Unjuk kerja kincir angin savorius dua tingkat - USD Repository

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN SAVONIUS DUA TINGKAT

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

Disusun oleh:

CHOSMAS OKBRIANTO

NIM : 055214065

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2010

PERFORMANCE OF TWO STAGES SAVONIUS WINDMILL

FINAL PROJECT

Presented as partial Fulfillment on the Requirements

To obtain the Sarjana Teknik Degree

In Mechanical Engineering

By:

CHOSMAS OKBRIANTO

NIM : 055214065

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2010

PERNYATAAN

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

Yogyakarta, 22 Februari 2010 Penulis

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Sanata Dharma : Nama : Chosmas Okbrianto NIM : 055214065

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

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

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Yogyakarta, 22 Februari 2010

Yang Menyatakan, Chosmas Okbrianto

INTISARI

Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan hubungan koefisien daya dan tip speed ratio untuk kincir angin tipe Savonius empat sudu dua tingkat.

Model kincir dibuat dengan ukuran tinggi 0,8 m dan diameter lingkar luar sudu 0,8 m. Pengujian dilakukan di dalam windtunnel. Daya output yang diukur adalah daya yang ditransmisikan oleh poros kincir. Variabel input yang diukur adalah kecepatan angin. Sedangkan variabel output yang diukur adalah putaran poros dan gaya pada lengan dudukan generator. Pengaturan beban generator menggunakan 8 buah lampu yang diukur tegangan dan arusnya dari generator.

Koefisien daya paling besar adalah 0,23 diperoleh pada kecepatan angin 5,72 m/s . Tip speed ratio paling besar adalah 1,33 diperoleh pada kecepatan angin 7,17 m/s.

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. YB. Lukiyanto, M.T., dan Ir. Rines, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, dorongan serta meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

3. Kepala Laboratorium dan Laboran Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

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 kedua orang tua, atas dukungan moral, financial, doa dan motivasi yang tiada henti hingga tugas akhir ini bisa selesai.

6. Segenap teman-teman Teknik Mesin terutama angkatan 2005 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.

Penulis menyadari bila 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 Sanata Dharma.

Yogyakarta, 22 Februari 2010 Penulis

DAFTAR ISI

Hal.

HALAMAN JUDUL ...…………..………………………………………...... i HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING .…………………………...... iii HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI DAN DEKAN ………................... iv HALAMAN PERNYATAAN .………………………………….................... v LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA

ILMIAH.…………………………………....................................................... vi

INTISARI …………………………………………………………………… vii KATA PENGANTAR …………………………………...………………….. viii DAFTAR ISI …………………………………………………….................... x DAFTAR TABEL……………………………………………………………. xii DAFTAR GAMBAR………………………………………………………… xiii

BAB I PENDAHULUAN ……………………………................................... 1 1.1. Latar Belakang Masalah ……………...……………..................

1 1.2. Perumusan Masalah ………………………………………........

1.3. Tujuan Penelitian ………………………………………............ 4 1.4 Manfaat Penelitian.......................................................................

5 1.5 Batasan Masalah …………………………………………….....

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

6 2.1. Tipe Turbin Angin ………..…………………………………...

2.2. Gerak Turbin...............................................................................

2.3. Perhitungan Pada Turbin............................................................. 10 BAB III METODE PENELITIAN…………………………………………...

3.1. Sarana Penelitian........................................................................ 15 3.2. Peralatan Penelitian.....................................................................

15 3.3 Variabel Yang Diukur………………………………………….

19 3.4. Langkah Penelitian….……………………………..…………..

19 BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN.......... …...………...........

21 4.1. Data Penelitian ...........................................................................

21 4.2. Pengolahan Data dan Perhitungan ……………………………..

4.3. Grafik Hasil Perhitungan ………………………………………

4.4. Pembahasan ……………………………………………………

29 BAB V PENUTUP ..........................................................................................

31 5.1. Kesimpulan .................................................................................

31 5.2. Saran ...........................................................................................

31 DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................

32 LAMPIRAN...................................................................................................... 33

DAFTAR TABEL

Hal

Tabel 1.1. Data angin yang telah dihimpun oleh Pusat Meteorologi dan

Geofisika tentang daerah yamg mempunyai kecepatan angin rata-rata 3.5 m/s atau lebih.....................................................

3 Tabel 4.1. Data hasil penelitian…………………………………

21 Tabel 4.2. Hasil perhitungan T, Pout,Pin,Tsr,Cp………………….

DAFTAR GAMBAR

Timbangan ……………………………………………………… Grafik hubungn Cp dan Tsr ……………………………………..

Transmisi ………………………………………………………..

Kincir angin savonius 2 tingkat ………………………………… Poros, sudu, lingkaran pembatas sudu …………………………..

Alternator ……………………………………………………….. Tachometer ……………………………………………………… Multimeter …………………………………………………….… Anemometer ……………………………………………………..

Hal Gambar 2.1 Kincir angin poros horizontal .......................................................

16 Gambar 3.3 Gambar 3.4 Gambar 3.5 Gambar 3.6 Gambar 3.7 Gambar 3.8 Gambar 4.2 Gambar 1 Gambar 2 Gambar 3 Blower …………………………………………………………...

Peralatan penelitian secara utuh………………………………… Wind tunel……………………………………………………….

13 Gambar 3.1 Gambar 3.2

Transmisi pada kincir angin untuk perhitungan torsi pada poros..

Coeficient of drag dari pelbagai bentuk permukaan frontal…….

Grafik hubungan daya, Cp dan rasio kecepatan keliling tepi luar sudu terhadap kecepatan angin, tsr...............................................

9 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6

Gambar 2.3 Upwind dan downwind …………………………………………

6 Gambar 2.2 Kincir angin poros vertical ……………………………………… 7

36 Gambar 4 Gambar 5 Poros transmisi, puli besar, puli kecil, belt, alternator …………..

Rangka transmisi, timbangan ……………………………………

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan energi merupakan hal yang tak terpisahkan dari kehidupan manusia. Energi mempunyai peranan penting dalam memenuhi kebutuhan hidup, baik sosial ekonomi maupun lingkungan.

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

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

Penggunaan energi di Indonesia secara umum meningkat pesat sejalan dengan pertumbuhan penduduk, pertumbuhan perekonomian maupun perkembangan teknologi. Dari data pemakaian energi di Indonesia hingga saat ini lebih dari 90% penduduk Indonesia masih menggunakan energi yang berbasis fosil, yaitu minyak bumi 54,4%, gas 26,5% dan batubara 14,1%. Untuk energi dengan panas bumi 1,4%, PLTA 3,4%, sedangkan energi baru dan terbarukan (EBT) lainnya 0,2%.

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

Penggunaan energi angin memiliki beberapa keunggulan yakni bersih dan tidak menimbulkan efek rumah kaca.

Kebanyakan energi angin modern dikonversikan ke dalam bentuk energi listrik dengan cara mengubah gerak rotasi sudu turbin menjadi arus listrik dengan menggunakan generator listrik. Pada kincir angin, energi angin pada umumnya digunakan untuk memutar peralatan mekanik guna melakukan kerja fisik, seperti menggiling ataupun memompa air.

Tabel 1.1. Data angin yang telah dihimpun oleh Pusat Meteorologi dan

4.03

51.3

8 Iswahyudi

5.15

95.5

9 Kalianget

4.15

65.6

10 Denpasar

59.5

7 Semarang

11 Pasir Panjang

4.95

66.7

12 Kupang/Penfui

5.75

78.6

13 Waingapu

3.65

3.90

84.8

Geofisika tentang daerah yang mempunyai kecepatan angin rata-rata 3.5 m/s atau lebih.

62.5

No Nama Daerah Kecepatan Rata-rata

(m/s) Masa Bertiup Angin

Di atas 4.0 m/s (%)

1 Blang Bintang

3.50

42.6

2 Tanjung Pinang

3.75

3 Tanjung Pandang

5.30

4.35

75.0

4 Pondok Betung

3.70

25.0

5 Margahayu

4.30

90.0

6 Rendole/Pati

32.7 Sumber : Pusat Meteorologi dan Geofisika, 2000 Dari data yang dipaparkan di atas, dengan menganggap kecepatan rata- rata angin adalah 3,5 m/s, dapat ditarik suatu kesimpulan bahwa kincir angin yang sesuai dengan keadaan angin di Indonesia adalah kincir angin savonius, karena kincir angin ini secara umum bergerak perlahan tetapi dapat menghasilkan torsi yang tinggi. Kincir angin Savonius yang dikembangkan dapat digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga angin dan untuk kepentingan memompa atau menaikkan air.

1.2 Perumusan Masalah

Permasalahan yang dapat dirumuskan pada pembuatan alat ini adalah sebagai berikut: 1) Banyak lokasi di Indonesia punya potensi angin tetapi kecepatannya rendah. 2) Indonesia belum bisa untuk diterapkan alat teknologi tinggi. 3)

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

1.3 Tujuan 1.

Membuat dan menguji model kincir angin Savonius 2 tingkat, tiap tingkat 2 sudu.

2. Mendapatkan grafik hubungan koefisien daya dan rasio kecepatan keliling tepi luar sudu terhadap kecepatan angin pada kincir angin savonius.

1.4 Manfaat 1.

Memberikan kontribusi alternatif pemanfaatan energi angin pada masyarakat.

2. Menambah kepustakaan pada bidang energi terbarukan.

1.5 Batasan Masalah

Agar permasalahan yang ada tidak berkembang menjadi luas, maka perlu adanya batasan terhadap permasalahan yang akan dibuat yaitu: 1) Jumlah sudu yang digunakan ialah 4 sudu lengkung dengan 2 tingkat. 2) Tinggi kincir angin savonius 1m dan diameter 0,8m.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Tipe Turbin Angin

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

1. Kincir angin sumbu horizontal

Turbin angin poros horizontal atau HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine) adalah turbin dengan poros utama horizontal dan generator pembangkit listrik pada puncak menara.

Gambar 2.1. Kincir angin poros horizontal 2.

Kincir angin sumbu vertikal Turbin angin poros Vertikal atau VAWT (Vertical Axis Wind Turbine) adalah turbin dengan poros vertikal sepanjang menara dan mempunyai generator pembangkit listrik dibawah poros.

Gambar

2.2. Kincir r angin poro os vertikal

Sala ah satu turb bin angin p poros vertik kal adalah t turbin angin n savonius. Turbin angin sav vonius dicip pta pertama a kali di ne egara Finlan ndia dan b erbentuk-S apabila dilihat d ari atas. T Turbin jeni s VAWT secara um mum berger rak lebih p perlahan dibanding g jenis HAW WT, tetapi m menghasilka an torsi yan ng lebih ting ggi.

2.1.1 Kelebihan Tu urbine Angi in Sumbu V Vertikal K • Tidak me embutuhkan n struktur m menara yang besar.

Karena bi ilah-bilah ro otornya ver rtikal, tidak dibutuhkan n mekanisme e yaw.
Sebuah V

VAWT bis a diletakk kan lebih dekat ke tanah, m membuat pemelihara aan bagian-b bagiannya y yang bergera ak jadi lebih h mudah.

VAWT me emiliki sud dut airfoil ( bentuk bila ah sebuah b baling-balin ng yang terlihat sec ara melinta ang) yang le ebih tinggi, memberika an keaerodin namisan yang tingg gi sembari mengurang gi drag pad da tekanan yang rend dah dan tin
Desain VA AWT berbila ah lurus den ngan potong gan melintan ng berbentu uk kotak

untuk diameter tertentu daripada wilayah tiupan berbentuk lingkarannya HAWT.

VAWT memiliki kecepatan awal angin yang lebih rendah daripada HAWT. Biasanya VAWT mulai menghasilkan listrik saat kecepatan angin 10 km/jam (6 m.p.h.)
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.
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),
VAWT tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah.
Kincir pada VAWT mudah dilihat dan dihindari burung.

2.1.2 Kekurangan Turbin Angin Sumbu Vertikal

Kebanyakan VAWT memproduksi energi hanya 50% dari efisiensi HAWT karena drag tambahan yang dimilikinya saat kincir berputar.
Sebuah VAWT yang menggunakan kabel untuk menyanggahnya memberi

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 Seret.

Prinsip kerja kincir angin savonius adalah mengkonversikan energi angin menjadi energi mekanis dalam bentuk gaya dorong (drag force). Sebagian sudu mengambil energi angin dan sebagian sudu lagi melawan angin. Sudu yang mengambil energi angin disebut downwind sedangkan sudu yang melawan angin disebut upwind. Sudu upwind ini dapat mengurangi kecepatan rotor. Besarnya torsi pada rotor dan kecepatan rotor (rpm) tergantung pada selisih drag force sudu

upwind dengan drag force sudu downwind.

ARAH PUTARAN DOWNWIND UPWIND ARAH ANGIN

Gambar 2.3. Upwind dan downwind

2.3 Perhitungan Pada Turbin

Pin

2.3.1 ( ) Daya yang dihasilkan angin

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

1 ₃ = ρ

Pin Av (Watt) ……………………….…… (2.1)

2 Dengan :

Pin = Daya teoritis (Watt) 3)

ρ = Densitas udara / massa jenis udara ( kg/m

= 1,225 kg/m

2 A = Luas penampang ( m ) v = Kecepatan angin (m/det)

Pada Gambar 2.4 ditunjukkan bahwa, daya angin yang dapat dimanfaatkan dengan menggunakan 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. Angka 30 % ini disebut batas Betz (Betz limit, diambil dari ilmuwan Jerman Albert Betz). Angka ini secara teori menunjukkan efisiensi maksimum yang dapat dicapai oleh rotor turbin angin tipe sumbu vertikal.

Ideal Propeller High Speed Propeller Savonius

Darrieu

American multiblade Dutch Four

Gambar 2.4. Grafik hubungan daya, Cp dan rasio kecepatan keliling tepi luar sudu terhadap kecepatan angin, tsr.

2.3.2 Besarnya gaya dorong (drag) angin

Dituliskan dalam persamaan

1 ² F = C ⋅ ρ ⋅ v ⋅ A _d (N) ………………………… (2.2)

2 Dengan : _D

C = coefficient of drag

= massa jenis udara ( kg/m )

ρ v = kecepatan angin ( m/detik )

2 A = luas penampang ( m )

Coeficient of drag untuk berbagai bentuk permukaan frontal yang menghadap arah angin ditunjukkan dalam Gambar 2.5.

Gambar 2.5. Coeficient of drag dari pelbagai bentuk permukaan frontal

1.5

2.3 arah angin

1.2

2.0

1.2

2.0

2,0 1,55

(Re < 3,5 x 10

F = Gaya pada poros akibat puntiran (N) r = Jarak lengan ke poros (m) 2,0 1,2

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

(Nm) …………………………….... (2.3) Dengan :

F r T ⋅ =

Dituliskan menurut persamaan berikut:

)

2.3.3 Perhitungan torsi

Gambar 2.6. Gambar transmisi pada kincir angin untuk perhitungan torsi pada poros.

2.3.4 Perhitungan koefisien daya (C p ) kincir Dihitung berdasarkan perbandingan daya yang dihasilkan oleh kincir

(P k ) dengan daya teoritis (P th ) yang disediakan oleh angin dapat dituliskan menurut persamaan berikut:

C p = P out /P in ( Watt ) …………………………… ( 2.4 )

Dengan :

C p = Koefisien Daya Kincir

P = Daya Yang dihasilkan oleh Kincir ( Watt )

out

P in = Daya Teoritis ( Watt )

2.3.5 Perhitungan tip speed ratio

Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan rotasi dari ujung sudu tetapi tidak berarti dimana mesin bertambah berisik dan terlalu tegang. Tip speed

ratio akan menentukan berapa cepat turbin angin yang diinginkan akan berputar dan

juga sebagai implikasi untuk alternator yang dapat digunakan. Tip speed ratio dituliskan menurut persamaan berikut :

π Dn Tsr = ……………………....................... (2.5)

60 xV

∞

Dengan :

Tsr = Tip speed ratio

D = diameter kincir (m) n = kecepatan putar kincir (rpm)

2.3.6 )

Perhitungan daya yang dihasilkan oleh kincir (P out Dihitung berdasarkan persamaan berikut :

P _out 2 π nT ( Watt ) …………………………... ( 2.6 )

Dengan : =

P daya output (watt) _out n = putaran ( rpm ) T = torsi ( Nm)

BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Sarana Penelitian Sarana yang di gunakan untuk penelitian adalah kincir angin vertikal empat

sudu dengan dua tingkat. Selanjutnya kincir angin tersebut akan dicari unjuk kerjanya pada kecepatan angin yang bervariasi sehingga mendapatkan daya masukkan yang berbeda.

3.2. Peralatan Penelitian

Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah : 1.

Wind Tunnel

Gambar3.2. Wind tunel

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

2. Fan / Blower

Gambar 3.3. Blower

Alat ini menghembuskan angin yang akan disalurkan ke Wind Tunnel

3. nator Altern

Gamb bar 3.4. Alt ternator Alat ini berfung gsi sebagai alat yang mengubah h gaya gera ak menjadi i listrik.

Altern nator mengh hasilkan Ar rus listrik da an Teganga an listrik ya ang berfung si untuk menc ari besar da aya yang dik keluarkan.

4. ometer Tacho

Gamb bar 3.5. Ta chometer

Alat i ini digunaka an untuk m mengukur pu utaran poros s motor DC

C. Tachomet ter yang digun nakan tacho ometer jeni is digital li ight tachom meter, yang g prinsip k kerjanya denga an memanc carkan sina ar untuk m membaca se ensor yang g berupa p emantul cahay ya (contoh a alumunium foil) yang d dipasang pad da poros.

5. Multimeter

Gambar 3.6. Multimeter Alat ukur untuk mengukur kelistrikan pada beban yang diberikan.

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

7. Anemometer

Gambar 3.7. Anemometer Berfungsi sebagai alat pengukur kecepatan angin.

8. Timbangan Berfungsi untuk mengukur gaya yang bekerja pada lengan saat kincir berputar.

Gambar 3.8. Timbangan 3.3.

Pada poros atas kincir diberi bantalan agar putarannya ringan, sedang bagian bawah poros dihubungkan dengan transmisi yang mengerakan alternator lalu

Kincir angin dipasang didalam Wind Tunnel .

V ) yang digunakan didapat dari pengukuran anemometer yang diletakan di bagian depan Wind Tunnel.

Kecepatan angin ( ∞

I ) listrik pada beban.

Variabel yang diukur

) dan arus ( _L

Tegangan ( L

Putaran poros kincir yang dihasilkan ( n ).

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

3.4. Langkah Penelitian a.

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

Di bagian lengan ayun tranmisi diberi timbangan untuk mengetahui gaya akibat pembebanan.

Setelah semua siap, blower dihidupkan untuk menghembuskan angin masuk kedalam Wind Tunnel.

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.

Setelah kincir berputar dengan kecepatan yang setabil maka dapat diukur tegangan dan arus pada lampu, perputaran poros pada alternator, dan gaya yang dihasilkan pada transmisi.

h. Jalannya percobaan a-e dilakukan berulang dengan variasi beban dan variasi kecepatan angin yaitu dari kecepatan angin terkecil kincir bisa berputar sampai kecepatan maksimal.

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1.Data Penelitian

Percobaan dilakukan 5 kali supaya diperoleh hasil baik, dengan kecepatan angin yang berbeda. Pada tiap percobaan disertakan variasi pembebanan dengan beberapa lampu.

Tabel 4.1. Data hasil penelitian Beban V F n v

I watt m/s N rpm volt ampere 0 7.57

2.75 230 7.3 0 3 7.17 2.95 228 6.4 0.26 8 7.2 3.05 227 5.5 0.42

16 7.59 3.3 223 4.35 0.75 24 7.19 3.6 219 3.66 1 35 7.52 4.05 217 3.06 1.4 43 7.46 4.2 214 2.65 1.53 51 7.33 4.25 211 2.16 1.63 59 7.22 4.35 210 1.86 1.82 70 7.07 4.45 207 1.66 1.83 94 7.29 4.75 202 0.83 2.13

129 7.11 4.8 198 0.54 2.3 140 7.31 5.15 197 0.42 2.38 164 7.36 5.2 197 0.4 2.18 185 6.93 4.85 195 0.27 2.19 201 6.96 5.05 193 0.26 2.38 0 7.07

2.75 219 6.88 0 3 6.84 2.95 218 5.73 0.24 8 6.51 3.05 213 4.89 0.4 16 6.7 3.35 204

4.01

0.71

Tabel 4.1. Data hasil penelitian (lanjutan) Beban V F n v

I 24 6.67 3.5 203 3.3 0.96 35 7.15 3.85 198 2.82 1.26 43 6.67 3.95 192 2.24 1.4 51 6.79 4.15 187 1.9 1.53 59 6.66 4.3 182 1.6 1.7 70 6.82 4.35 180 1.38 1.77 94 6.83 4.35 177 0.77 1.94 129 6.81 4.35 179 0.55 2.06

140 6.75 4.35 175 0.48 2.14 164 6.74 4.45 174 0.44 2.12 185 6.85 4.6 174 0.42 2.1 201 6.92 4.7 168 0.41 2.18

0 5.7 2.65 167 5.16 0 3 5.84 2.8 166 3.92 0.2 8 5.8 2.85 165 3.8 0.35 16 5.7 3.1 155

2.85

0.62 24 5.85 3.3 149 2.02 0.8 35 5.72 3.55 148 1.58 1.02 43 5.85 3.55 136 1.22 1.08 51 5.93 3.65 132 0.98 1.24 59 5.53 3.75 131 0.82 1.27 70 5.87 3.9 128 0.76 1.33 94 5.81 3.75 125 0.45 1.34

129 5.71 3.85 123 0.39 1.35 140 5.56 4.05 120 0.38 1.5 164 5.93 3.95 114 0.36 1.42 185 5.92 3.95 112 0.36 1.53 201 5.68 4.05 116 0.35 1.57 0 4.63

2.45 104 3.25 0 3 4.53 2.55 101 2.17 0.15 8 4.72 2.65 90 1.82 0.27 16 4.82 2.75 77 0.92 0.43

24 4.88 2.8 74 0.61 0.46 35 4.85 2.85 73 0.42 0.5 43 4.88 2.95 72 0.38 0.55 51 4.81 2.9 67 0.32 0.56

Tabel 4.1. Data hasil penelitian (lanjutan) Beban V F n v

I 94 4.71 2.9 72 0.22 0.66 129 4.92 2.95 69 0.18 0.67

140 4.76 3.2 72 0.21 0.69 164 4.99 3.05 73 0.18 0.74 185 4.74 3.1 70 0.16 0.81 201 4.71 3 70 0.15 0.68

0 3.91 2.4 51 1.47 0 3 3.84 2.45 48 0.81 0.09 8 3.9 2.5 44

0.53

0.16 16 3.81 2.55 42 0.3 0.21 24 3.83 2.55 41 0.27 0.23 35 3.99 2.55 42 0.14 0.25

43 3.8 2.6 43 0.14

0.27

51 3.8 2.6 45 0.13

0.27 59 4.03 2.6 43 0.16 0.31

70 3.98 2.55 43 0.14 0.32 94 3.85 2.55 42 0.08 0.26 129 3.83 2.55 40 0.07 0.27 140 3.9 2.55 43 0.13 0.27 164 3.88 2.55 38 0.09 0.28 185 3.75 2.55 38 0.08 0.3 201 3.93 2.4 35 0.07 0.29

4.2 Pengolahan data dan perhitungan 1. Luas penampang kincir

A lxt = = 0,8m x 0,8m = 0,64 m ²

2. Daya yang dihasilkan angin

3 6 ,

A v p in

⋅ ⋅ = Dengan : _in

P = daya angin, (watt) A = luas penampang kincir v = kecepatan angin

Contoh: _in P = 0,6 x 0,64 x ³

57 ,

7 = 166,5785 watt Untuk perhitungan lainnya dapat dilihat pada tabel 4.2.

3. Torsi pada poros F r T

⋅ =

Dengan : T = torsi poros r = panjang lengan ayun pada transmisi = 0,3m

F = gaya Contoh: T = 2,75 N x 0,3 m = 0,825 Nm

4. Daya keluaran (Pout)

( ) Nm P _out 230 825 ,

1 = Tsr Untuk perhitungan lainnya dapat dilihat pada tabel 4.2.

272 ,

Tsr π =

60 230 8 , x x

Dengan : D = diameter kincir n = kecepatan putar kincir Contoh: 57 ,

xv Dn Tsr

= 2 × π = 19,8605 watt Untuk perhitungan lainnya dapat dilihat pada tabel 4.2.

T = torsi ( Nm) Contoh:

( )

π Dengan: = _out P daya output (watt) n = putaran ( rpm )

60 min

Nm J s P nT _out

⎜ ⎝ ⎛

⎟ ⎠ ⎞

⎜ ⎝ ⎛

⎟ ⎠ ⎞

5. Menghitung Tsr (tip speed ratio)

6. Menghitung Cp (Koefisien Daya Kincir)

C p = P out /P in Dengan : C = Koefisien Daya Kincir p

P out = Daya Yang dihasilkan oleh Kincir

P in = Daya Teoritis Contoh: 19 ,

86 C p = 166 , 578 = 0,119 Untuk perhitungan lainnya dapat dilihat pada tabel 4.2.

Tabel 4.2. Perhitungan T, Pout,Pin,Tsr,Cp Pout T Pin Tsr Cp

19.86 0.83 166.58 1.27 0.12 21.12 0.89 141.54 1.33 0.15 21.74 0.92 143.33 1.32 0.15 23.11 0.99 167.9 1.23 0.14 24.76 1.08 142.73 1.28 0.17

27.6 1.22 163.3 1.21 0.17

28.22 1.26 159.42 1.2 0.18 28.16 1.28 151.23 1.21 0.19 28.68 1.31 144.52 1.22 0.2 28.92 1.34 135.7 1.23 0.21 30.13 1.43 148.77 1.16 0.2 29.84 1.44 138.02 1.17 0.22 31.86 1.55 150 1.13 0.21 32.17 1.56 153.1 1.12 0.21

29.7 1.46 127.8 1.18 0.23

30.6 1.52 129.47 1.16 0.24

Tabel 4.2. Perhitungan T, Pout,Pin,Tsr,Cp (lanjutan) Pout T Pin Tsr Cp

18.91 0.83 135.7 1.3 0.14 20.19 0.89 122.89 1.33 0.16

20.4 0.92 105.94 1.37 0.19

21.46 1.01 115.49 1.27 0.19

22.31 1.05 113.95 1.27 0.2 23.94 1.16 140.36 1.16 0.17 23.81 1.19 113.95 1.21 0.21 24.37 1.25 120.21 1.15 0.2 24.57 1.29 113.44 1.14 0.22 24.59 1.31 121.81 1.1 0.2 24.18 1.31 122.35 1.08 0.2 24.45 1.31 121.28 1.1 0.2

23.9 1.31 118.1 1.09 0.2 24.31 1.34 117.57 1.08 0.21 25.13 1.38 123.42 1.06 0.2 24.79 1.41 127.25 1.02 0.19

13.9 0.8 71.11 1.23 0.2

14.59 0.84 76.48 1.18 0.19 14.77 0.86 74.92 1.12 0.2 15.09 0.93 71.11 1.09 0.21 15.44 0.99 76.88 1.06 0.2

16.5 1.07 71.87 1 0.23

15.16 1.07 76.88 0.94 0.2 15.13 1.1 80.07 0.92 0.19 15.43 1.13 64.94 0.97 0.24 15.67 1.17 77.67 0.89 0.2 14.72 1.13 75.31 0.89 0.2 14.87 1.16 71.49 0.88 0.21 15.26 1.22 66 0.86 0.23 14.14 1.19 80.07 0.79 0.18 13.89 1.19 79.67 0.82 0.17 14.75 1.22 70.37 0.77 0.21

8 0.74

38.11

0.94

0.21

Tabel 4.2. Perhitungan T, Pout,Pin,Tsr,Cp Pout T Pin Tsr Cp

6.65 0.83 43 0.67 0.15

6.51 0.84 44.63 0.63 0.15 6.53 0.86 43.81 0.63 0.15 6.67 0.89 44.63 0.62 0.15

6.1 0.87 42.73 0.58 0.14

5.83 0.87 39.87 0.57 0.15 5.83 0.87 43.27 0.55 0.13 6.56 0.87 40.12 0.64 0.16 6.39 0.89 45.73 0.59 0.14 7.23 0.96 41.41 0.63 0.17 6.99 0.92 47.71 0.61 0.15 6.81 0.93 40.89 0.62 0.17 6.59 0.9 40.12 0.62 0.16 3.84 0.72 22.95 0.55 0.17 3.69 0.74 21.74 0.52 0.17 3.45 0.75 22.78 0.47 0.15 3.36 0.77 21.24 0.46 0.16 3.28 0.77 21.57 0.45 0.15 3.36 0.77 24.39 0.44 0.14 3.51 0.78 21.07 0.47 0.17

3.67 0.78 21.07 0.5 0.17

3.51 0.78 25.13 0.45 0.14 3.44 0.77 24.21 0.45 0.14 3.36 0.77 21.91 0.46 0.15

3.2 0.77 21.57 0.44 0.15

3.44 0.77 22.78 0.46 0.15 3.04 0.77 22.43 0.41 0.14 3.04 0.77 20.25 0.42 0.15 2.64 0.72 23.31 0.37 0.11

4.3.Gr rafik Hasil Perhitunga an.

0.25

0.2

0.15 Cp

0.1

0.05

0.5

1.5 Ts sr

Ga ambar 4.2: G Grafik hubu ungan Cp de engan Tsr

4.4. bahasan

Pemb Dari graf fik hasil pe rhitungan d diatas, didap pat koefisie en daya tert tinggi 0,24 . Daya efe ektif yang d dapat dicap pai kincir a angin savon nius dua tin ngkat men capai 24%. Dari penel litian yang sudah ada pada grafik k Betz (gam mbar 2.2.) ) , daya efek ktif yang da apat dicapai kincir angi in savonius hanya men ncapai 30% % dari daya yang disedi iakan angin n. Untuk Ts r , diperole eh dari pene elitian tertin nggi 1,37 y yang cukup berbeda de engan grafik k hubungn C Cp dan Tsr r pada gam mbar 2.2. y yaitu menc capai 2 dik karenakan k kincir angi in savonius s dua tingk kat suduny a terlalu b erat (terbua at dari plat t besi) yan ng menyeba abkan

30 Untuk pemanfaatannya di Indonesia sudah bisa diterapkan kincir

angin tipe savonius dengan dua tingkat. Kecepatan angin rata-rata di

Indonesia (3,5 m/s) sudah dapat memutar kincir angin tipe savonius dua

tingkat. Pemanfaatannya bisa digunakan sebagai memompa air atau

keperluan lain yang membutuhkan torsi tinggi. Dari hasil penelitian ini,

pada kecepatan angin rata-rata 3,5 m/s menghasilkan torsi 0,8 Nm.

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian dan perhitungan diatas dapat disimpulkan bahwa :

a) Kincir angin savonius 2 tingkat dapat diterapkan di Indonesia.

Kecepatan rata-rata angin di Indonesia (3,5 m/s) dapat memutar kincir angin savonius dua tingkat.

b) Semakin besar Tip speed ratio (Tsr), maka semakin besar pula coefisien

power (Cp).

5.2 Saran

Adapun saran untuk pihak yang akan mengembangkan penelitian pada bidang ini adalah : a)

Bahan pembuatan sudu sebaiknya menggunakan bahan yang ringan, atau sesuai dengan kecepatan angin supaya tidak mudah rusak dan bisa berputar pada kecepatan angin yang kecil.

b) Untuk mendapatkan daya maksimal pada kincir dibutuhkan kecepatan angin yang besar.

c) Sebaiknya dilakukan pengambilan data lebih banyak, agar hasilnya dapat maksimal.

DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar, W. 2004. Penggerak Mula Turbin. Ed.-3. Penerbit ITB. Bandung.

Djojodihardjo, H. dan Molly, J.P. 1983. Wind Energy System. Penerbit Alumni.

Bandung. Fox, J.A. 1982. An Introduction to Engineering Fluid Mechanics. Ed-2, The

Macmillan Press Ltd. London http://id.wikipedia.org http://id.wikipedia.org/wiki/turbin_angin http://www.lemhannas.go.id Kadir, A. 1995. Energi: Sumber Daya, Inovasi, Tenaga Listrik dan Potensial

Ekonomi . Penerbit Universitas Indonesia. Jakarta.

Sachs, P. 1978. Wind Forces in Engineering, Ed-2, Pergamon Press. Great Britain. Yunus A. Cengel, Michael A. Boles. 2006. Thermodynamics An Engineering Approach.

The McGraw-Hill Companies, Inc. New York

LAMPIRAN

Gambar 1. Kincir angin savonius 2 tingkat

Gambar 2. Poros, sudu, lingkaran pembatas sudu

Gambar 3. Transmisi

Gambar 4. Poros transmisi, puli besar, puli kecil, belt, alternator

Gambar 5. Rangka transmisi, timbangan