Unjuk kerja kincir angin savonius satu tingkat dengan variasi jumlah sudu 3 dan 8 - USD Repository

  

UNJUK KERJA KINCIR ANGIN SAVONIUS SATU TINGKAT

DENGAN VARIASI JUMLAH SUDU 3 DAN 8

Tugas Akhir

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

  

Disusun oleh :

Vincentius Aditya Sugrega

NIM : 055214003

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

  

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

  

THE PERFORMANCE OF ONE STAGE

SAVONIUS WINDMILL WITH 3 AND 8 NUMBER OF VARIATION

BLADE

Final Project

Presented as partitial fulfilment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

  

By:

Vincentius Aditya Sugrega

Student Number : 055214003

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

  

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

  

PERSEMBAHAN

TUGAS AKHIR INI KUPERSEMBAHKAN

UNTUK:

TUHAN YESUS KRISTUS ATAS SEGALA

  

LIMPAHAN RAHMATNYA HINGGA SAAT INI

KEDUA ORANG TUAKU DAN ADIKKU

TERCINTA ATAS DOA DAN DUKUNGAN YANG

SELALU DIBERIKAN

BUAT SESEORANG YANG TERKASIH, YANG

SELALU MENEMANIKU HINGGA SELESAINYA

  

TUGAS AKHIR INI

UNTUK SEMUA TEMAN-TEMANKU

DI KOST 127 MAUPUN TEMAN-TEMAN 2005

~//~

  

LEMBAR

PERNYATAAN

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

  Yogyakarta, 28 Juni 2010 Penulis

  Vincentius Aditya Sugrega

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Sanata Dharma : Nama : Vincentius Aditya Sugrega NIM : 055214003

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

  ..........UNJUK KERJA KINCIR ANGIN SAVONIUS SATU TINGKAT.......... ………………DENGAN VARIASI JUMLAH SUDU 3 DAN 8………….…….

  …………..………………………………… …………...………………………….. 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, 28 Juni 2010 Yang Menyatakan,

  INTISARI

  Angin adalah udara yang bergerak yang ada di sekitar kita. Dan sebagaimana diketahui, pada asasnya angin terjadi karena ada perbedaan suhu antara udara panas dan udara dingin. Di tiap daerah keadaan suhu dan kecepatan angin berbeda, energi angin yang sebenarnya berlimpah di Indonesia ternyata belum dimanfaatkan sebagai energi terbarukan penghasil listrik. Angin selama ini dipandang sebagai proses alam biasa yang kurang memiliki nilai ekonomis bagi kegiatan produktif masyarakat. Energi angin sebagai energi terbarukan, karena memiliki beberapa keunggulan, yaitu bersih terhadap lingkungan dan tidak menimbulkan efek rumah kaca penyebab global warming.

  Terkait dengan penggunaan energi angin, maka dibuatlah kincir angin Savonius satu tingkat yang bertujuan untuk mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik. Pada penelitian ini bertujuan juga untuk mengetahui unjuk kerja dari kincir angin Savonius. Peralatan yang digunakan adalah triplek sebagai pembatas sudu berdiameter 80cm, kemudian sudu terbuat dari lembaran pvc berukuran 50x62,8cm. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan jumlah sudu, 3 dan 8, kecepatan angin 7m/s, 6m/s, 5m/s, 4m/s, 3m/s dan variasi beban lampu 220watt dengan kelipatan 8 watt tiap lampunya yang berjumlah 27 buah. Untuk menghasilkan listrik, kincir angin dihubungkan dengan generator. Data yang diambil adalah kecepatan angin, kecepatan poros, arus, tegangan dan gaya.

  Kincir angin Savonius satu tingkat dengan sudu 3 mendapatkan hasil terbaik dibandingkan dengan sudu 8, yaitu dengan daya keluaran poros (Pout) 8,15watt pada kecepatan angin 6m/s dan efisiensi kincir (

  η) sebesar 21,81% pada

  kecepatan angin 5m/s. Semakin rendah kecepatan angin, maka semakin tinggi efisiensi yang dihasilkan.

KATA PENGANTAR

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

  DENGAN VARIASI JUMLAH SUDU 3 DAN 8 ”.

  Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, sekaligus sebagai wujud harapan dan cita-cita penulis untuk selalu belajar tanpa batas.

  Penyusunan skripsi ini tidak mungkin dapat terlaksana dengan baik tanpa adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak yang terkait. Pada kesempatan ini, dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada :

  1. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T, selaku Dekan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  2. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  3. Bapak Ir. YB.Lukiyanto, M.T. selaku dosen pembimbing yang telah banyak

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

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

  7. Untuk kedua orangtuaku yang selalu memberikan dukungan moral dan material.

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

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

  10. Teman-teman mahasiswa angkatan 2005 khususnya dan semua angkatan Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma serta semua pihak yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu.

  Penulis menyadari sepenuhnya bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna karena keterbatasan pengetahuan yang dimiliki penulis. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca untuk menyempurnakan laporan ini. Akhir kata, semoga laporan ini dapat berguna bagi pembaca semua.

  Yogyakarta, 28 Juni 2010

  DAFTAR ISI

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

  INTISARI ................................................................................................ viii KATA PENGANTAR ............................................................................ ix DAFTAR ISI ........................................................................................... xi DAFTAR TABEL ................................................................................... xiv DAFTAR GAMBAR .............................................................................. xvi BAB I. PENDAHULUAN ......................................................................

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

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

  3 1.3. Tujuan ........................................................................................

  4 1.4. Manfaat ......................................................................................

  4

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

  5 2.2. Tipe Kincir Angin ......................................................................

  6 2.2.1. Kelebihan Kincir Angin Sumbu Vertikal .........................

  7 2.3. Gerak Kincir ...............................................................................

  9 2.4. Perhitungan Pada Turbin ............................................................

  10 2.4.1. Perolehan daya menurut teori ...........................................

  10 2.4.2. Perhitungan Torsi ..............................................................

  11 2.4.3. Perhitungan Pout ...............................................................

  11 2.4.4. Perhitungan Tip Speed Ratio (TSR) ..................................

  12 2.4.5. Perhitungan Efisiensi Kincir .............................................

  12 BAB III. METODE PENELITIAN.........................................................

  14 3.1. Sarana Penelitian .......................................................................

  14 3.2. Peralatan Dan Bahan Penelitian .................................................

  15 3.3. Variabel Yang Divariasikan .......................................................

  23 3.4. Analisa Data ...............................................................................

  24 3.5. Langkah Penelitian .....................................................................

  24 BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ...............................................

  27 4.1. Data penelitian ...........................................................................

  27 4.2. Perhitungan Data ........................................................................

  36

  5.2. Saran ...........................................................................................

  53 DAFTAR PUSTAKA .............................................................................

  54 LAMPIRAN

  

DAFTAR TABEL

  Halaman Tabel 1.1. Cadangan Energi Fosil ...........................................................

  1 Tabel 4.1. Data Penelitian pada Sudu 3 dengan kecepatan angin 7m/s ..

  27 Tabel 4.2. Data Penelitian pada Sudu 3 dengan kecepatan angin 6m/s ..

  28 Tabel 4.3. Data Penelitian pada Sudu 3 dengan kecepatan angin 5m/s ..

  29 Tabel 4.4. Data Penelitian pada Sudu 3 dengan kecepatan angin 4m/s ..

  30 Tabel 4.5. Data Penelitian pada Sudu 8 dengan kecepatan angin 7m/s ..

  31 Tabel 4.6. Data Penelitian pada Sudu 8 bercelah dengan kecepatan angin 6m/s ..............................................................................

  32 Tabel 4.7. Data Penelitian pada Sudu 8 bercelah dengan kecepatan angin 5m/s ..............................................................................

  33 Tabel 4.8. Data Penelitian pada Sudu 8 bercelah dengan kecepatan angin 4m/s ..............................................................................

  34 Tabel 4.9. Data Penelitian pada Sudu 8 bercelah dengan kecepatan angin 3m/s ..............................................................................

  35 Tabel 4.10. Data Perhitungan pada Sudu 3 dengan kecepatan angin 7m/s ..............................................................................

  37 Tabel 4.11. Data Perhitungan pada Sudu 3 dengan kecepatan

  angin 5m/s ..............................................................................

  39 Tabel 4.13. Data Perhitungan pada Sudu 3 dengan kecepatan angin 4m/s ..............................................................................

  40 Tabel 4.14. Data Perhitungan pada Sudu 8 dengan kecepatan angin 7m/s ..............................................................................

  41 Tabel 4.15. Data Perhitungan pada Sudu 8 bercelah dengan kecepatan angin 6m/s ..............................................................................

  42 Tabel 4.16. Data Perhitungan pada Sudu 8 bercelah dengan kecepatan angin 5m/s ..............................................................................

  43 Tabel 4.17. Data Perhitungan pada Sudu 8 bercelah dengan kecepatan angin 4m/s ..............................................................................

  44 Tabel 4.18. Data Perhitungan pada Sudu 8 bercelah dengan kecepatan angin 3m/s ..............................................................................

  45

  

DAFTAR GAMBAR

  18 Gambar 3.7. Wind Tunnel ..........................................................................

  22 Gambar 3.13. Puli dan Sabuk .....................................................................

  21 Gambar 3.12. Timbangan ...........................................................................

  21 Gambar 3.11. Anemometer ........................................................................

  20 Gambar 3.10. Lampu/Beban ......................................................................

  20 Gambar 3.9. Multimeter .............................................................................

  19 Gambar 3.8. Blower ...................................................................................

  17 Gambar 3.6. Tachometer ...........................................................................

  Halaman Gambar 2.1. Berbagai Jenis Kincir Angin ................................................

  16 Gambar 3.5. Generator ..............................................................................

  15 Gambar 3.3. Pembatas Sudu .................................................................... 16 Gambar 3.4. Poros Kincir..........................................................................

  14 Gambar 3.2. Sudu Kincir ..........................................................................

  11 Gambar 3.1. Skema Kincir Angin Savonius .............................................

  9 Gambar 2.3. Diagram Betz .......................................................................

  7 Gambar 2.2 Arah Putaran Angin ...............................................................

  23

Gambar 4.2. Grafik Kecepatan Angin vs Pout Sudu 8 ..............................

  46 Gambar 4.3. Grafik Kecepatan Angin vs Pout Sudu 8 Bercelah ...............

  47 Gambar 4.4. Grafik Perbandingan Kecepatan Angin vs Pout Sudu 3,8 dan 8 bercelah ....................................................................

  48 Gambar 4.5. Grafik Hubungan Cp dan TSR Sudu 3 ..................................

  48 Gambar 4.6. Grafik Hubungan Cp dan TSR Sudu 8 ..................................

  49 Gambar 4.7. Grafik Hubungan Cp dan TSR Sudu 8 Bercelah...................

  50 Gambar 4.8. Grafik Perbandingan Cp dan TSR Sudu 3,8 dan 8 Bercelah

  50

BAB I PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

  Kebutuhan energi di Indonesia khususnya dan di dunia pada umumnya terus meningkat karena pertambahan penduduk, pertumbuhan ekonomi dan pola konsumsi energi itu sendiri yang senantiasa meningkat. Energi merupakan salah satu pendukung kehidupan manusia, karena energi adalah hal yang tak terpisahkan dari kehidupan manusia. Energi mempunyai peranan penting dalam memenuhi kebutuhan hidup, baik sosial ekonomi maupun lingkungan sekitar.

  Menurut Blueprint Pengelolaan Energi Nasional yang dikeluarkan oleh Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (DESDM) pada tahun 2005, cadangan minyak bumi di Indonesia pada tahun 2004 diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 18 tahun dengan rasio cadangan/produksi pada tahun tersebut. Sedangkan gas diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 61 tahun dan batubara 147 tahun.

  Tabel 1. Cadangan Energi Fosil Jenis Energi Fosil Cad/Prod

  Apabila mempertimbangkan laju pertambahan penduduk yang eksponensial dan konsumsi energi yang terus meningkat, tentunya kurun waktu tersebut dapat diperkirakan akan jauh lebih cepat lagi. Upaya-upaya pencarian sumber energi alternatif selain fosil menyemangati para peneliti di berbagai negara untuk mencari energi lain yang kita kenal sekarang dengan istilah energi terbarukan. Energi terbarukan meliputi energi air, panas bumi, matahari, angin, biogas, bio mass serta gelombang laut. Energi terbarukan dapat didefinisikan sebagai energi yang secara cepat dapat tersedia berlimpah, tidak habis-habis, dan tersebar luas. Salah satunya adalah penggunaan Energi Angin, yaitu memiliki beberapa keunggulan yakni bersih terhadap lingkungan dan tidak menimbulkan efek rumah kaca. Selain itu, pemanfaatan Energi Angin dapat dilakukan di mana-mana, baik di daerah landai maupun dataran tinggi, bahkan dapat di terapkan di laut, berbeda halnya dengan Energi Air.

  Pemanfaatan Energi Angin merupakan pemanfaatan energi terbarukan yang sedang berkembang saat ini. Pada energi angin pada umumnya digunakan untuk memutar peralatan mekanik guna melakukan kerja fisik, seperti menggiling ataupun memompa air. Pada perkembangannya, energi angin dikonversikan menjadi Energi Mekanik, puli dan sabuk untuk memutar rotor pada generator dibagian belakang kincir angin, sehingga akan menghasilkan Energi Listrik.

  Berdasarkan data yang dihimpun oleh Pusat Meteorologi dan Geofisika, 2000 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.

  Kincir Angin yang telah dibuat selama ini dinilai masih kurang berfungsi secara optimal. Oleh karena itu, melalui modifikasi pada mekanisme gerakan sudu-sudu pada kincir angin Savonius ini diharapkan kincir angin yang dihasilkan dapat memberikan koefisien daya yang maksimal.

1.2 RUMUSAN MASALAH

  Pada penelitian ini akan dibuat kincir angin Savonius satu tingkat dengan jumlah sudu 3, 8 dan 8 bercelah yang sudunya terbuat dari lembaran

1.3 TUJUAN

  1) Membuat dan menguji kincir angin Savonius satu tingkat. 2)

  Mengetahui Daya dan Efisiensi kincir angin Savonius yang dihasilkan dari variasi jumlah sudu 3, 8 dan 8 bercelah.

  3) Mendapatkan data-data berupa grafik hubungan Cp dan TSR.

1.4 MANFAAT

  1) Menambah kepustakaan teknologi pembangkit listrik tenaga Angin. 2) Mengurangi polusi dan pemanasan global. 3) Diterapkan di masyarakat yang berada di daerah potensi Angin.

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 kincir angin Savonius satu tingkat yang digunakan adalah 3, 8 dan 8 bercelah.

  2) Tinggi kincir angin Savonius 50 cm dengan diameter 80cm. 3) Daya output (Pout) diukur pada poros kincir. 4)

  Beban menggunakan lampu 220 Watt yang tersusun secara parallel dengan kelipatan 8 watt.

BAB II DASAR TEORI

2.1 ENERGI ANGIN

  Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan manusia. Perahu- perahu layar menggunakan energi ini untuk melewati perairan sudah lama sekali. Dan sebagaimana diketahui, pada asasnya angin terjadi karena ada perubahan suhu antara udara panas dan udara dingin. Di tiap daerah keadaan suhu dan kecepatan angin berbeda. Untuk mengurangi keterbatasan penggunaan energi yang tak terbaharukan dalam pembangkitan energi listrik khususnya maka diperlukan energi-energi alternatif lain sebagai penggantinya. Dalam rangka mencari bentuk-bentuk sumber energi alternatif yang bersih dan terbarukan kembali energi angin mendapat perhatian yang besar.

  Seperti yang telah dijelaskan, angin adalah udara yang bergerak dari tekanan udara yang lebih tinggi ke tekanan udara yang lebih rendah.

  Perbedaan tekanan udara disebabkan oleh perbedaan suhu udara akibat pemanasan atmosfir yang tidak merata oleh sinar matahari. Pertukaran panas

  Karena bergerak, angin memiliki energi kinetik. Energi angin dapat dikonversi atau ditransfer ke dalam bentuk energi lain seperti listrik atau mekanik dengan menggunakan kincir atau turbin angin. Oleh karena itu, kincir atau turbin angin sering disebut sebagai Sistem Konversi Energi Angin (SKEA).

2.2 TIPE KINCIR ANGIN

  Kincir Angin Dibagi Menjadi Dua Kelompok Utama Berdasarkan Arah Sumbu: 1.

  Kincir angin poros Vertikal atau VAWT (Vertical Axis Wind Turbine) adalah kincir dengan poros vertikal sepanjang menara dan mempunyai generator pembangkit listrik dibawah poros yang sudunya berputar dalam bidang yang paralel dengan tanah.

2. Kincir angin poros Horisontal atau HAWT (Horizontal Axis Wind

  Turbine ) adalah kincir dengan poros utama horizontal dan generator

  pembangkit listrik pada puncak menara. Kincir angin ini biasanya mempunyai sudu dengan bentuk irisan melintang khusus di mana aliran udara pada salah satu sisinya dapat bergerak lebih cepat dari aliran udara di sisi yang lain ketika angin melewatinya. sudu-sudu setengah silinder. Kincir jenis VAWT secara umum bergerak lebih perlahan dibanding jenis HAWT, tetapi menghasilkan torsi yang lebih tinggi.

Gambar 2.1. Berbagai Jenis Kincir Angin (www.energy.iastate.edu)

2.2.1 Kelebihan Kincir Angin Sumbu Vertikal.

a) Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.

  b) Sebuah VAWT bisa diletakkan lebih dekat ke tanah, membuat memberikan keaerodinamisan yang tinggi sembari mengurangi drag pada tekanan yang rendah dan tinggi.

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

  e)

  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.

  f)

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

  g)

  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).

h) VAWT tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah.

2.3 GERAK KINCIR

  Pada dasarnya rotor Kincir Angin mengambil tenaga dari angin dan membuatnya menjadi lebih pelan, dan menghasilkan tenaga. Ini dapat dilihat dengan adanya gaya yang diterapkan yaitu gaya yang diberikan oleh angin kepada kincir. Obyek yang bergerak searah aliran angin, menghasilkan gaya yang disebut “Drag” atau Gaya Seret.

  Prinsip kerja Kincir Angin Savonius adalah mengkonversikan energi angin menjadi energi mekanis dalam bentuk gaya dorong (drag force).

  Sebagian sudu mengambil energi angin dan sebagian sudu lagi melawan angin. Sudu yang mengambil energi angin disebut downwind sedangkan sudu yang melawan angin disebut upwind. Sudu upwind ini dapat mengurangi kecepatan rotor. Besarnya torsi pada rotor dan kecepatan rotor (rpm) tergantung pada selisih drag force sudu upwind dengan drag force sudu downwind.

  ARAH PUTARAN DOWN WIND Jika dikaitkan dengan sumber daya angin, kincir angin dengan jumlah sudu banyak lebih cocok digunakan pada daerah dengan potensi energi angin yang rendah karena rated wind speed-nya tercapai pada putaran rotor dan kecepatan angin yang tidak terlalu tinggi. Sedangkan kincir angin dengan sudu sedikit (untuk pembangkitan listrik) tidak akan beroperasi secara efisien pada daerah dengan kecepatan angin rata-rata kurang dari 4 m/s.

2.4 PERHITUNGAN PADA KINCIR

2.4.1 Perolehan Daya Menurut Teori

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

  A  lxt

  1

  3

  (Watt)

  Pin=

  .ρ.A.v …………………………(1)

2 Dengan :

  3

  ) ρ = massa jenis udara (kg/m

  2 A = Luas Penampang ( m ) Pin = Daya teoritis (Watt) daya efektif yang dapat dicapai oleh sebuah kincir angin tipe Savonius hanya mencapai 30% dari daya yang disediakan angin.

  Ideal Propeller High Speed Propeller Savonius

Darrieus

American multiblade Dutch Four Arm

Gambar 2.3. Diagram Betz

2.4.2 Perhitungan Torsi dapat dituliskan menurut persamaan berikut:

  Torsi = F . r (Nm) ……………………………….. (2)

  Dengan :

  F = Gaya (Newton)

  = Panjang lengan (m)

  r

  2 .  . n . T

  ( Watt )

  Pout 

  …………………………..... ( 3 )

60 Dengan :

  Pout = Daya yang dihasilkan Oleh Kincir ( Watt ) n = Putaran poros ( rpm) T = Torsi (N/m)

  2.4.4. Perhitungan Tip Speed Ratio (TSR) dihitung berdasarkan perbandingan kecepatan pada ujung-ujung sudu (u) dengan kecepatan angin sebenarnya (v) dapat dituliskan menurut persamaan berikut:

  2 .  . n . r

  u 

  60

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

  Dengan : = Kecepatan pada ujung-ujung sudu

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

  2.4.5. Perhitungan Cp (

  η) kincir dapat dihitung berdasarkan perbandingan

  daya yang dihasilkan oleh kincir (Pout) dengan daya teoritis (Pin)

  Dengan : = Efisiensi kincir (Watt)

  η Pout = Daya Yang dihasilkan oleh Kincir (Watt) Pin = Daya Teoritis (Watt)

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. SARANA PENELITIAN Sarana yang digunakan untuk penelitian adalah kincir angin poros

  vertikal. Selanjutnya kincir angin tersebut akan dicari unjuk kerjanya pada kecepatan angin yang bervariasi sehingga mendapatkan daya masukan dan keluaran yang berbeda. Model atau skemanya digambarkan sebagai berikut:

  Keterangan: 1.

  Poros 2. Pembatas sudu 3. Sudu 4. Rangka transmisi

  5. Puli besar 6.

  Sabuk 7. Puli kecil 8.

  9

  2

  4

  1

  3

  5

  7

  6

  8

3.2. PERALATAN DAN BAHAN PENELITIAN

  Adapun Peralatan Dan Bahan yang Digunakan Dalam Penelitian Tersebut adalah :

1. Sudu

  Berfungsi sebagai penangkap angin yang berhembus. Terbuat dari lembaran pvc, berukuran 50 x 62,8 cm.

Gambar 3.2. Sudu 2.

  Pembatas sudu Berfungsi sebagai dudukan sudu dan pengikat sudu untuk membentuk sudu menjadi lengkungan. Terbuat dari triplek berdiameter 80 cm dengan tebal 0,7 cm.

Gambar 3.3. Pembatas sudu 3.

  Poros Berfungsi sebagai dudukan kincir, yang terbuat dari pipa besi berdiameter 1,25 cm dengan panjang 120 cm.

4. Generator Alat ini berfungsi sebagai alat yang mengubah gaya gerak menjadi listrik.

  Generator menghasilkan Arus listrik dan Tegangan listrik yang berfungsi untuk mencari besar daya yang dikeluarkan.

Gambar 3.5. Generator 5.

  Tachometer Alat ini digunakan untuk mengukur putaran poros motor DC. Tachometer yang digunakan tachometer jenis digital light tachometer, yang prinsip kerjanya dengan memancarkan sinar untuk membaca sensor yang berupa pemantul cahaya (contoh: alumunium foil) yang dipasang pada permukaan poros.

Gambar 3.6. Tachometer 6.

  Wind Tunnel Alat ini berfungsi sebagai lorong yang menangkap dan mengumpulkan angin dan menghembuskannya pada kincir yang diletakkan didalam Wind

  Tunnel tersebut, pengaturan kecepatan angin dilakukan dialat ini dengn cara mengatur jarak Blower.

Gambar 3.7. Wind Tunnel 7.

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

Gambar 3.8. Blower 8.

  Multimeter Alat ukur untuk mengukur arus (I) dan tegangan (V) pada beban yang diberikan.

Gambar 3.9. Multimeter 9.

  Lampu / beban Berfungsi sebagai beban dalam percobaan ini dan beban ini yang akan

Gambar 3.10. Lampu / Beban 10.

  Anemometer Berfungsi sebagai alat pengukur kecepatan angin.

Gambar 3.11. Anemometer

11. Timbangan jenis pegas.

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

  

Ganbar 3.12. Timbangan

12.

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

Gambar 3.13. Puli dan sabuk 3.3.

VARIABEL YANG DIVARIASIKAN

  1) Jumlah sudu yang digunakan adalah 3, 8 dan 8 bercelah. 2) Kecepatan angin yang digunakan adalah 7m/s, 6m/s, 5m/s, 4m/s, 3m/s. 3)

  Beban yang digunakan adalah 220 watt yang tersusun secara parallel dengan kelipatan 8 watt.

  Gambar 3.14.Jumlah sudu yang divariasikan.

3.4. ANALISA DATA

  Data Yang Diambil Dari Percobaan Ini adalah Sebagai Berikut : 1) Putaran poros kincir dan Generator yang dihasilkan ( n ). 2)

  Tegangan ( L

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

  3) Kecepatan angin (

  v

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

  4) Perhitungan daya kincir ( Pin ) dan perhitungan daya poros yang dihasilkan ( Pout) untuk menghitung Cp.

  5) Perhitungan TSR.

3.5. LANGKAH PENELITIAN

  1) Merangkai bagian-bagian dari Kincir Angin Savonius satu tingkat dan pastikan semua terpasang dengan benar.

  2) Kincir angin Savonius satu tingkat dengan sudu 3 dipasang terlebih dahulu didalam Wind Tunnel dan dibaut.

  3) Didepan kincir angin tepat dibagian tengah, dipasang Anemometer untuk mengetahui besar angin yang ada dalam Wind Tunnel.

  4) Merangkai kabel-kabel dengan urutan sebagai berikut :

Gambar 3.15. Rangkaian beban

• pengukur arus dan kabel negatifnya dihubungkan dengan kabel positif lampu, kabel negatif lampu dihubungkan dengan kabel negatif dari generator.

  Kabel positif generator dihubungkan dengan kabel positif multimeter

• dihubungkan ke positif dan negatif lampu/beban.

  Untuk multimeter pengukur tegangan, kabel positif dan negatifnya

  5) Memasang timbangan yang dihubungkan ke lengan ayun transmisi dengan perantara seutas tali.

  6) Setelah semua siap, Blower dihidupkan yaitu dengan menekan tombol hijau, untuk menghembuskan angin masuk kedalam Wind Tunnel.

  7) Ukurlah kecepatan angin yang diperlukan, yaitu 7m/s, 6m/s, 5m/s, 4m/s,

  3m/s dengan mengatur jarak antara Wind Tunnel dengan Blower, semakin

  8) Setelah kincir berputar dengan kecepatan stabil maka nyalakan lampu satu persatu dengan jarak waktu 2 atau 3 menit hingga lampu ke-27. Catatlah tegangan, arus, gaya pada lengan ayun, kecepatan poros, kecepatan angin yang dihasilkan, untuk setiap menyalakan lampu.

  9) Matikan semua saklar lampu setelah 27 data didapat. 10) Matikan Blower dengan menekan tombol merah. 11)

  Mengganti Kincir Angin Savonius satu tingkat sudu 3, dengan variasi selanjutnya yaitu sudu 8 kemudian sudu 8 bercelah.

  12) Ulangi seperti pada percobaan diatas hingga semua data diperoleh.

  

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1. DATA PENELITIAN Dari pengujian yang dilakukan, didapatkan data sebagai berikut: A. Pengujian Dengan Jumlah Sudu 3. Tabel 4.1. Data Penelitian Pada Sudu 3 dengan Kecepatan Angin 7 m/s. No Beban Tegangan Arus Gaya Kec.Poros Kec.Angin (watt) (volt) (ampere) (newton) (rpm) (m/s)

  1 8 4,0 0,34 1,37 154,0 6,80

  2 16 3,2 0,60 1,57 153,2 6,82

  3 24 2,9 0,82 1,76 150,5 6,88

  4 32 2,4 0,98 1,96 150,8 6,84

  5 40 2,5 0,98 1,96 148,0 7,24

  6 48 2,2 1,07 2,06 146,8 6,96

  7 56 2,0 1,05 2,06 139,4 6,77

  8 64 2,0 1,13 2,15 135,9 6,86

  9 72 1,6 1,05 2,10 125,6 6,66

  10 80 1,9 1,16 2,20 127,4 6,71

  11 88 1,7 1,20 2,25 128,9 7,07

  12 96 1,8 1,26 2,25 126,3 6,87 13 104 1,6 1,14 2,25 129,9 6,61 14 112 1,7 1,12 2,25 124,6 6,86 15 120 1,6 1,11 2,35 123,3 6,93 16 128 1,8 1,15 2,35 127,5 6,84 17 136 1,8 1,23 2,35 130.2 7,05 18 144 1,7 1,22 2,35 128,9 6,80 19 152 1,8 1,20 2,35 126,9 6,55 20 160 1,8 1,23 2,35 123,2 6,63 21 168 1,8 1,22 2,35 122,6 6,64

Tabel 4.2. Data Penelitian Pada Sudu 3 dengan Kecepatan Angin 6 m/s.

  122,1 6,12 18 144 1,6 1,2 2,45

  126,5 6,10

  12 96 1,7 1,1 2,45

  125,4 6,01 13 104 1,7 1,1 2,45

  124,3 6,05 14 112 1,7 1,1 2,45

  124,1 6,22 15 120 1,6 1,1 2,45

  123,2 5,88 16 128 1,7 1,1 2,45

  123,9 6,10 17 136 1,6 1,1 2,45

  120,2 5,96 19 152 1,6 1,2 2,45

  127,2 6,02

  121,1 5,95 20 160 1,6 1,2 2,45 120 6,12

  21 168 1,6 1,2 2,45

  119,5 6,00 22 176 1,5 1,2 2,54

  118,9 5,91 23 184 1,5 1,3 2,54

  120,1 6,36 24 192 1,3 1,3 2,54

  118,8 6,12 25 200 1,4 1,4 2,54

  120,7 5,95 26 208 1,4 1,4 2,54

  118,5 5,94 27 220 1,3 1,3 2,54

  11 88 1,8 1,1 2,45

  10 80 1,8 1,0 2,45

  

No Beban Tegangan Arus Gaya Kec.Poros Kec.Angin

(watt) (volt) (ampere) (newton) (rpm) (m/s)

  130,6 5,90

  1 8 4,0 0,3 1,47

  151,6 6,36

  2 16 3,4 0,5 1,76

  145,6 6,00

  3 24 2,8 0,7

  2.06 138,1 5,98

  4 32 2,6 0,9 2,25

  5 40 2,4 0,9 2,25

  129,4 6,00

  128,7 5,90

  6 48 2,2 1,0 2,35

  131,6 6,22

  7 56 2,2 0,9 2,35

  131,4 6,00

  8 64 2,0 0,9 2,35

  126,6 5,92

  9 72 2,0 1,0 2,35

  117,6 5,88

Tabel 4.3. Data Penelitian Pada Sudu 3 dengan Kecepatan Angin 5 m/s.

  

No Beban Tegangan Arus Gaya Kec.Poros Kec.Angin

(watt) (volt) (ampere) (newton) (rpm) (m/s)

  1 8 2,8 0,20 1,37 121,60 5,04

  2 16 2,2 0,40 1,57 114,70 5,00

  3 24 1,7 0,60 1,66 108,90 5,13

  4 32 1,4 0,70 1,71 103,60 5,07

  5 40 1,3 0,70 1,76 100,40 4,92

  6 48 1,3 0,70 1,86 104,00 4,91

  7 56 1,4 0,80 1,91 101,30 5,24

  8 64 1,3 0,75 1,96 99,90 4,83

  9 72 1,2 0,80 1,96 99,71 4,85

  10 80 1,2 0,75 1,96 99,00 4,82

  11 88 1,0 0,80 1,96 98,67 4,91

  12 96 1,0 0,80 1,76 98,18 4,87 13 104 1,2 0,85 1,86 96,27 4,95 14 112 1,0 0,85 1,86 96,14 4,87 15 120 1,2 0,80 2,25 95,30 4,99 16 128 1,0 0,90 2,35 96,24 5,14 17 136 1,2 0,90 2,35 95,92 5,11 18 144 1,0 0,80 2,35 94,75 5,13 19 152 1,0 0,90 2,35 95,16 5,07 20 160 1,0 0,85 2,35 94,57 5,18 21 168 1,2 0,90 2,35 94,92 5,03 22 176 1,2 0,91 2,35 94,54 5,11 23 184 1,2 0,94 2,35 94,69 5,25 24 192 1,2 0,96 2,45 95,94 5,19 25 200 1,0 0,98 2,35 91,06 5,36 26 208 0,9 0,99 2,35 89,09 5,10 27 220 1,0 1,00 2,35 85,53 4,91

Tabel 4.4. Data Penelitian Pada Sudu 3 dengan Kecepatan Angin 4 m/s.

  

No Beban Tegangan Arus Gaya Kec.Poros Kec.Angin

(watt) (volt) (ampere) (newton) (rpm) (m/s)

  1 8 1,20 0,52 1,57 75,24 4,12

  2 16 1,20 0,62 1,66 77,66 4,26

  3 24 1,00 0,61 1,66 77,48 4,22

  4 32 1,00 0,62 1,66 77,42 4,25

  5 40 0,90 0,64 1,71 76,24 4,21

  6 48 0,90 0,64 1,66 75,71 4,22

  7 56 0,90 0,63 1,66 72,61 4,13

  8 64 0,90 0,61 1,66 71,73 4,19

  9 72 0,90 0,63 1,57 71,20 4,20

  10 80 0,90 0,64 1,66 69,54 4,16

  11 88 0,90 0,66 1,71 68,81 4,26

  12 96 0,90 0,65 1,71 68,12 4,21 13 104 0,90 0,67 1,71 67,74 4,12 14 112 0,90 0,66 1,71 67,91 4,30 15 120 0,90 0,64 1,71 67,59 4,11 16 128 0,90 0,64 1,71 70,02 4,16 17 136 0,90 0,66 1,71 68,67 4,00 18 144 0,90 0,65 1,71 68,46 4,09 19 152 0,85 0,63 1,66 68,18 4,05 20 160 0,95 0,67 1,76 71,36 4,15 21 168 1,05 0,68 1,76 69,74 4,00 22 176 0,90 0,67 1,76 67,69 4,15 23 184 0,95 0,65 1,76 68,46 3,92 24 192 0,95 0,69 1,76 69,07 4,11 25 200 0,90 0,66 1,76 70,80 4,20 26 208 0,95 0,68 1,76 69,21 4,07 27 220 0,90 0,63 1,76 69,31 4,02

B. Pengujian Dengan Jumlah Sudu 8.

Tabel 4.5. Data penelitian pada sudu 8 dengan kecepatan angin 7m/s.

  

No Beban Tegangan Arus Gaya Kec.Poros Kec.Angin

(watt) (volt) (ampere) (newton) (rpm) (m/s)

  1 8 0,25 0,04 0,98 18,18 6,50

  2 16 0,20 0,03 1,08 17,04 6,02

  3 24 0,20 0,04 0,98 19,33 6,22

  4 32 0,20 0,03 0,98 19,30 6,10

  5 40 0,20 0,04 1,08 19,40 6,39

  6 48 0,15 0,03 1,18 19,33 6,20

  7 56 0,20 0,05 1,08 19,38 6,40

  8 64 0,15 0,05 1,08 19,89 6,95

  9 72 0,15 0,05 1,08 16,18 6,32

  10 80 0,15 0,04 1,08 13,50 6,00

  11 88 0,15 0,04 0,98 10,40 5,79

C. Pengujian Dengan Jumlah Sudu 8 Bercelah.

Tabel 4.6. Data Penelitian Pada Sudu 8 Bercelah dengan Kecepatan Angin 6 m/s.

  

No Beban Tegangan Arus Gaya Kec.Poros Kec.Angin

(watt) (volt) (ampere) (newton) (rpm) (m/s)

  1 8 3,0 0,30 1,86 122,8 6,15

  2 16 2,5 0,52 2,06 114,8 6,08

  3 24 2,2 0,66 2,25 112,7 6,18

  4 32 2,0 0,76 2,24 108,0 5,99

  5 40 1,8 0,81 2,35 104,5 6,35

  6 48 1,9 0,80 2,35 108,1 6,21

  7 56 1,8 0,82 2,35 109,9 6,17

  8 64 1,8 0,82 2,35 109,2 6,12

  9 72 1,7 0,84 2,35 105,3 6,06

  10 80 1,7 0,89 2,35 107,3 6,14

  11 88 1,6 0,90 2,35 107,2 6,21

  12 96 1,5 0,89 2,35 99,8 6,01 13 104 1,6 0,89 2,35 106,9 6,29 14 112 1,6 0,90 2,35 104,9 6,13 15 120 1,6 0,90 2,35 103,1 6,06 16 128 1,6 0,91 2,35 101,9 6,21 17 136 1,5 0,92 2,35 102,9 5,94 18 144 1,5 0,93 2,35 101,0 5,94 19 152 1,4 0,97 2,35 104,4 6,00 20 160 1,4 0,96 2,35 101,4 6,07 21 168 1,4 0,95 2,35 102,9 5,99 22 176 1,3 0,94 2,35 101,4 6,10 23 184 1,3 0,95 2,35 100,6 6,11 24 192 1,2 0,93 2,35 101,1 6,13 25 200 1,2 0,94 2,35 101,0 5,96 26 208 1,2 0,70 2,35 102,7 6,15

Tabel 4.7. Data Penelitian Pada Sudu 8 Bercelah dengan Kecepatan Angin 5 m/s.

  

No Beban Tegangan Arus Gaya Kec.Poros Kec.Angin

(watt) (volt) (ampere) (newton) (rpm) (m/s)

  1 8 2,0 0,26 1,76 91,05 5,18

  2 16 1,5 0,44 1,96 85,82 5,18

  3 24 1,4 0,54 1,96 85,74 5,30

  4 32 1,2 0,57 1,96 83,88 5,38

  5 40 1,2 0,60 2,01 80,28 5,01

  6 48 1,0 0,60 2,06 75,42 5,33

  7 56 1,0 0,62 2,06 78,66 5,44

  8 64 1,0 0,64 2,06 80,48 5,30

  9 72 1,0 0,65 2,06 76,93 5,23

  10 80 1,0 0,63 2,06 76,36 5,06

  11 88 1,0 0,67 2,06 81,25 5,46

  12 96 1,0 0,65 2,06 79,15 5,27 13 104 1,0 0,66 2,10 81,13 5,46 14 112 1,0 0,68 2,10 82,69 5,51 15 120 1,0 0,70 2,10 79,20 5,28 16 128 1,0 0,69 2,15 82,50 5,30 17 136 1,0 0,67 2,15 77,72 5,41 18 144 1,0 0,68 2,15 73,81 5,10 19 152 0,9 0,67 2,15 75,62 5,24 20 160 0,9 0,69 2,15 77,10 5,34 21 168 0,9 0,69 2,15 80,71 5,32 22 176 0,9 0,68 2,15 76,15 5,14 23 184 0,9 0,68 2,15 79,10 5,35 24 192 0,9 0,69 2,15 75,20 5,10 25 200 0,9 0,69 2,15 75,46 5,28 26 208 0,9 0,70 2,15 76,12 5,32 27 220 0,9 0,70 2,15 77,83 5,26

Tabel 4.8. Data Penelitian Pada Sudu 8 Bercelah dengan Kecepatan Angin 4 m/s.

  

No Beban Tegangan Arus Gaya Kec.Poros Kec.Angin

(watt) (volt) (ampere) (newton) (rpm) (m/s)

  1 8 1,2 0,18 1,47 55,79 4,08

  2 16 1,1 0,18 1,47 54,25 4,10

  3 24 1,1 0,17 1,47 51,36 4,13

  4 32 0,9 0,19 1,47 50,40 4,04

  5 40 0,9 0,20 1,47 49,01 4,20

  6 48 0,9 0,22 1,47 48,19 4,12

  7 56 0,9 0,22 1,47 49,74 4,36

  8 64 0,9 0,23 1,47 50,24 4,41

  9 72 0,9 0,25 1,47 51,12 4,25

  10 80 0,9 0,25 1,47 51,08 4,27

  11 88 0,9 0,25 1,47 50,80 4,30