleh Acceleration peak atas sebesar 1,1349 mm/s
pada saat detik ke-70, dan untuk Peak bawah sebesar -1,1349 mm/s pada saat
detik-ke-27.
4.1.5. Pengambilan data pada kecepatan angin 6 m/s
Setelah dilakukan pengukuran pada kecepatan angin 4 m/s selama 100
detik diperoleh hasil putaran, arus, dan tegangan dengan interval 20 detik pada
tabel 4.5 berikut :
Tabel 4.5. Data kecepatan angin 6 m/s
t(s)
Rpm
Arus(mA)
Tegangan (V)
20
36
1,9
3,75
40
35
1,8
3,55
60
34
1,8
3,53
80
36
2
3,91
100
36
1,9
3,71
Rata-rata
35,40
1,88
3,69
Dari tabel 4.5 diperoleh rata-rata putaran per menit 20,40 rpm, rata-rata
arus 0,7 mA dan tegangan rata-rata 2,40 Volt. Dari putaran rata-rata poros turbin
angina pada keceptan angina 6 m/s dilakukan perhitungan unntuk mendapatkan
kecepatan sudut, frekuensi dan perioda sebagai berikut :
Kecepatan sudut dihitung sebagai berikut :
� =
�
,
xn =
x
,
=
Frekuensi rotor dihitung sebagai berikut ::
� =
,
�
=
�
,
=
,
,
rps
Hz
Perioda rotor dihitung sebagai berikut ::
� =
�
=
,
= ,
dtk
Data hasil pengujian pada kecepatan angin 6 m/s
diperoleh berupa
Velocity terlampir pada lampiran 5 (lima). Pada gambar 4.14 merupakan grafik
perubahan Amplitudo pada setiap detik selama 100 dettik
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.14. Velocity getaran pada kecepatan angin 6 m/s
Dari gambar 4.14 diproleh Velocity peak atas sebesar 0,5279 mm/s pada
saat detik ke-76, dan untuk Peak bawah sebesar 0,1420 mm/s pada saat detik ke38. Untuk mendapatkan nilai amplitudo dilakukan perhitungan sebagai berikut :
=
�
=
=
� � cos �
� cos �
,
= -0,0788
,
× cos ,
×
Perhitungan diatas diteruskan untuk setiap nilai Velocity pada 100 detik
data. Untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan
program microsoft excel yang terlampir pada lampiran 6 (enam). Displacemen
dihitung sebagai berikut :
=
�
� � =
,
mm
Perhitungan Displacement diatas diteruskan untuk setiap nilai Amplitude pada 100
detik dan untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan
program microsoft excel Kemudian diperoleh hasil dalam bentuk grafik pada
gambar 4.5 berikut :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.15. displacemen getaran pada kecepatan angin 6 m/s
Dari gambar 4.15 dipeoleh Displacement peak atas sebesar 0,3338mm
pada saat detik ke-3, dan untuk Peak bawah sebesar -0,3343 mm pada saat detikke-55. Acceleration dihitung sebagai berikut :
=
= −
��
sin � = ,
mm/s
Perhitungan Acceleration diatas diteruskan untuk setiap nilai Amplitude
pada 100 detik dan untuk mempercepat penghitungan dilakukan dengan
menggunakan program microsoft excel kemudian diperoleh hasil dalam bentuk
grafik pada gambar 4.16. berikut :
Gambar 4.16. Acceleration getaran pada kecepatan angin 6 m/s
Universitas Sumatera Utara
Dari gambar 4.16 diperoeleh Acceleration peak atas sebesar 4,5304 mm/s
pada saat detik ke-3, dan untuk Peak bawah sebesar -4,5378 mm/s pada saat
detik-ke-55.
4.2.Hubungan variasi puncak amplitudo dengan variasi kecepatan angin
Akibat dari variasi kecepatan angin maka mengakibatkan terjadinya variasi
pada puncak amplitudo. Tabel 4.6. memperlihatkan hasil perhitungan yang telah
dilakukan dan diperoleh masing-masing puncak atas serta puncak bawah getaran
pada displacemen, velocity, dan pada Acceleration.
Tabel 4.6. Variasi Puncak Amplitudo
Kcptn Angin
4 m/s
4,5 m/s
5 m/s
5,5 m/s
6 m/s
Displacemen
Velocity
Acceleration
(mm)
(mm/s)
(mm²/s)
Batas atas
0.2408
0.5273
1.0978
Batas bawah
-0.2407
0.1666
-1.0976
Batas atas
0.1683
0.5435
0.9921
Batas bawah
-0.1683
0.1791
-0.9924
Batas atas
0.2366
0.5196
2.1206
Batas bawah
-0.2374
0.1594
-2.1273
Batas atas
0.0963
0.5429
1.1349
Batas bawah
-0.0963
0.1654
-1.1349
Batas atas
0.3338
0.5279
4.5304
Batas bawah
-0.3343
0.1420
-4.5378
Puncak
Dari Tabel 4.6. diperoleh Amplitude displacemen puncak atas getaran
terjadi pada kecepatan angin 6 m/s dengan nilai amplitude sebesar 0,3338 mm,
untuk puncak bawah getaran terjadi pada kecepatan angin 6 m/s dengan
nilai
amplitudo sebesar -0.3343 mm. Amplitude velocity relative stabil dengan puncak
atas getaran terjadi pada kecepatan angin 4,5 m/s dengan nilai amplitude sebesar
0.5435 mm/s, untuk puncak bawah terjadi pada kecepatan angin 4,5 m/s dengan
nilai amplitudo 0.1791 mm/s. Amplitude acceleration puncak atas gelombang
getaran terjadi pada kecepatan angin 6 m/s dengan nilai amplitude sebesar
Universitas Sumatera Utara
4.5304 cm²/s.. Untuk puncak bawah terjadi pada kecepatan angin 6 m/s dengan
nilai amplitudo -4.5378 cm/s.
4.3.Analisa lintasan Orbit
4.3.1. Lintaasan orbit Displacemen
Berdasarkan fungsi karakteristik perpindahan maka dengan bantuan softwate
Matlab 6.1 maka energi yang didisipasi dapat digambarkan melalui orbit
perpindahan partikel yang bergetar. Perpindahan getaran pada tes-I arah radial,
mengikuti persamaan karakteristik perpindahan getaran :
= .
sin (21352 t)
Unntuk mendapatkan alpitudo arah z maka digunakan persamaan trigonometri
sebagai berikut :
�
+
sin
− ,
= sin .
= � − ,
=
.
+�/
+ cos . ��
= sin − ,
. cos �/ +
+�/
− .
. sin �/
Maka kordinat orbit perpindahan partikel scara radial dapat dituliskan :
(x,z)= .
sin (21352 t), ,
cos (21352 t)
Untuk mendapatkan bentuk lintasan orbit maka ditulis sintaks pada Matlab
sebagai berikut :
ezplot('0.2408*sin(2.1352*t)','0.9697*cos(2.1352*t)',[0:20:100]),
Perubahan bentuk lintasan orbit dapat ditentukan dengan cara yang sama
dan digambarkan untuk tiap kecepatan angin pada Tabl 4.7 Untuk mengevaluasi
tingkat keandalan yang terjadi .
Tabel 4.7 Nilai perhitungan rata-rata Amplitudo yang terjadi
Kecepatan angin
(m/s)
X
Z
,9697
4
-0,2408
4,5
-0.1685
0.9868
5
-0.2374
0.9726
5.5
0.063
0.9964
6
-0.3343
0.9409
Universitas Sumatera Utara
Berikut adalah bentuk lintasan pada lima variasi keceptan angin
berdasarkan karakteristik perpindahan :
Gambar 4.17 Lintasan orbit pada kecepatan angin 4 m/s
karakteristik perpindahan
Gambar 4.18 Lintasan orbit pada kecepatan angin 4,5 m/s
karakteristik perpindahan
Gambar 4.19 Lintasan orbit pada kecepatan angin 5 m/s
karakteristik perpindahan
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.20 Lintasan orbit pada kecepatan angin 5,5 m/s
karakteristik perpindahan
Gambar 4.21 Lintasan orbit radial pada kecepatan
angin 6 m/s karakteristik perpindahan
Dari bentuk lintasan orbit pada gambar 4.17, 4.18, 4.19, 4. 20, dan 4.21.
mengindiksasikan terjadinya misaligment, seperti yang di tunjukkan gambar 2.26
dimana gambar tersebut juga menunjukkan terjadinya misaligment.
4.3.2. Lintaasan orbit Velocity
Berdasarkan fungsi karakteristik kecepatan maka dengan bantuan softwate
Matlab 2014 maka energi yang didisipasi dapat digambarkan melalui orbit
perpindahan partikel yang bergetar. Perpindahan getaran pada tes-I arah radial,
mengikuti persamaan karakteristik perpindahan getaran, Berikut penulisan sintaks
pada Matlab :
Universitas Sumatera Utara
ezplot('(0.33161421*2.1352)*cos (2.1352*t)','0.9455*2.1352*sin (2.1352*t)',[0:20:100]),
Berikut ada bentuk lintasan orbit pada lima variasi keceptan angin
berdasarkan karakteristik kecepatan getaran :
Gambar 4.22 Lintasan orbit radial velocity pada
kecepatan angin 4 m/s
Gambar 4.23 Lintasan orbit radial velocity pada
kecepatan angin 4,5 m/s
Gambar 4.24 Lintasan orbit radial velocity pada
Universitas Sumatera Utara
kecepatan angin 5m/s
Gambar 4.25 Lintasan orbit radial pada velocity
kecepatan angin 5,5 m/s
Gambar 4.26 Lintasan orbit radial velocity pada
kecepatan angin 6
Dari gambar 2.21, 2.22, 2.23, 2.24, 2.25, dan 2,26 mengindikasikan
terjadinya misaligment, seperti yang di tunjukkan gambar 2.26 dimana gambar
tersebut juga menunjukkan terjadinya misaligment.
4.3.3. Lintaasan orbit Accelaration
Berdasarkan fungsi karakteristik Percepatan maka dengan bantuan softwate
Matlab 2014 maka energi yang didisipasi dapat digambarkan melalui orbit
percepatan partikel yang bergetar. Berikut sintaks penulisan pada Matlab :
ezplot('(0.33161421*2.1352^2)*-sin(2.1352*t)','0.9455*2.1352^2*-cos(2.1352*t)',[0:20:100]),
Universitas Sumatera Utara
Berikut ada bentuk lintasan orbit karakteristik percepatan pada lima variasi
keceptan angin :
Gambar 4.27 Lintasan orbit radial Accelaration pada
kecepatan angin 4
Gambar 4.28 Lintasan orbit radial Accelaration pada
kecepatan angin 4,5
Gambar 4.29 Lintasan orbit radial Accelaration pada
kecepatan angin 5
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.30 Lintasan orbit radial Accelaration pada
kecepatan angin 5,5
Gambar 4.31 Lintasan orbit radial Accelaration pada
kecepatan angin 6
Dari bentuk lintasan orbit pada kecepatan angin 6 m/s terlihst semakin
luasnya bentuk elips dari lintasan orbit. Dari keseluruhan bentuk lintsana orbit
menindiksasikan terjadi misaligment.
4.4. Klarifikasi FFT
Berikut adalah klarifikasi dari fenomena lintasan orbit yang terjadi dengan
FFT. Hasil proses komputasi FFT merupakan displacement untuk 5 (lima) variasi
kecepatan angin yang dikomputasi oleh rekan tim pada pengukuran getaran dari
turbin angin Savonius tipe rotor helix :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4. 32 FFT displacmant pada kecepatang angin 4 m/s
Gambar 4.33 FFT displacmant pada kecepatang angin 4,5 m/s
Gambar 4.34 FFT displacmant pada kecepatang angin 5 m/s
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.35 FFT displacmant pada kecepatang angin 5,5 m/s
Gambar 4.36 FFT displacmant pada kecepatang angin 6 m/s
Dari bentuk grafik dari pengolahan domain waktu ke domain frekuensi
pada gambar 4.32, 4.33, 4,34, 4.35, dan 4.36 dapat disimpulkan terjadinya
misaligment karena terjadi dua kali RPM berdasarkan gambar 2.21 pada bab 2.
Dengan demikian bentuk lintasan orbit pada pengukuran getaran lima variasi
keceptan angin menyatakan terjadinya misaligment.
4.5.Perubahan Lintasan Orbit
4.5.1. Displacement
Berikut adalah gabungan lima variasi lintasan orbit dalam bentuk
displacemant getaran yang terjadi. Dari kelima gambar lintasan orbit
displacemant digabungkan diperlihatkan pada gambar 4.37 brikut :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.37 Lintasan orbit displacement dengan
lima kecepatan angin
Dari gambar 4.37 diperoleh lintasan orbit teerkecil terjadi pada kecepatan
angina 5,5 m/s yang mengindikasikan semakin tingginya indikasi misalignment,
dan lintasan orbit terlebar pada kecepatan angin 6 m/s yang menyatakan semakin
menghilangnya indikasi misaligment.
4.5.2. Velocity
Berikut adalah gabungan lima variasi lintasan orbit dalam bentuk kecepatan
getaran yang terjadi. Dari kelima gambar lintasan orbit velocity digabungkan
diperlihatkan pada gambar 4.38 brikut :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.38 Lintasan orbit velocity dengan
kelima kecepatan angin
Dari gambar 4.38 diatas diperoleh lintasan orbit tertinggi berada pada
kecepatan angin 5.5 m/s, lintasan orbit terkecil pada kecepatan angin 4 m/s, dan
lintasan orbit terlebar pada kecepatan angin 6 m/s.
4.5.3. Acceleration
Berikut adalah gabungan lima variasi kecepatan angina dalam bentuk lintasan
orbit accelaration pada gambar 4.39 berikut:
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.39 Lintasan orbit acceleration dengan lima
variasi kecepatan angin
Dari gambar 4.39 diatas diperoleh lintasan orbit tertinggi berada pada
kecepatan angin 6 m/s yang mengindikasikan misalignment menghilang, lintasan
orbit terkecil pada kecepatan angin 4 m/s yang mengidikasikan terjadinya
misalignment.,
Universitas Sumatera Utara
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1.
1.
Kesimpulan
Displacement getaran Turbin angin Savonius tipe rotor helix pada 5 (lima)
variasi kecepatan angin amplitude displacement cenderung stabil dengan
puncak atas gelombang getaran terjadi pada kecepatan angin 6 m/s dan
mempunyai amplitude sebesar 0,3338 mm. Untuk puncak bawah terjadi pada
kecepatan angin 6 m/s dan mempunya nilai amplitudo sebesar -0.3343 mm.
2.
Velocity getaran Turbin angin Savonius tipe rotor helix pada 5 (lima) variasi
kecepatan angin mempunyai amplitude velocity relative stabil dengan puncak
atas gelombang getaran terjadi pada kecepatan angin 4,5 m/s dan amplitude
sebesar 0.5435 mm/s. Untuk puncak bawah terjadi pada kecepatan angin 4,5
m/s dan mempunya nilai amplitudo 0.1791 mm/s
3.
Acceleration getaran Turbin angin Savonius tipe rotor helix pada 5 (lima)
variasi kecepatan angin mempunyai amplitude acceleration relative stabil
dengan puncak atas gelombang getaran terjadi pada kecepatan angin 6 m/s
dan amplitude sebesar 4.5304 mm²/s.. Untuk puncak bawah terjadi pada
kecepatan angin 6 m/s dan mempunya nilai amplitudo -4.5378 mm/s.
4.
Lintasan orbit displacemant terbesar terjadi pada kecepatan angin 6 m/s
dengan indikasi unbalance karena bentuk lintasan melebar. Untuk kecepatan
angin5,5 m/s mengindikasikan terjadi misaligment dikarekan bentuk elips
yang terjadi.
5.
Semakin tinggi kecepatan angin yang mendorong sudu rotor dari turbin maka
semakin cepat putaran poros yang terjadi, semakin besar kecepatan sudutnya,
dan semakin besar arus dan tegangan yang didapat.
Universitas Sumatera Utara
5.2.
Saran
Adapu saran-saran penulis untuk optimasi perancangan turbin angin savonius
tipe rotor helix :
1. Menambahkan jumlah sudu untuk melihat indikasi baru dari getaran poros
dan membandingkannya.
2. Menambah variasi kecepatan anginuntuk meihat keandalan perancangan.
3. Menggunakan terowongan angin agar aliran angin menjadi lebih fokus.
Universitas Sumatera Utara