UNJUK KERJA KINCIR AIR SAVONIUS POROS ...Kincir air Savonius. yang digunakan bertipe poros horizontal dengan 4 sudu. Spesifikasi kincir adalah panjang kincir (H) 1,85m dan diameter

i

UNJUK KERJA KINCIR AIR SAVONIUS POROS

HORIZONTAL EMPAT SUDU DENGAN

VARIASI SUDUT DEFLEKTOR

Tugas Akhir

Untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan Oleh :

YESA ANUGERA

NIM : 155214112

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2019

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

PERFORMANCE OF THE FOUR BLADES HORIZONTAL

SAVONIUS WATER TURBINE WITH VARIATION OF

ANGLE DEFLECTOR

Final Project

Presented as fulfillment of the Requirements As to obtain the Sarjana Teknik

Degrees in Mechanical Engineering Study Programs

Presented by :

YESA ANUGERA

155214112

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

FACULTY OF SAINS AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2019






vii

Abstrak

Salah satu jenis dari energi terbarukan adalah energi air. Energi air dapat

diubah menjadi energi mekanik. Salah satu pemanfaatan energi air dengan

menggunakan kincir air Savonius. Penelitian ini mengkaji pengaruh deflektor

pada unjuk kerja kincir air Savonius dialiran selokan mataram.

Metode yang dipakai adalah metode eksperimental. Kincir air Savonius

yang digunakan bertipe poros horizontal dengan 4 sudu. Spesifikasi kincir adalah

panjang kincir (H) 1,85m dan diameter kincir 0,7m. Penelitian ini menggunakan

sebuah deflektor yang divariasi sudut deflektornya dengan kemiringan 30°, 45°,

dan 60°.

Berdasarkan hasil penelitian, dengan meningkatkan sudut deflektor akan

meningkatkan nilai koefisien daya, koefisien torsi, putaran kincir dan daya listrik.

Pada sudut deflektor 60° menghasilkan unjuk kerja terbaik, dengan rincian

Koefisien daya (Cp) 0.638 pada Tip Speed Ratio ( TSR) 1.856, Koefisien torsi

(Cm) 0.404 pada Tip Speed Ratio (TSR) 1.418, dan daya (P) 94.617 watt pada

kecepatan putaran poros Savonius sebesar 27.579 rpm.


viii

Abstract

One type of renewable energy is hydropower. Hydropower can converted

into mechanical energy. Utilization of water energy can use a Savonius

waterwheel. This study will discuss the effect of deflector at performance

produced by the Savonius waterwheel in the stream of the Mataram sewers.

The method used was an experimental method. Savonius waterwheel used

is a horizontal shaft type with 4 blades. The Savonius waterwheel has the length

(H) 1.85m and the wheel diameter 0.7m. A deflector is used and installed on

varying angle direction. This study uses a deflector which in the deflector angle

variations is 30°, 45°, and 60°.

Based on the results of this study, increasing angles of deflector will

increase the coefficient of power, coefficient of torque, rotation of rotor, and

electricity power. At the 60° deflector angle it produces the best performance,

with details Power coefficient (Cp) 0.638 on Tip Speed Ratio (TSR) 1,856,

Torque Coefficient (Cm) 0.404 on Tip Speed Ratio (TSR) 1,418, and power (P)

94,617 watts at Savonius shaft rotation speed of 27,579 rpm


ix

Kata Pengantar

Tugas Akhir ini dapat penulis selesaikan berkat bantuan, dukungan, dan

nasehat dari berbagai pihak, maka pada kesempatan ini perkenankanlah penulis

mengucapkan terima kasih kepada:

1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D. selaku dekan dari Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma.

2. Ir. PK. Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas

Sanata Dharma.

3. Stefan Mardikus, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing akademik.

4. RB. Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si., selaku dosen pembimbing Tugas Akhir.

5. Segenap dosen dan laboran program studi Teknik Mesin Universitas Sanata

Dharma.

6. Orang tua, kakak, serta seluruh saudara – saudara penulis yang telah memberi

semangat, dukungan materi, dan nasehat kepada penulis.

7. Segenap staf dan karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata

Dharma.

8. Yosias Erastus P, dan Daniel Wibowo selaku teman sekelompok pengerjaan

Tugas Akhir.

9. Semua teman – teman mahasiswa program studi Teknik Mesin Universitas

Sanata Dharma, serta semua pihak yang penulis tidak bisa sebutkan satu per

satu terima kasih penulis ucapkan atas semua bantuannya.

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena berkat

rahmat karuniaNya penulis bias menyelesaikan penulisan Tugas Akhir yang

berjudul, “UNJUK KERJA KINCIR AIR SAVONIUS POROS HORIZONTAL

EMPAT SUDU DENGAN VARIASI SUDUT DEFLEKTOR” dengan baik.

Tugas Akhir merupakan salah satu persyaratan wajib untuk menperoleh

gelar Sarjana Teknik Mesin, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains

dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.



xi

DAFTAR ISI

Halaman Judul ....................................................................................................... i

Title Page ............................................................................................................... ii

Pengesahan Dosen Pembimbing ......................................................................... iii

Pengesahan Dewan Penguji ................................................................................ iv

Pernyataan Keaslian Tugas Akhir ...................................................................... v

Lembar Pernyataan Persetujuan Publikasi ..................................................... vi

Abstrak ................................................................................................................. vii

Abstract ............................................................................................................... viii

Kata Pengantar .................................................................................................... ix

Daftar Isi ............................................................................................................... xi

Daftar Gambar ................................................................................................... xiii

BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1

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

1.2 Identifikasi Masalah ..................................................................................... 3

1.3 Rumusan Masalah ........................................................................................ 3

1.4 Batasan Masalah .......................................................................................... 3

1.5 Tujuan dan Manfaat ..................................................................................... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI ............................ 5

2.1 Tinjauan Pustaka .......................................................................................... 5

2.2 Landasan Teori ............................................................................................. 7

2.2.1. Energi Air ..................................................................................................... 7

2.2.2. Pemanfaatan Energi Air ............................................................................... 7

2.2.3. Jenis-Jenis Kincir Air ................................................................................... 8

2.2.4. Kincir Air Savonius ..................................................................................... 9

2.2.5. Prinsip Kerja Savonius ................................................................................. 9

2.2.6. Rumus Penghitungan ................................................................................. 10

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ......................................................... 14


xii

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

3.2. Diagram Alir Penelitian ............................................................................. 16

3.3. Peralatan Penelitian .................................................................................... 17

3.3.1. Kincir air .................................................................................................... 17

3.3.2. Alat Pengambilan Data .............................................................................. 20

3.4. Langkah Penelitian ..................................................................................... 22

3.5. Variabel Penelitian ..................................................................................... 23

3.6. Analisis Data .............................................................................................. 24

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................... 26

4.1 Hasil Pengambilan Data ............................................................................. 26

4.2 Pengolahan Data ........................................................................................ 28

4.2.1. Perhitungan Data ........................................................................................ 28

4.2.2. Hasil Pengolahan Data ............................................................................... 32

4.3 Grafik Pengolahan Data ............................................................................. 33

4.3.1. Grafik Hubungan Jumlah Beban Lampu vs Putaran Kincir ...................... 34

4.3.2. Grafik Hubungan Jumlah Beban Lampu vs Daya Elektrik. ...................... 36

4.3.3. Grafik Hubungan Tip Speed Ratio (TSR) dan Koefisien Daya (Cp) ......... 38

4.3.4. Grafik Hubungaan Tip Speed Ratio (TSR) vs Koefisien Torsi (Cm) ........ 39

4.4 Perbandingan Hasil Penelitian ................................................................... 41

BAB V KESIMPULAN ..................................................................................... 43

5.1 Kesimpulan ................................................................................................ 43

5.2 Saran .......................................................................................................... 44

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 45

LAMPIRAN ......................................................................................................... 46


xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1: Rotor Savonius Dengan Gaya Drag .................................................. 9

Gambar 3. 1: Skema kincir air Savonius................................................................ 15

Gambar 3. 2: Diagram Alir Penelitian ................................................................... 16

Gambar 3. 3: Ukuran kerangka kincir air .............................................................. 17

Gambar 3. 4: Ukuran sudu kincir air ..................................................................... 18

Gambar 3. 5: Ukuran-ukuran poros kincir ............................................................. 18

Gambar 3. 6: Struktur (a) Aliran Air, (b) Deflektor, (c) Kincir Air ...................... 19

Gambar 3. 7: Multimeter ........................................................................................ 21

Gambar 3. 8: Current Velocity Meter .................................................................... 21

Gambar 3. 9: Pembebanan lampu .......................................................................... 22

Gambar 3. 10: Variasi Sudut Deflektor ................................................................. 24

Gambar 4. 1: Grafik Hubungan Jumlah Beban Lampu dengan Putaran Kincir .... 34

Gambar 4. 2: Grafik Hubungan Jumlah Beban Lampu dengan Daya Elektrik...... 36

Gambar 4. 3: Grafik Hubungan Tip Speed Ratio dengan Koefisien Daya ............ 38

Gambar 4. 4: Grafik Hubungan Tip Speed Ratio dengan Koefisien Torsi ............ 40

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 : Pengambilan data rata-rata pada sudut 30° .......................................... 26



Tabel 4.4 : Pengolahan data untuk sudut 30° ......................................................... 32



Tabel 4.7 : Perbandingan dimensi alat ................................................................... 41

Tabel 4.8 : Tabel hasil penelitian referensi ............................................................ 42

Tabel 4.9 : Hasil penelitian penulis ........................................................................ 42


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada saat ini, ketergantungan Indonesia terhadap energi fosil terutama

minyak bumi menimbulkan kekhawatiran mengingat energi tersebut bukan energi

yang terbarukan. Dengan tingkat eksploitasi yang dilakukan saat ini tanpa

penemuan cadangan baru yang signifikan serta kapasitas kilang yang cenderung

stagnan akan menyebabkan jumlah cadangannya di dalam negeri semakin

menipis. Untuk itu, pemerintah dituntut untuk dapat memenuhi kebutuhan listrik

masyarakat dengan menggunakan energi-energi baru dan terbarukan, karena

menurut penelitian sumber-sumber energi terbarukan inilah yang juga mampu

mengatasi masalah perubahan iklim yang terjadi dibelahan bumi manapun.

Energi terbarukan memiliki pengertian yaitu sumber energi yang cepat

dipulihkan kembali. Indonesia sebenarnya memiliki banyak sekali sumber daya

energi terbarukan yang dapat eksplor. Sumber energi terbarukan yaitu energi non

fosil yang berasal dari alam dan dapat diperbaharui juga bila dikelola dengan baik.

Energi terbarukan sendiri antara lain energi surya fotovoltaik, energi surya termal,

energi biomasa / biogas, energi bioetanol, energi biodiesel, energi panas bumi,

energi samudera (energi panas laut, energi pasang surut, dan energi gelombang),

energi angin, energi nuklir, dan energi air.


2

Energi air dapat dimanfaatkan dan ditransformasikan menjadi energi

karena air memiliki masa dan memiliki kecepatan aliran. Dengan dua persyaratan

ini terpenuhi maka gerakan air tersebut mampu diubah menjadi bentuk energi

yang lain. Bahkan karena masa jenis air yang cukup besar maka pergerakan

lambat yang dibentuk oleh air pun memiliki energi yang besar. Pemanfaatan

energi air dapat menggunakan kincir air. Ada kincir air yang memiliki poros

penggerak vertikal, namun ada juga kincir air yang memiliki poros horizontal.

Tipe kincir air yang umum digunakan adalah kincir air Savonius. Kincir

air ini merupakan kincir yang dapat bekerja pada aliran air yang memiliki

kecepatan yang rendah sehingga mampu dimanfaatkan sebagai penghasil energi.

Dengan kecepatan aliran air yang rendah kincir air ini sudah dapat bekerja tanpa

bantuan tenaga dari luar sehingga kincir air ini dapat beroperasi pada aliran –

aliran sungai kecil maupun selokan. Selain itu kincir air Savonius merupakan

kincir air yang memiliki desain yang sederhana.

Berdasarkan penjelasan di atas, penulis ingin melakukan sebuah penelitian

tentang kinerja kincir air. Penelitian tentang kincir air yang penulis lakukan

membahas mengenai pengaruh deflektor terhadap unjuk kerja yang dihasilkan

oleh kincir air tipe Savonius. Kincir air Savonius yang digunakan menggunakan

poros horizontal dengan memvariasi sudut pengarah aliran.


3

1.2 Identifikasi Masalah

Kincir air Savonius dapat bekerja pada sumber air selokan yang memiliki

kecepatan aliran yang rendah. Berdasarkan penelitian terdahulu, dibutuhkan

penambahan deflektor pada kincir agar kecepatan aliran menjadi lebih cepat dan

hambatan pada kincir berkurang sehingga akan meningkatkan nilai daya elektrik

(watt), Koefisien Daya (Cp), Koefisien Torsi (Cm), dan Tip Speed Ratio (TSR).

1.3 Rumusan Masalah

Dengan menggunakan energi aliran selokan yang berkecepatan rendah dan

menggunakan 4 sudu, maka diketahui:

1) Bagaimana pengaruh sudut deflektor terhadap kecepatan putar poros kincir?

2) Bagaimana pengaruh sudut deflektor terhadap daya listrik yang dihasilkan?

3) Bagaimana pengaruh sudut deflektor terhadap nilai Cm vs TSR?

4) Bagaimana pengaruh sudut deflektor terhadap perbandingan nilai CP vs TSR?

1.4 Batasan Masalah

Pada pengujian kincir air savonius pastinya banyak faktor yang

mempengaruhi performa dari kincir air Savonius. Pada penelitian ini, faktor-faktor

tersebut dibatasi sebagai berikut:

1) Kecepatan aliran air dianggap konstan.

2) Sudu kincir yang digunakan mengunakan 4 sudu.

3) Jumlah pengarah aliran yang digunakan hanya 1 buah.

4) Panjang pengarah aliran konstan.


4

5) Variasi sudut pengarah aliran yang digunakan adalah 30°, 45°, dan 60°.

6) Pembebanan yang digunakan pada kincir air menggunakan pembebanan

lampu.

1.5 Tujuan dan Manfaat

Tujuan dari penelitian ini adalah:

1) Untuk mengetahui pengaruh pembebanan terhadap putaran kincir.

2) Untuk mengetahui pengaruh pembebanan terhadap daya listrik yang

dihasilkan.

3) Untuk mengetahui pengaruh deflektor terhadap perbandingan nilai Koefisien

Torsi (Cm) vs Tip Speed Ratio (TSR).

4) Untuk mengetahui bagaimana pengaruh variasi sudut deflektor terhadap

perbandingan nilai CP vs TSR.

Manfaat dari penelitian ini adalah:

1) Dapat mengetahui unjuk kerja yang dihasilkan kincir bila menggunakan

beberapa variasi deflektor.

2) Mengetahui variasi deflektor terbaik yang digunakan pada kincir air.

3) Dapat menjadi acuan untuk penelitian lebih lanjut tentang kincir air Savonius

poros horizontal.


5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Ari Prasetyo, Budi Kristiawan, dll, pada 2018 melakukan penelitian

tentang “The Effect of Deflector Angle in Savonius Water Turbine with Horizontal

Axis on the Power Output of Water Flow in Pipe”. Pada penelitian tersebut

mencari pengaruh variasi sudut deflektor terhadap daya yang dihasilkan oleh

turbin air Savonius. Pada penelitian menggunakan variasi tanpa dan dengan

menggunakan deflektor. Variasi sudut deflektor yang digunakan adalah 20°, 30°,

40° dan 50°. Desain sudu turbin menggunakan 5 buah sudu, sudu yang digunakan

tidak berbentuk setengah lingkaran sempurna melainkan menggunakan kurva

sudut 70°. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa turbin yang dilengkapi

dengan deflektor 30º memiliki kinerja turbin paling optimal dengan output daya

18,04 Watt, TSR 1,12 dan koefisien daya 0,127.

Reza Abadi Permana melakukan penelitian pada 2018 yang berjudul

“Kincir Air Poros Vertikal Tipe Savonius Dua Sudu Terbuka Dengan

Menggunakan Deflektor”. Pada penelitian tersebut digunakan kincir air Savonius

dengan menggunakan dua sudu terbuka dengan e = e’ ≠ 0 dengan aspect ratio (α)

adalah 1, overlap ratio (β) adalah 0.25, tinggi rotor (H) adalah 0.1 m diameter

rotor (D) adalah 0.1 m, diameter sudu (d) adalah 0.05588 m, dan dengan

kecepatan air 0.75 m/s, 0.9 m/s, dan 1.1 m/s didalam saluran air buatan. Hasil

penelitian yang didapat adalah semua nilai tertinggi selalu terdapat dapat

penggunaan deflektor, nilai tertinggi koefisien daya (Cp) sebesar 0.715 dengan


6

nilai TSR sebesar 0.789 pada kecepatan aliran air 0.75m/s, hasil tertinggi nilai

koefisien torsi (Cm) adalah 1.256 dengan nilai Tip Speed Ratio (TSR) sebesar

0.230 pada kecepatan air 0.75m/s. Hasil tertinggi pada torsi (T) adalah 0.215Nm

dengan kecepatan putaran (rpm) 32 pada kecepatan air 1.1m/s, dan hasil teringgi

pada daya (P) adalah 1.664 watt dengan kecepatan putar (rpm) 108 pada

kecepatan aliran air 1,1m/s.

Kailash Golecha, T.I. Eldho, S.V.Prabhu pada 2012 melakukan penelitian

tentang “Performance Study of Modified Savonius Water Turbine with Two

Deflector Plates”. Pada percobaan tersebut menggunakan turbin air Savonius

horizontal dengan diameter 245 milimeter dan tinggi 170 milimeter. Konfigurasi

dengan dua pengarah yang digunakan pada percobaan tersebut adalah satu

pengarah dengan sudut yang tetap dan satu pengarah yang dapat diubah – ubah.

Pada pengarah yang sudutnya dapat diubah digunakan 8 konfigurasi yang

berbeda. Dari percobaan yang telah dilakukan, didapatkan jika Cp maksimum dari

turbin Savonius tersebut diperoleh pada konfigurasi dengan sudut sebesar 50° dan

jarak 1.8 kali jari – jari dari sumbu turbin air tersebut. Selain itu jika dibandingkan

dengan satu pengarah dan tanpa pengarah pada keadaan Cp maksimum, turbin

dengan dua pengarah aliran mendapatkan nilai yang lebih tinggi pada TSR dan

koefisien torsinya.


7

2.2 Landasan Teori

2.2.1. Energi Air

Energi air adalah salah satu bentuk energi terbarukan yang ada di

Indonesia. Energi terbarukan merupakan sumber energi yang selalu tersedia dan

terus diperbarui keberadaannya. Terdapat macam-macam energi terbarukan

seperti energi air, energi angin, energi surya, dll. Indonesia memiliki potensi

energi air yang besar karena merupakan negara kepulauan sehingga memiliki

ketersediaan air yang melimpah baik berupa sungai, danau, maupun laut.

Energi yang terkandung dalam aliran air yang mengalir tanpa adanya

perbedaan ketinggian adalah energi kinetik. Energi kinetik adalah energi yang

dihasilkan apabila adanya laju aliran fluida dengan masa yang mengalir dengan

kecepatan tertentu, persamaan energi kinetik dapat dirumuskan sebagai berikut:

𝐸𝐾 =1

2 𝑚 𝑈2 (1)

Dengan:

EK= Energi Kinetik (𝑘𝑔 𝑚2

𝑠2 = joule).

m = masa air (Kg)

U = kecepatan aliran (𝑚𝑠⁄ )

2.2.2. Pemanfaatan Energi Air

Sebagai salah satu energi terbarukan, energi air dapat dimanfaatkan

sebagai bentuk energi lain untuk menunjang kegiatan masyarakat. Sebelum


8

digunakan menjadi salah satu sumber energi terbarukan, tenaga air digunakan

secara sederhana untuk hanya dimanfaatkan sebagai jalur pengiriman batang –

batang kayu untuk mempermudah distribusi batang kayu hasil pemotongan,

kemudian air dimanfaatkan menjadi penggerak mesin – mesin sederhana seperti

pemotong kayu, pemintal benang, penggiling gandum, dan lain sebagainya.

Umumnya turbin digunakan untuk membangkitkan energi listrik sedangkan kincir

untuk pemanfaatan energi mekanik secara langsung.

2.2.3. Jenis-Jenis Kincir Air

Kincir air merupakan sarana untuk merubah energi air menjadi energi

mekanik berupa torsi pada poros kincir. Ada beberapa tipe kincir air yang

biasanya digunakan dalam pemanfaatan energi air, bila berdasarkan arah tubrukan

aliran air ada 3 jenis yang biasanya digunakan, yakni:

a. Tipe Overshot

b. Tipe Breastshot

c. Tipe Undershot

Bila berdasarkan bentuk sudu, kincir air dapat digolongkan menjadi beberapa tipe,

antara lain :

a. Tipe sudu datar

b. Tipe sudu mangkok

c. Tipe Savonius


9

2.2.4. Kincir Air Savonius

Kincir air Savonius merupakan salah satu jenis kincir yang biasa

digunakan untuk mengonversi energi dari fluida yang bergerak. Pada awalnya

kincir ini diciptakan oleh Sigurd Johannes Savonius pada tahun 1922. Kincir tipe

ini dibuat dengan lebih mempertimbangkan keandalan, kemudahan konstruksi,

dan harga daripada mempertimbangkan efisiensi yang dihasilkan. Selain itu kincir

jenis Savonius ini merupakan kincir yang beroperasi pada kecepatan rendah

sehingga dapat digunakan pada jenis fluida air juga. Selain itu, kincir Savonius

juga memiliki bentuk konstruksi yang tidak rumit sehingga dalam proses

pembuatan dan perakitan tidak terlalu mengalami kesulitan.

2.2.5. Prinsip Kerja Savonius

Gambar 2. 1: Rotor Savonius Dengan Gaya Drag

(Sumber : Frederikus W, 2014, hal. 299)

Prinsip kerja kincir Savonius adalah sudu kincir Savonius yang pada

dasarnya berbentuk setengah lingkaran dipasangkan secara berlawanan. Sebagai

jenis kincir yang paling sederhana, kincir Savonius bekerja karena perbedaan gaya


10

yang diberikan pada setiap sudu. Pada sudu bagian cekung akan menangkap gaya

dorong dari fluida dengan besar lalu gaya dorong itu akan mendorong sudu

berputar melingkari sudu porosnya. Sedangkan pada bagian sudu yang cembung,

gaya dorong fluida lebih sedikit karena saat fluida mengarah ke sisi cembung

maka fluida sebagian akan mengarah ke sisi cekung dan lainnya akan mengarah

ke sisi luar sudu cembung. (gambar 2.1)

2.2.6. Rumus Penghitungan

Besarnya tenaga air yang tersedia pada aliran yang digunakan untuk

menggerakkan kincir air Savonius ini bergantung pada beberapa faktor.Berikut

adalah beberapa parameter yang digunakan dalam perhitungan;

a) Luas penampang frontal

Adalah nilai koefisien proyeksi kincir yang menghadap arah datangnya

aliran air. Persamaan yang digunakan:

𝐴 = 𝐻 × 𝐷 (2)

Keterangan:

H = Tinggi rotor Savonius

D = Diameter rotor Savonius

b) Kecepatan sudut

Kita juga dapat menentukan kecepatan sudut dari kincir air berdasarkan

kecepatan poros kincir dengan menggunakan persamaan:


11

𝜔 =2 𝜋 𝑛

60 (3)

Keterangan:

ω = Kecepatan sudut

n = kecepatan poros kincir air

c) Daya kincir air

Daya kincir air dapat diukur menggunakan nilai daya elektrik. Daya

elektrik dapat diukur menggunakan nilai tegangan dan kuat arus yang dihasilkan

oleh generator.

𝑃𝑒 = 𝑉 × 𝐼 (4)

Bisa juga dengan menggunakan perssamaan berikut:

𝑃𝑒 = 𝑇 × 𝜔 (5)

Dimana,

V = Tegangan listrik

I = Kuat arus listrik

d) TSR (Tip Speed Ratio)

TSR pada turbin/kincir air adalah rasio antara kecepatan linier pada ujung

sudu dan kecepatan aktual dari aliran air yang yang melewati sudu kincir air.

Persamaannya:

𝑇𝑆𝑅 =𝜔 𝐷

2 𝑈 (6)

U = kecepatan aliran


12

e) Daya air

Daya air adalah daya yang terdapat dalam aliran air yang dapat memutar

kincir air. Daya air dapat dicari dengan persamaan:

𝑃𝑎 = 0,5 𝜌 𝐴 𝑈3 (7)

Keterangan:

ρ = masa jenis air

A = luas penampang frontal

f) Torsi

Menurut (Victor.L, 1996), rumus untuk mendapatkan torsi dapat diketahui

dengan persamaan:

𝑇 = 𝐹 × 𝑟 (8)

Untuk mencari nilai torsi bisa juga dengan menggunakan persamaan lainnya,

yaitu:

𝑇 =𝑃𝑒

𝜔 (9)

Dengan:

T = Torsi kincir air

Pe = Daya listrik


13

g) Koefisien Torsi (Cm)

Koefisien torsi adalah perbandingan antara nilai torsi yang dihasilkan

kincir dengan nilai torsi pada saat aliran air menabrak kincir.

Nilai koefisien torsi dapat dirumuskan sebagai berikut:

𝐶𝑚 =𝑇

1

4 𝜌 𝐴𝑠 𝐷 𝑈2

(10)

h) Koefisien daya (Cp)

Koefisien daya (Cp) nilai perbandingan antara daya yang dihasilkan oleh

kincir air dengan daya yang dimiliki oleh air yang melewati kincir tersebut.

Persamaannya:

𝐶𝑝 =𝑃𝑒

𝑃𝑎 (11)

Dimana,

Pe = Daya elektrik yang dihasilkan kincir

Pa = Daya aliran air


14

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1.Penelitian

Pada penelitian ini, metode yang dipakai adalah metode eksperimen.

Eksperimen ini dilakukan dengan membuat alat berupa kincir air tipe Savonius.

Kincir Savonius yang diteliti memiliki dimensi panjang horizontal (H) 1,85m dan

diameter (D) vertikal 0,7m dengan menggunakan 4 sudu. Pada penelitian ini

mengkaji pengaruh variasi sudut deflektor pada unjuk kerja kincir Savonius.

Deflektor yang digunakan hanya 1, yaitu deflektor yang dipasang pada bagian

bawah kerangka kincir. Sudut dari deflektor yang digunakan memiliki kemiringan

sudut 30°, 45°, dan 60°.

Lokasi yang digunakan sebagai penelitian adalah saluran air terbuka pada

aliran Selokan Mataram. Selokan pada lokasi ini dipilih karena pada dasar selokan

memiliki permukaan datar sehingga akan cocok dengan bentuk rangka. Lebar

selokan pada lokasi adalah 3 meter dengan kedalaman air berkisar antara 0.8

sampai 1 meter. Saat penelitian, kincir ditenggelamkan sampai dasar sungai

sehingga semua bagian rotor kincir terendam sepenuhnya dengan kecepatan air

diharapkan konstan (Gambar 3.1).

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui besaran daya elektrik

yang dihasilkan (watt), Koefisien Daya (Cp), Koefisien Torsi (Cm), dan Tip Speed

Ratio (TSR) bila menggunakan variasi deflektor.


15

a. Generator

b. Multimeter

c. Transmisi

d. Sudu kincir

e. Deflektor

f. Tongkat ukur

g. Velocity meter

Gambar 3. 1: Skema kincir air Savonius


16

3.2.Diagram Alir Penelitian

Pada proses persiapan materi hingga pengerjaan alat dan bahan dapat

diketahui dengan menggunakan diagram alir dibawah ini (Gambar 3.2):

Gambar 3. 2: Diagram Alir Penelitian


17

3.3. Peralatan Penelitian

3.3.1. Kincir air

Untuk bagian – bagian utama dari kincir air Savonius adalah kerangka,

sudu, poros, tranmisi dan generator. Berikut merupakan bagian-bagian dari kincir

air Savonius yang menjadi objek penelitian:

a) Kerangka Kincir

Gambar 3. 3: Ukuran kerangka kincir air

Kerangka kincir yang digunakan terbuat dari besi siku berukuran 50 x 50 x

4 mm. Besi siku yang digunakan dirangkai dengan 2 cara, yaitu di las dan di baut.

Sedangkan pada besi siku yang digunakan sebagai penumpu poros menggunakan

besi siku berukuran 70 x 70 x 5 mm (Gambar 3.3).


18

b) Kincir Savonius

Gambar 3. 4: Ukuran sudu kincir air

Material yang digunakan pada kincir Savonius terbuat dari plat besi. Plat

besi yang digunakan dengan menggunakan water jet dan proses pembuatan sudu

dibuat dengan proses rolling. Spesifikasi sudu kincir memiliki panjang horizontal

(H) 1,85m dengan diameter kincir 0,7m. Pada pembuatan sudu menggunakan plat

besi dengan ketebalan 3mm dan plat besi pada penopang samping sudu

menggunakan plat besi dengan tebal 5mm.

c) Poros kincir air

Gambar 3. 5: Ukuran-ukuran poros kincir


19

Poros kincir air ini berasal dari poros pejal yang memiliki diameter paling

besar 4 cm dan memiliki panjang total 2,25 meter. Poros yang digunakan

memiliki perbedaan diameter karena diameter poros 4 cm digunakan untuk kincir,

sedangkan diameter 35 cm digunakan untuk tranmisi. Poros berfungsi sebagai

tumpuan putaran kincir air yang nantinya dihubungkan dengan tranmisi dan

disalurkan ke generator (Gambar 3.5).

d) Deflektor

Gambar 3. 6: Struktur (a) Aliran Air, (b) Deflektor, (c) Kincir Air

Deflektor merupakan bagian dari kincir air yang digunakan untuk

mengarahkan air ke sisi cekung pada kincir Savonius. Deflektor yang digunakan

dibuat dari plat besi yang pada bagian ujung atas akan disambungkan ke kerangka

kincir dan pada bagian bawah diberi penopang agar kuat menahan arus air.

e) Tranmisi

Tranmisi pada penelitian ini digunakan untuk mengantarkan putaran turbin

air ke generator listrik. Tranmisi yang dipakai menggunakan 2 tingkat dengan


20

nilai rasio (i) 7,2 dengan menggunakan gir, pinion dan rantai. Tranmisi yang

digunakan (gir, rantai, pinion) merupakan tranmisi sepeda karena jika

menggunakan tranmisi gir dan pinion motor, nilai (i) yang tersedia sudah tetap

dan tidak bisa memilih sendiri nilai rasio yang diinginkan. Tranmisi dengan

menggunakan rantai bertujuan dapat mengurangi slip yang terjadi dan penggunaan

gir dan rantai dinilai lebih baik jika dibandingkan dengan pulli dan belt.

f) Generator Listrik

Generator yang digunakan pada penelitian bertujuan untuk

mengkonversikan energi mekanik menjadi aliran listrik. Generator yang

digunakan merupakan generator sepeda listrik dengan keluaran listrik 3 fase. Pada

saat kincir bekerja, generator akan terhubung dengan rangkaian lampu

pembebanan

3.3.2. Alat Pengambilan Data

Dalam pengambilan data, ada beberapa alat yang digunakan untuk

mendapat data pengujian. Alat yang digunakan saat pengujian sebagai berikut:

a. Takometer

Takometer merupakan alat yang gunakan untuk mengukur kecepatan putar

generator. Cara penggunaannya dengan menempelkan magnet terlebih dulu ke

poros yang berputar, selanjutnya kabel takometer diarahkan ke poros yang

terdapat magnet yang berputar.


21

b. Multimeter

Gambar 3. 7: Multimeter

Multimeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besarnya

kelistrikan yang dihasilkan. Multimeter akan disambungkan ke beban lampu agar

dapat mengatahui besarnya tegangan dan arus listrik saat tanpa beban maupun

pada saat pembebanan.

c. Current Velocity Meter

Gambar 3. 8: Current Velocity Meter


22

Current Velocity Meter merupakan peralatan yang digunakan untuk

mengukur besarnya arus air yang akan melewati turbin. Alat ini dipasang didepan

kerangka kincir.

d. Stopwatch

Stopwatch digunakan untuk menghitung lama waktu pada saat

pengambilan data. Pengambilan data dilakukan selama 2 menit.

e. Beban lampu

Gambar 3. 9: Pembebanan lampu

Pembebanan yang digunakan pada penelitian ini menggunakan

pembebanan elektrik, yaitu dengan menggunakan beban lampu. Lampu yang

digunakan berjumlah 10 lampu dengan spesifikasi 1 lampu = 24 volt & 10 watt.

3.4.Langkah Penelitian

Didalam melakukan penelitian ini ada beberapa langkah yang harus

dilakukan dalam melakukan penelitian dan pengambilan data, yaitu :


23

1) Penelitian akan diawali dengan membuat desain alat sesuai dengan gambar

3.1.

2) Melakukan set up sudut deflektor, kemudian kincir dimasukkan ke aliran air

sungai.

3) Menyambungkan rangkaian kabel generator, beban lampu, dan multimeter.

4) Menyiapkan stopwatch dan takometer elektrik.

5) Memasang Current Velocity Meter pada jalur aliran air untuk mencatat

kecepatan aliran.

6) Setelah semua terpasang, segera melakukan pengambilan data terhadap

parameter-parameter penelitian. Pengambilan data dilakukan sebanyak 3 kali

sesuai dengan banyaknya variasi deflektor.

7) Pengambilan data dilakukan selama 2 menit per pembebanan.

8) Setelah selesai, set up alat pengukuran dibongkar dan kincir dinaikkan ke atas

permukaan air.

9) Data parameter-parameter yang telah didapatkan segera diolah sehingga dapat

data daya elektrik (Pe), koefisien torsi (Cm), koefisien daya (Cp), dan Tip

Speed Ratio (TSR).

3.5.Variabel Penelitian

Pada penelitian ini, kincir air akan dipasang sudu dengan jumalah 4 sudu,

variabel penelitian lainnya adalah dengan variasi deflektor. Pengukuran sudut

deflektor diukur dari bagian tengah kerangka seperti pada gambar 3.8. Deflektor

akan dipasang pada bagian bawah kerangka alat, dengan jumlah variasi deflektor

ada 3 yaitu :


24

a. Sudut 30°

b. Sudut 45°

c. Sudut 60°

Gambar 3. 10: Variasi Sudut Deflektor

3.6.Analisis Data

Parameter-parameter yang perlu dicatat selama pengambilan data adalah

sebagai berikut:

1. Kecepatan aliran air (m/s2)

2. Putaran poros generator (rpm)

3. Besaran tegangan listrik (voltase)

4. Kuat arus listrik (ampere)

Dari beberapa parameter yang telah di disebutkan diatas nantinya data

yang dihasilkan dapat dianalisa untuk dapat mengetahui unjuk kerja kincir,


25

beberapa data yang diharapkan dapat diketahui melalui analisa adalah sebagai

berikut:

1. Koefisien torsi (Cm)

2. Koefisien daya (Cp)

3. Putaran poros kincir (rpm)

4. Nilai Tip Speed Ratio (TSR)

5. Pengaruh sudut deflektor

Saat proses analisa data, data yang sudah didapatkan kemudian diolah agar

dapat diketahui unjuk kerja dari alat dan nantinya hasil analisa akan diberikan

dengan sebuah tabel dan grafik.


26

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengambilan Data

Setelah melakukan beberapa kali pengujian pengambilan data, akhirnya

didapatkan beberapa data yang dicatat dari alat ukur yang meliputi pengukuran

tegangan listrik yang dihasilkan generator, arus listrik yang dihasilkan generator,

kecepatan putaran poros generator, dan kecepatan arus air.

Data yang ditampilkan merupakan data rata-rata saat pembebanan. Data

yang ditampilkan saat takometer menunjukkan kecepatan putar generator dan

direkam. Data – data dari penelitian dibawah ini dengan variasi sudut deflektor

30°, 45°, dan 60° ditampilkan pada Tabel 4.1, Tabel 4.2, dan Tabel 4.3

Tabel 4.1 : Pengambilan data rata-rata pada sudut 30°

Beban

lampu

Putaran

generator

(Rpm)

Putaran

kincir

(Rpm)

Arus listrik

(ampere)

Tegangan

Listrik

(volt)

Kecepatan

Arus air

(m/s2)

1 222.86 30.952 2.745 27.479 0.64

2 202.67 28.148 3.383 23.427 0.63

3 182.67 25.370 3.963 20.540 0.63

4 166.67 23.148 4.439 17.687 0.64

5 157.33 21.852 4.707 15.527 0.63

6 142.86 19.841 5.029 13.450 0.63

7 134 18.611 5.333 11.887 0.63

8 123.33 17.130 5.535 10.467 0.64


27


Beban

lampu

Putaran

generator

(Rpm)

Putaran

kincir

(Rpm)

Arus listrik

(ampere)

Tegangan

Listrik

(volt)

Kecepatan

Arus air

(m/s2)

1 234.67 32.593 2.731 29.972 0.64

2 210.00 29.167 3.413 26.060 0.64

3 192.67 26.736 3.986 22.556 0.65

4 181.33 25.185 4.493 19.580 0.65

5 169.33 23.519 4.878 17.487 0.65

6 155.71 21.627 5.233 15.457 0.65

7 141.43 19.643 5.505 13.457 0.63

8 133.33 18.519 5.747 12.033 0.65


Beban

lampu

Putaran

generator

(Rpm)

Putaran

kincir

(Rpm)

Arus listrik

(ampere)

Tegangan

Listrik

(volt)

Kecepatan

Arus air

(m/s2)

1 240.00 33.333 2.808 30.606 0.62

2 219.33 30.463 3.467 26.373 0.60

3 198.67 27.579 4.113 23.007 0.62

4 185.33 25.741 4.608 19.627 0.62

5 172.00 23.889 4.972 17.520 0.61

6 158.67 22.037 5.404 15.680 0.65

7 146.67 20.370 5.487 13.680 0.63

8 140.77 19.551 5.835 12.385 0.63


28

4.2 Pengolahan Data

4.2.1. Perhitungan Data

Dari data yang telah diperoleh, kemudian data diolah kembali kedalam

bentuk grafik untuk mengetahui hubungan tentang koefisien torsi (Cm), koefisien

daya (Cp), daya elektrik yang dihasilkan generator dan nilai Tip Speed Ratio

(TSR) dengan variasi sudut deflektor. Data yang digunakan pada contoh diambil

dari Tabel 4.3 pada penggunaan deflektor 60° baris ke 1.

1) Putaran Kincir

Pada penelitian ini, putaran kincir tidak dapat diketahui karena bagian

kincir sepenuhnya berada pada kedalaman air sehingga tidak bisa diukur dengan

pasti. Kecepatan putaran kincir dapat diketahui dengan pembagian antara putaran

generator dengan rasio transmisi yang digunakan saat penelitian.

𝑛𝑘𝑖𝑛𝑐𝑖𝑟 =𝑛𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟

𝑟𝑎𝑠𝑖𝑜 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑚𝑖𝑠𝑖 (𝑖)

𝑛𝑘𝑖𝑛𝑐𝑖𝑟 =240 𝑟𝑝𝑚

7,2

𝑛𝑘𝑖𝑛𝑐𝑖𝑟 = 33,333 𝑟𝑝𝑚

2) Daya yang dihasilkan

Daya yang dihasilkan dapat diketahui dengan menghitung daya yang

dihasilkan oleh generator (daya elektrik). Daya yang dihasilkan generator dapat

diketahui dari tegangan dan kuat arus listrik yang diukur. Persamaan yang

digunakan adalah


29

𝑃𝑒 = 𝑉. 𝐼

𝑃𝑒 = 30,606 × 2,808

𝑃𝑒 = 85,947 𝑤𝑎𝑡𝑡

Dari perhitungan diatas, maka daya elektrik yang dihasilkan sebesar 85,947 watt.

3) Daya pada aliran air

Daya pada aliran air adalah daya yang terkandung pada kecepatan air yang

mengalir melewati kincir.

𝑃𝑎 = 0,5 × 𝜌 × 𝐴 × 𝑈3

𝑃𝑎 = 0,5 × 1000 × 1,3 × 0,623

𝑃𝑎 = 159,276 𝑤𝑎𝑡𝑡

Daya yang terkandung pada kecepatan air mengalir adalah 159,276 watt.

4) Kecepatan sudut kincir

𝜔 =2. 𝜋. 𝑛

60

𝜔 =2 × 𝜋 × 33,33

60

𝜔 = 3,489 𝑟𝑎𝑑𝑠⁄

5) Torsi

𝑇 =𝑃𝑒

𝜔

𝑇 =85,947

3,489

𝑇 = 24,634 𝑁𝑚


30

6) Koefisien torsi

Koefisien torsi adalah perbandingan antara nilai torsi pada kincir dengan

nilai dorongan yang terkandung pada aliran air yang menabrak kincir.

𝐶𝑚 =𝑇

1

4. 𝜌. 𝐴𝑠. 𝐷. 𝑈2

𝐶𝑚 =𝑇

1

4× 1000 × 1,3 × 0,7 × 0,622

𝐶𝑚 = 0,282 𝑁𝑚

7) Koefisien daya

Koefisien daya adalah perbandingan daya yang dihasilkan dengan daya

yang mengenai kincir. Karena daya yang dihasilkan dan daya aliran sudah

diketahui maka dapat dicari koefisien dayanya dengan persamaan:

𝐶𝑝 =𝑃𝑒

𝑃𝑎

𝐶𝑝 =85,947

159,276

𝐶𝑝 = 0,540

Dari data diatas, maka diketahui nilai koefisien daya sebesar 0.540 (54%)

8) Tip speed ratio (TSR)

Tip speed ratio adalah rasio antara kecepatan rotasi pada ujung sudu dan

keceptan aktual dari aliran air yang akan mengenai rotor. Pada penelitian ini,

diameter rotor yang digunakan adalah 0,7 meter. Maka dapat didapatkan nilai

TSR sebagai berikut:


31

𝑇𝑆𝑅 =𝜔. 𝐷

2. 𝑈

𝑇𝑆𝑅 =3,489 × 0,7

2 × 0,62

𝑇𝑆𝑅 = 1,962

Dari perhitungan diatas, nilai TSR diketahui sebesar 1,962.


32

4.2.2. Hasil Pengolahan Data

Setelah mendapatkan data-data yang diperlukan, selanjutnya data-data itu

dapat diolah agar mendapatkan hasil penelitian yang diinginkan. Hasil pengolahan

data akan ditampilkan dengan tabel 4.4, 4.5, 4.6 untuk variasi sudut 30°, 45°, dan

60° dan dikerjakan menggunakan perangkat lunak excel.

Tabel 4.4 : Pengolahan data untuk sudut 30°

Beban

lampu ω kincir

(rad/s)

Daya listrik

(watt)

Daya

input

(watt)

Cm Cp Tsr

1 3.240 75.424 168.773 0.251 0.447 1.780

2 2.946 79.257 164.241 0.290 0.483 1.632

3 2.655 81.404 165.748 0.330 0.491 1.469

4 2.423 78.512 174.356 0.344 0.450 1.315

5 2.287 73.071 166.437 0.352 0.439 1.264

6 2.077 67.634 163.925 0.362 0.413 1.152

7 1.952 63.390 161.625 0.365 0.392 1.087

8 1.793 57.945 169.071 0.351 0.343 0.984


Beban

lampu

ω kincir

(rad/s)

Daya listrik

(watt)

Daya

input

(watt)

Cm Cp Tsr

1 3.411 81.841 171.522 0.258 0.477 1.864

2 3.053 88.941 169.163 0.321 0.526 1.675

3 2.798 89.902 180.826 0.334 0.497 1.510


33

4 2.636 87.973 183.149 0.345 0.480 1.411

5 2.462 85.301 181.094 0.360 0.471 1.321

6 2.264 80.890 178.015 0.376 0.454 1.223

7 2.056 74.089 167.668 0.399 0.442 1.138

8 1.938 69.151 175.986 0.377 0.393 1.050


Beban

lampu ω kincir

(rad/s)

Daya listrik

(watt)

Daya

input

(watt)

Cm Cp Tsr

1 3.489 85.947 159.276 0.281 0.540 1.962

2 3.188 91.428 143.265 0.350 0.638 1.856

3 2.887 94.617 158.080 0.379 0.599 1.635

4 2.694 90.442 156.744 0.386 0.577 1.523

5 2.500 87.117 151.131 0.404 0.566 1.418

6 2.307 84.714 178.780 0.384 0.474 1.242

7 2.132 75.059 163.030 0.391 0.460 1.183

8 2.046 72.259 162.760 0.394 0.444 1.138

4.3 Grafik Pengolahan Data

Dari data yang sudah diperoleh, maka data tersebut diolah kembali ke

dalam bentuk grafik agar nantinya bisa diketahui nilai-nilai perbandingan yang

saling berkaitan antar data satu dengan yang lainnya. Berikut adalah grafik yang

menggambarkan perbandingan dari data – data yang telah didapatkan dan diolah:


34

4.3.1. Grafik Hubungan Jumlah Beban Lampu vs Putaran Kincir

Berdasarkan hasil perhitungan yang sudah dilakukan, didapatkan grafik

perbandingan dari berbagai variasi sudut deflektor grafik sebagai berikut:

Berdasarkan dari hasil pengolahan data yang telah dilakukan dan

ditampilkan pada Tabel 4.1 sampai Tabel 4.6 dapat dibuat grafik hubungan antara

beban yang diberikan berupa lampu terhadap kecepatan putaran poros yang

dihasilkan oleh kincir.

Gambar 4. 1: Grafik Hubungan Jumlah Beban Lampu dengan Putaran Kincir

Pada gambar di atas, diketahui bahwa hubungan pembebanan lampu

berpengaruh terhadap kecepatan kincir. Pada data di atas kecepatan putar poros

kincir akan mengalami penurunan apabila diberi beban, hal ini disebabkan


35

pemberian beban akan memberikan beban terhadap generator selanjutnya di

transmisikan ke kincir. Pembebanan ini membuat putaran poros kincir mengalami

pengereman sehingga putaran poros semakin lama semakin menurun.

Pada grafik di atas sebagai contoh diambil sampel sudut 60°, pada sudut

ini putaran poros yang awalnya memiliki nilai tertinggi sebesar 33.333 (pada

pembebanan lampu 1) cenderung mengalami penurunan kecepatan putar hingga

mencapai nilai putar poros terendah sebesar 19.551 pada pembebanan lampu ke 8.

Dapat dilihat pada variasi sudut 30° dan 45°, kedua variasi tersebut putaran poros

juga mengalami penurunan seiring penambahan beban lampu. Hal ini

membuktikan bahwa dengan semakin ditambah beban maka kincir akan

mengalami pengereman sehingga putaran poros akan menurun.

Dalam grafik di atas juga terlihat bahwa kecepatan poros dengan sudut

deflektor 60° mempunyai nilai yang lebih tinggi dibanding dengan variasi lainnya.

Hal ini karena penggunaan sudut 60° memiliki kemiringan yang besar, yang dapat

lebih menutupi bagian cembung kincir sehingga dorongan air yang mengarah

kesisi cekung lebih besar dibandingkan 2 variasi lainnya. Nilai putaran kincir

tertinggi pada sudut 60° adalah 33.333 rpm, sedangkan pada sudut 45° memiliki

nilai putaran kincir tertinggi sebesar 32.590 rpm dan pada sudut 30° memiliki

nilai putaran kincir tertinggi sebesar 30.952 rpm. Nilai ketiganya berada pada

pembebanan lampu pertama.


36

4.3.2. Grafik Hubungan Jumlah Beban Lampu vs Daya Elektrik.



beban yang diberikan berupa lampu terhadap daya elektrik yang mampu

dihasilkan oleh generator.

Gambar 4. 2: Grafik Hubungan Jumlah Beban Lampu dengan Daya Elektrik

Pada gambar di atas, menunjukkan bahwa pembebanan jumlah lampu pada

ketiga variasi sudut deflektor berpengaruh terhadap besar daya listrik yang

dihasilkan. Daya yang dihasilkan berupa daya yang dikeluarkan oleh generator

dan dihitung melalui perkalian antara tegangan listrik dan kuat arus yang terukur.

Penambahan beban pada grafik di atas dilakukan secara konstan, dimana


37

pembebanan pertama sampai kedelapan dilakukan dengan penambahan lampu

yang memiliki konsumsi daya yang sama.

Pada grafik di atas, didapatkan daya yang dihasilkan mengalami

peningkatan mencapai titik maksimum dan kemudian mengalami penurunan daya

yang dihasilkan. Dikarenakan daya yang dihasilkan berdasarkan hasil generator,

maka nilai daya terpengaruh dengan kinerja generator. Generator akan

menghasilkan daya elektrik secara maksimum berdasarkan putaran ideal

generator, sehingga apabila putaran kincir mengalami penurunan tidak langsung

mempengaruhi kinerja daya elektrik generator, hal ini memiliki perbedaan bila

dibandingkan dengan daya mekanis pada kincir.

Pada data di atas, nilai daya elektrik tertinggi terdapat pada sudut 60°,

pada sudut ini nilai daya elektrik tertinggi yang didapatkan sebesar 94.617 watt

pada pembebanan ke 3, dan nilai daya terendah pada beban ke 8 dengan daya

sebesar 72.259 watt. Untuk sudut 45° daya elektrik tertinggi sebesar 89.902 watt

pada beban ke 3 dan nilai daya terendah sebesar 69.151 watt pada beban ke 8.

Sedangkan untuk sudut 30°, nilai daya elektrik tertinggi sebesar 81.404 watt pada

pembebanan ke 3 dan nilai terendah daya dihasilkan sebesar 57.945 pada beban ke

8.

Dengan hasil pengujian yang didapatkan, dari ke 3 variasi sudut sama-

sama memiliki nilai daya tertinggi pada beban ke 3 dan daya terendah pada beban

ke 8. Bila dibandingkan, maka sudut 60° memiliki nilai tertinggi dari semua

variasi. Hal ini disebabkan pada sudut 60° aliran air yang mengarah ke sudu


38

cekung kincir lebih besar karena kemiringan sudutnya sangat berpengaruh.

Kemiringan tersebut dapat menutupi sisi cembung sehingga lebih banyak air yang

mengarah ke sisi cekung.

4.3.3. Grafik Hubungan Tip Speed Ratio (TSR) dan Koefisien Daya (Cp)



Tip Speed Ratio (TSR) terhadap Koefisien Daya (Cp) dihasilkan oleh generator.

Gambar 4. 3: Grafik Hubungan Tip Speed Ratio dengan Koefisien Daya

Pada gambar di atas, diketahui hubungan nilai Tip Speed Ratio (TSR)

dengan nilai Koefisien Daya (Cp) yang dihasilkan. Pada hasil penelitian di atas

menunjukkan bahwa penggunaan sudut deflektor yang digunakan dalam


39

penelitian penulis dapat mempengaruhi besarnya nilai koefisien daya yang

dihasilkan. Dapat dilihat pada grafik bahwa nilai Cp akan mengalami kenaikan ke

titik maksimum yang dapat dikonversikan kincir dan selanjutnya akan

menegalami penurunan seiring jumlah pembebanan yang ditambah.

Pada gambar di atas, nilai Cp tertinggi berada pada variasi sudut 60°

dengan nilai sebesar 0.638 pada tsr 1.856, untuk sudut 45° memiliki nilai Cp

tertinggi sebesar 0.526 pada tsr 1.675 dan pada variasi sudut 30° memiliki nilai

Cp tertinggi sebesar 0.491 pada tsr 1.469. Dari data tersebut diketahui bahwa yang

memiliki efisiensi tertinggi pada ke 3 variasi deflektor adalah variasi sudut 60°.

Hal ini disebabkan oleh kemiringan sudut 60° mempengaruhi arah air yang

mengarah lebih banyak ke sisi cekung dan mengurangi arah aliran air yang

mengarah ke sisi cembung sehingga mengurangi hambatan pada putaran kincir

dan pada sudut 60° ini juga memiliki rasio putaran kincir yang lebih besar

dibandingkan dengan variasi sudut lainnya.

4.3.4. Grafik Hubungaan Tip Speed Ratio (TSR) vs Koefisien Torsi (Cm)



Tip Speed Ratio (TSR) terhadap Koefisien Torsi (Cm).


40

Gambar 4. 4: Grafik Hubungan Tip Speed Ratio dengan Koefisien Torsi

Pada grafik di atas, diketahui bahwa hubungan nilai Tip Speed Ratio

(TSR) dengan nilai Koefisien Torsi (Cm) yang dihasilkan. Grafik di atas dapat

menunjukkan bahwa penggunaan sudut deflektor dapat mempengaruhi besarnya

nilai koefisien torsi yang dihasilkan. Pada grafik di atas, nilai Cm akan mengalami

kenaikan ke titik maksimum seiring dengan penambahan pembebanan.

Pada grafik di atas, nilai Cm tertinggi berada pada variasi sudut 60°

dengan nilai sebesar 0.404 pada tsr 1.418, untuk sudut 45° memiliki nilai Cm

tertinggi sebesar 0.399 pada tsr 1.138 dan pada variasi sudut 30° memiliki nilai

Cm tertinggi sebesar 0.365 pada tsr 1.087. Dari data tersebut diketahui bahwa

yang memiliki koefisien torsi tertinggi pada ke 3 variasi deflektor adalah variasi


41

sudut 60°. Namun dari ke tiga variasi deflektor tersebut nilai Cm yang mulanya

terus mengalami peningkatan pada akhirnya akan mengalami penurunan pada

semua variasi deflektor.

4.4 Perbandingan Hasil Penelitian

Hasil penelitian yang didapatkan dari penelitian ini dibandingkan dengan

data referensi. Data referensi yang dipakai adalah data hasil penelitian yang sudah

ada terlebih dahulu. Referensi yang dipakai adalah penelitian yang dilakukan oleh

Arie Prasetyo, dkk.yang berjudul “The Effect of Deflector Angle in Savonius

Water Turbine with Horizontal Axis on The Power Output of Water Flow in Pipe”

yang dilakukan pada tahun 2018. Pada penelitian yang digunakan sebagai

referensi, mereka menggunakan sifat aliran air yang berbeda. Pada penelitian

referensi, mereka menggunakan sifat aliran tertutup yaitu aliran dalam pipa

sedangkan penelitian yang penulis lakukan menggunakan sifat aliran terbuka.

Data yang ditampilkan merupakan nilai tertinggi yang dihasilkan oleh

masing-masing penelitian. Dimensi dari masing-masing alat penelitian disajikan

dengan tabel dibawah ini.

Tabel 4.7 : Perbandingan dimensi alat

D (meter) H (meter) Jumlah sudu Sudut deflektor

Referensi 0.075 0.075 5 0°, 20°, 30°, 40°, 50°

Peneliti 0.7 1.85 4 30°, 45°, 60°


42

Berdasarkan perbandingan di atas, hasil penelitian terdahulu dengan

penelitian yang dilakukan penulis akan akan disajikan pada Tabel 4.8 dan Tabel

4.9 dengan menampilkan nilai tertinggi yang dihasilkan.

Tabel 4.8 : Tabel hasil penelitian referensi

Sudut deflektor Daya dihasilkan (watt) Cp TSR

0° 9.77 0.083 0.9

20° 17.78 0.118 1.08

30° 18.04 0.132 1.12

40° 17.90 0.123 1.09

50° 17.83 0.120 1.07

Tabel 4.9 : Hasil penelitian penulis

Sudut deflektor Daya dihasilkan (watt) Cp TSR

30° 81.404 0.491 1.469

45° 89.902 0.526 1.675

60° 94.617 0.638 1.856

Pada tabel penelitian referensi, semakin besar sudut deflektor tidak selalu

mempengaruhi nilai Cp. Hal itu terlihat pada deflektor 30° yang memiliki nilai Cp

tertinggi yaitu 0.132, dan bila deflektor di tingkatkan kemiringannya nilai Cp

cenderung turun bila dibandingkan deflektor 30°. Untuk daya yang dihasilkan,

yang memiliki nilai daya tertinggi terdapat pada deflektor 30°.

Berdasarkan dua penelitian tersebut, nilai sudut deflektor memiliki nilai

tertinggi yang berbeda-beda, hal ini disebabkan karena daya yang digunakan

penulis merupakan daya elektrik yang dikonversikan oleh generator sehingga

berbeda dengan daya yang digunakan referensi yang merupakan daya mekanis

kincir.


43

BAB V

KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan

Penelitian yang telah dilakukan mengenai pengujian kincir air savonius,

maka dari berbagai oleh data dapat disimpulkan sebagai berikut.

1. Berdasarkan hasil penelitian, pemberian variasi deflektor akan mempengaruhi

peningkatan nilai putaran kincir yang dihasilkan. Dari variasi 3 deflektor,

putaran kincir mengalami kenaikan pada setiap variasi deflektor. Putaran

kincir maksimum yang dihasilkan terdapat pada deflektor 60° dengan putaran

kincir sebesar 33,333 rpm.

2. Berdasarkan hasil penelitian, pemberian variasi deflektor mempengaruhi

peningkatan daya elektrik yang dihasilkan. Dari variasi 3 deflektor, daya

tertinggi terdapat pada sudut 60° dengan nilai daya elektrik sebesar 94.617

watt.

3. Berdasarkan hasil penelitian, variasi deflektor akan meningkatkan

perbandingan nilai TSR vs Cm. Variasi deflektor yang memiliki nilai Cm

terbaik pada sudut 60° dengan nilai koefisien torsi (Cm) 0.404 pada Tip Speed

Ratio (TSR) 1.418.

4. Dari hasil penelitian, pemberian variasi deflektor akan mempengaruhi

peningkatan nilai Cp dan TSR. Nilai CP terbaik yang dihasilkan terdapat pada

deflektor 60° dengan rincian koefisien daya (Cp) 0.638 pada Tip Speed Ratio

(TSR) 1.856.


44

5.2 Saran

Berdasarkan pengujian mengenai kincir air Savonius yang telah dilakukan,

ada berbagai saran yang mendukung apabila penelitian ini diteruskan dengan

penelitian yang serupa yakni:

1. Dalam persiapan pengambilan data, cek dahulu komponen pendukung pada

pengambilan data agar proses ambil data berlangsung baik.

2. Pada saat ambil data selalu cek aliran air agar tidak ada sampah yang

menyangkut pada kincir sehingga mengganggu proses ambil data.

3. Perlunya mempersiapkan sirip pengarah aliran agar air dapat diarahkan ke

kincir dengan optimal apabila ketinggian air menurun.

4. Sirip pengarah air diharapkan terbuat dari bahan yang kuat, agar kuat menahan

aliran air yang besar.


45

DAFTAR PUSTAKA

Abadi, R. P. (2018). "Kincir Air Poros Vertikal Tipe Savonius Sudu Terbuka

Dengan Menggunakan Deflektor". Skripsi. Yogyakrta: Universitas Sanata

Dharma.

Golecha, K., Eldho, T., & Prabhu, S. (2011). "Influence of the Deflector Plate on

the Performance of Modified Savonius Water Turbine". Applied Energy

Volume 88, 3207-3217.

Golecha, K., Eldho, T., & Prabhu, S. (2012). "Performance Study of Modified

Savonius Water Turbine with Two Deflector Plates". International Journal

of Rotating Machinery.

Prasetyo, A., Kristiawan, B., Danardono, D., & Hadi, S. (2018). "The Effect of

Deflector Angle in Savonius Water Turbine with Horizontal Axis on the

Power Output of Water Flow in Pipe". The 2nd International Conference

on Science (ICOS). IOP Publishing.

Purnama, A. C., Hantoro, R., & Nugroho, G. (2013). "Rancang Bangun Turbin

Air Sungai Poros Vertikal Tipe Savonius dengan Menggunakan Pemandu

Arah Aliran". JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 2.

Sanditya, T. A., Prasetyo, A., Kristiawan, B., & Hadi, S. (2018). "Effect of Blade

Curvature Angle of Savonius Horizontal Axis Water Turbine to the Power

Generation". The 2nd International Conference on Science (ICOS). IOP

Publishing.

Sugiharto, B. (2018). "The Performance of Savonius Windmill With Guide Vane".

Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Kedirgantaraan (pp. Vol. IV,

ISBN 978-602-52742-0-6). Yogyakarta: SENATIK.

Sule, L., & Rompas, P. T. (2018). "Performance of Savonius Blade Waterwheel

with Variation of Blades Number". IOP Conf. Series: Materials Science

and Engineering. IOP Publishing.

Wenehenubun, F., Saputra, A., & Sutanto, H. (2014). "An Experimental Study on

the Performance of Savonius Wind Turbines Related with the Number of

Blades". 2nd International Conference on Sustainable Energy Engineering

and Application, ICSEEA (pp. 297 – 304). Energy Procedia 68.


46

LAMPIRAN

Lampiran 1 : Lokasi Penelitian


47

Lampiran 2 : Alat bantu ambil data


48

Lampiran 3 : Alat bantu ambil data


49

Lampiran 3 : Pemasangan Alat


50

Lampiran 4: Pengambilan Data


UNJUK KERJA KINCIR AIR SAVONIUS POROS ...Kincir air Savonius. yang digunakan bertipe poros horizontal dengan 4 sudu. Spesifikasi kincir adalah panjang kincir (H) 1,85m dan diameter

Documents