PENGARUH PENGARAH TERHADAP UNJUK KERJA KINCIR SAVONIUS

Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta, 15 November 2014

ISSN: 1979-911X

PENGARUH PENGARAH TERHADAP UNJUK KERJA KINCIR SAVONIUS Khairul Muhajir1 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, IST AKPRIND Yogyakarta e-mail :[email protected],

1,

ABSTRACT Savonius windmill is a windmill with a transverse shaft type wind flows . This type of windmill will be able to spin if one of the sides get a number of larger wind ( concave side ) of the other side ( convex side ) . The use of a barrier on one side of the smaller acquisition can make performasi wind turbines increase, but the use of a barrier made windmill does not obtain the maximum amount of wind . Usage guides in the wind on the side with the highest number less wind expected to increase the number of wind turbines that can be obtained. The method used is based on primary and secondary data , obtained either by observation or interviews and by observing the documents and literature studies. Furthermore, if the data is in and analyzed , both quantitatively and qualitatively to obtain a conclusion in accordance with the purpose of research. Research results show that : with the increasing use of shield power by 87 % and 19 % efficiency rate ranges . The use of the power steering increases ranging between 3-97 % with 16-22 % efficiency . the main steering and steering tambahn actual power to 97 % and the efficiency reaches 22 % usage . At steering without power steering peningkayan acquired additional 11%, an efficiency of 5 % .At use additional directional and directional main results obtained without the power increase by 62 % and an efficiency of 3 % .At use the main steering and power steering obtained by the addition of 16 % and the efficiency increased by 10 % , so it can be concluded that the use of both main and additional steering boost power , rotor rotation and windmill efficiency . Keywords : steering , performance , Savonius windmill PENDAHULUAN Saat ini banyak terdapat berbagai macam bentuk kincir angin.Baik dalam bentuk yang sederhana maupun yang rumit.Dari berbagai macam bentuk itu kincir dapat dibagi dua menurut pemasangan porosnya, yaitu poros vertikal dan poros horizontal.Sedangkan menurut arah anginnya adalah arah angin yang sejajar poros dan arah angin yang melintang poros. Kincir yang biasa kita temui adalah kincir dengan poros horizontal dan dengan arah angin yang searah dengan poros kincir.Kincir jenis ini banyak dipakai karena kincir tersebut selain modelnya yang sederhana juga mudah dalam pemasangannya.Kincir selain dengan kriteria diatas sedikit digunakan oleh karena lebih sukar dalam pemasangannya dan lebih banyak membutuhkan alat-alat tambahan untuk konstruksinya. Kincir Savonius adalah satu kincir dengan poros melintang terhadap arah angin, kincir ini mempunyai sudu berbentuk S dan biasanya dipasang secara vertitikal walaupun dapat juga dipasang secara horizontal. Kincir ini menurut konstruksinya lebih sederhana daripada kincir poros horizontal.KincirSavonius dapat berputar dengan angin dari berbagai arah tanpa harus menggunakan pengarah seperti pada kincir biasa (horizontal).Meskipun lebih sederhana dan dapat berputar dengan angin dari bebagai arah, kincir jenis ini mempunyai kelemahan yaitu pada tipe dengan sumbu vertikal memerlukan konstruksi tiang penyangga yang kuat dan memerlukan beberapa tambahan penguat supaya penyangganya dapat berdiri dengan kokoh.Kincir ini juga mempunyai kelemahan yaitu pelemahan pada sisi sudu-sudunya.Pelemahan pada sudu kincir ini dikaraenakan bentuk sudunya yang bekerja saling berlawanan saat angin mengenai sisi dari sudu-sudunya. Meskipun ada beberapa kelemahan dari kincir Savonius, pengembangan untuk pemakaian kincir ini perlu dilakukan agar didapat pilihan selain dari kincir yang biasa ditemui. Pilihan dan bentuk yang berlainan akan memberi kesempatan bagi kincir jenis lain agar di dapat kincir yang sesuai dengan kondisi angin yang ada pada daerah yang akan digunakan. Rumusan masalah Pada dasarnya kincir Savonius tidak memerlukan alat tambahan lain untuk dapat bekerja, akan tetapi penambahan alat-alat lain perlu dilakukan agar performa kincir dapat ditingkatkan. Penambahan pengarah pada kincir adalah agar angin yang menerpa sisi cembung dan terbuang karena pemasangan perisai dapat dimanfaatkan.Dengan mengalirkan angin yang menerpa sisi cembung menuju sisi cekung di harapkan kincir dapat bekerja dengan lebih baik.

B-1


ISSN: 1979-911X

Tujuan dari penelitian pemakaian pengarah pada kincir savoniusadalah : 1. Mencari pengaruh pemakaian pengarah terhadap putaran, torsi dan efisiensi pada kincir savonius. 2. Mencari perbandingan kecepatan, torsi dan efisiensi sebelum dan sesudah pemakaian pengarah pada kincir. 3. Mencari penempatan sudut pengarah, agar didapatkan putaran, torsi dan efisiensi yang maksimal dari kincir. Kincir angin adalah salah satu alat pengubah energi yang mengubah energi kinetik (angin) menjadi energi mekanik berupa energi gerak putar. Energi angin yang melewati kincir akan ditangkap oleh baling-baling pada kincir, kemudian menggerakkan poros sehingga akan terjadi putaran.Energi putar yang terjadi dapat diubah menjadi energi lain misalnya energi listrik atau energi gerak lainnya. Sejarah pemanfaatan angin dimulai sejak abad ke-12 SM dan tersebar ke berbagai Negara seperti Persia, Babilonia, Mesir, China dan di benua Eropa dengan berbagai bentuk rncang bangun. Kincir angin poros vertical adalah kincir angin yang pertama kali dibuat manusia.Kincir angin Persia dibuat sekitar tahun 900 SM yang merupakan hasil dari pemikiran pemanfaatan angin pada layar perahu.Kincir model ini sampai sekarang masih digunakan, kincir jenis ini antara lain kincir Savonius, Madaras, Daerius dan lain-lain. Pada perkembangan selanjutnya, kincir berubah bentuknya.Setelah sampai di Eropa, selanjutnya kincir angin dibuat dengan poros horizontal.Sebagian besar kincir angin Eropa menggunakan kincir angin horizontal. Kincir angin menjadi sumber energi utama di Eropa sampai masa revolusi industri, tetapi kemudian batu bara menjadi pengganti energi angin dengan alasan penggunaan batu bara sebagai sumber energy baru lebih menguntungkan. Setiap benda yang bergerak mempunyai energi kinetik, begitu juga dengan angin.Angin mempunyai energi kinetik berupa aliran yang dapat diubah menjadi mekanis berupa energi gerak. Untuk mengubah energi alir diperlukan alat untuk mengubahnya antara lain dengan menggunakan kincir. Energi kinetik angin mempunyai rumus sama dengan rumus energi kinetik fisika biasa. Energi kinetik angin dapat dihitung dengan rumus (Abdul Kadir, 1995;218) E = ½ mv ………………… (1) Jika suatu blok udara yang mempunyai penampang A( m2 ) dan bergerak dengan kecepatan v (m/s ), maka jumlah massa yang melewati suatu tempat adalah m =A.v. ρ ………………… (2) Dengan demikian, maka energi yang dihasilkan persatuan waktu adalah ………………… (3) P = ½ A ρv Untuk keperluan praktis sering kali dipakai rumus pendekatan berikut : P = K.A.v³ ………………… (4) Untuk keperluan estimasi sementara yang sangat kasar, sering dipakai rumus sederhana sebagai berikut : Rumus yang dikembangkan oleh Goddingberbentuk : ………………… (5) P = k F A E v2

Gambar 1. Gaya-gaya yang bekerja pada sudu-sudu (Abdul Kadir, 1995;219) B-2


ISSN: 1979-911X

Gaya-gaya yang bekerja pada sudu-sudu kincir pada dasrnya terdiri atas tiga komponen yaitu : a. Gaya aksial a, yang mempunyai arah sama dengan angin. Gaya ini harus di tampung oleh poros dan bantalan. b. Gaya sentrifugal r, yang meninggalkan titik tengah. Bila kipas bentuknya simetrik, semua gaya sentrifugal s akansaling meniadakan atau resultannya sama. c. Gaya tangensial t, yang menghasilkan momen, bekerja tegak lurus pada radius dan yang merupakan gaya produktif. Gambar memperlihatkan sebuah kincir yang mempunyai tiga sudu dengan gaya-gaya a,t dan s yang bekerja pada daun-daun sudu itu. Untuk kincir menurut gambar, besar gaya-gaya itu dapat di hitung dengan rumus-rumus empiris sebagai berikut : ( kg) a = 0,00142v R RP

s =

367

t =

0,00219

( kg)

W R

(kgm)

Menurut Tedjo Narsoyo Reksoatmodjo dalam jurnal teknik mesinnya, jika: v1 = kecepatan angin di depan rotor, v2 = kecepatan angin di belakang rotor, dan v = kecepatan angin pada saat induksi rotasi gambar , maka berdasarkan persamaan kontinuitas : A1v1 = Av = A2v2 ………………… (6)

Gambar 2. Aliran udara yang melewati kincir

Gambar 3. Diagram tekanan udara pada sudu B-3


ISSN: 1979-911X

Gambar 4. Diagram kecepatan aliran angin pada sudu Selanjutnya berdasarkan teorema Euler, gaya yang bekerja pada rotor sama dengan F =ρ.A.v (v1 - v2 ) ………………… (7) Karena daya kinetik angin yang diserap rotor …………………(8) P =F.v = ρ.A.v (v1-v2) Selisih energi kinetik di depan dan di belakang rotor dapat dihitung dengan persamaan Bernoulli : ΔP =

ρAv ( v12 – v22)

………………… (9)

Persamaan ( 8 ) adalah = persamaan ( 9 ) sehingga dari kedua persamaan dapat diperoleh harga V=

..................................

(10)

Jika hasil v tersebut disubtitusikan kedalam persamaan 10 akan menghasilkan persamaan F=

ρAv ( v12 – v22 )

dan P=

ρAv ( v1 – v2) ( v1 – v2 )

Untuk kecepatan v1 tertentu dapat dicari besar P sebagai fungsi dari v2 dengan mendiferensiasi persamaan

Pada

dan v =

=d[

ρA(v13 + v12v2 – v22v1 – v13)]

=d[

ρA(v13 + 2v1v2 – 3v22v1)]

= 0 diperoleh 2 akar persamaan v2 – v1 yang berarti udara dalam keadaan tenang ( BN = 0 ) yng merupakan harga yang menghasilkan daya maksimum dengan demikian daya

maksimum yang diperoleh Pmaks =

ρAv13.

............................ (11)

B-4


ISSN: 1979-911X

Persamaan menunjukkan bahwa daya maksimum yang diperoleh pada massa jenis udara (berubah dengan tekanan dan temperatur) . Secara ideal atau maksimum, efisiensi teoritik ……………………… (12)

ηmax =

Efisiensi maksimal (%), Pmax = Daya maksimum ( Wift.lbf/s), Ptot = Daya

Keterangan : ηmax = maksimum (Wi ft.lbf )

Dalam hal ini nilai maksimum dihitung dengan persamaan : Pmax

=

ρ Av ( vi²-ve² )......... (13)

Keterangan: Pmax = Daya maksimum ( Wift.lbf/s), Ρ = Massa jenis udara ( kg/

), A = Luas

penampang area( m²), Vi = Kecepatan angin (m/s, ft/n) Untuk nilai ve P max =

=

vi, maka:

F

ρ A vi

……………….

(14)

Sehingga

Η max =

x 2qc = 0,529 (15)

Dari perhitungan diatas dapat dikatakan bahwa kincir mampu mengubah tidak lebih dari 60% daya daya total angin menjadi daya yang bermanfaat. Daya total suatu arus angin sama dengan jumlah energi kinetik (Kei) dari arus angin tersebut, yaitu (El-Wakil, 1985;593) Ptot

=

mKei = mv1

……..

(16)

dengan: Ptot = daya total ( W,ft.lbf ), v = laju aliran massa ( kg/s, ft/h, lbm/h), v1 = kecepatan angin ( m/s ), qc = faktor konversi (1,0 kg.m/(N.S2)) = 4,17x108 ( lbm.ft/lb.h2 ), m = ρ Av Sehingga Ptot =

ρAvi³

..........................

(17)

Jadi daya total dari arus angin berbanding lurus dengan massa jenis, area dan pangkat 3 dari kecepatan METODE PENELITIAN Untuk dapat mengumpulkan data atau masukan dalam penelitian,digunakan beberapa metode pengumpulan data yaitu data primer dan data sekunder. Data Primer, dengan metode ini peneliti memperoleh data atau masukan secara langsung dari obyek penelitian yang ditulis atau data yang pertama kali ditulis oleh peneliti. Untuk memperoleh data primer penulis menggunakan dua metode yaitu : a). Metode Observasi. Metode ini adalah metode yang penulis gunakan untuk memperoleh data atau informasi dengan melihat secara langsung pada obyek yang diteliti dan mencatat secara sistematis terhadap gejala atau proses yang terjadi. b).Metode Wawancara. Metode ini adalah metode pengumpulan data atau informasi melalui tanya jawab dengan semua pihak yang dapat memberikan keterangan dengan jelas tentang turbin angin penggerak generator listrik untuk membantu dalam penyelesaian laporan penelitian.

B-5


ISSN: 1979-911X

Data Sekunder, data Sekunder adalah data atau informasi yang didapat secara tidak langsung, yaitu studi literatur, dengan cara mempelajari buku-buku literatur dan juga mempelajari dokumen serta keterangan yang didapat dari instansi yang bersangkutan dan mencatat secara sistematis terhadap gejala yang terjadi. PEMBAHASAN Berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan di pantai Depok Bantul, di dapat beberapa data yang dibutuhkan antara lain : kecepatan angin rata – rata didaerah tersebut, jumlah putaran poros yang dihasilkan (rpm), Besarnya kecepatan angin datang minimal yang dapat menggerakkan sudu serta efisiensi sudu dalam pemanfaatan energi kinetik dari angin yang dapat dilihat dari kecepatan angin.Kemudian data tersebut dianalisa guna mendapatkan kesimpulan. c (m/mnt) 300 250 skema 1

200

skema 2

150

skema 3 skema 4

100

skema 5

050 000 05

05

06

07

07

06

07

06

06

07

V (m/det)

Gambar 5. Perbandingan kecepatan angin dan putaran poros (m/menit). Diagram diatas dapat dilihat bahwa kecepatan putar dari kincir dengan skea 4 (kincir dengan pengarah tambahan dan tanpa pengarah utama mempunyai nilai paling besar. Hal ini dikarenakan angin yang masuk kedalam kincir tidak hanya berasal dari angin yang searah kerangka atau badan kincir, tetapi dapat berasal dari arah sisi kicir/ kerangka kincir. Disini angin yang masuk dari arah sisi kincir akan masuk kedalam kincir setelah melalui pengarah tambahan menuju baling-baling. Kincir dengan pengarah utama, yaitu kincir dengan skea 3 dan 5 mempunyai besar yang hampir sama. Sedangkan kincir tanpa pengarah dan perisai mempunyai nilai yang lebih rendah. Pteo (watt) 250 200

skema 1 skema 2 skema 3 skema 4 skema 5

150 100 050 000 05

05

06

07

07

06

07

06

06

07

V (m/s)

Gambar 6. Perbandingan kecepatan angin dan daya teoritis (P teoritis). Nilai dari skema 2,3dan 5 mempunyai nilai yang hampir sama, ini dikarenakan oleh karena nilai putaran poros yang hampir sama, jai hasil daya teoritis tidak berbeda jauh. Sedangkan nilai dari skea 4 mempunyai nilai yang paling besar. Pact (watt)

B-6


ISSN: 1979-911X

160 140 120 skema 1 skema 2 skema 3 skema 4 skema 5

100 080 060 040 020 000 05

05

06

07

07

06

07

06

06

07

V (m/s) Gambar 7. Perbandingan kecepatan angin dan daya actual (P actual)

Daya actual yang didapat oleh kincir dengan skea 2,3 dan 5 tidak jauh berbeda, ini dikarenakan masing-masing skema mempunyai putaran poros yang hamper sama, namun skea 3 dan 5 mempunyai nilai yang lebih besar dari skema 2. Selain diatas, kincir dengan skema 2, yaitu kincir tanpa menggunakn perisai dan pengarah mempunyai daya actual yang lebih rendah dibanding dengan yang lainnya. Hal ini dikarenakan factor pengurang sudu yang menyebabkan putaran kincir menadi berkurang. eff (η) 120 100

skema 1 skema 2 skema 3 skema 4 skema 5

080 060 040 020 000 05

05

06

07

07

06

07

06

06

07

V(m/s)

Gambar 8. Kecepatan angin dengan efisiensi (η) Disini nilai efisiensi dengan skea menggunakan pengarah dan perisai yaitu skea 2,3,4 dan 5,mempunyai nilai yang hampir seragam, sedangkan kincir dengan skea tanpa pengarah dan perisai mempunyai nilai yang paling rendah. Ini dikarenakan daya dan putaran poros yang didapatkan oleh skea 2,3,4 dan 5,lebih tinggi dari yang didapt oleh skema 1. Disini juga terlihat jika efisiensi akan turun saat angin bertambah besar. 250,000 200,000 150,000

188

,000

196

193

166,400 139

100,000 50,000

putaran poros

220

096 070

096

091

093

58,866

059

066

15,343 06

05

05

06

05

skema 2

skema 3

skema 4

skema 5

skema 1

Gambar 9. Hasil rata-rata skema. B-7

kecepatan angin Daya teoritis(P teoritis) daya aktual (P aktual) efisiens (%)


ISSN: 1979-911X

Dari grafik diatas terlihat bahwa skea 4 mempunyai nilai yang besar dalam hal daya dan jumlah putaran namun efisiensinya hamper sama dengan skea lainnya. KESIMPULAN Pemakaian skea 1 terhadap skea lainnya dapat disimpulkan : a. Dengan pemakaian perisai didapatkan peningkatan daya sebesar 87 % dan efisiensi berkisar angka 19 %. b. Saat pemakaian pengarah daya meningkat berkisar antar 3 - 97 % dengan efisiensi 16-22% c. Dengan pengarah utama dan pengarah tambahAn daya aktual menjadi 97 % dan efisiensi mencapai 22%. Saat pemakaian skea 2, hasil perbandingan yang di dapat dengan skea lainnya adalah sebagai berikut : a. Saat pemakaian pengarah tanpa pengarah tambahan didapat peningkayan daya sebesar 11% , efisiensi sebesar 5%. b. Saat pemakaian pengarah tambahan dan tanpa pengarah utama didapatkan hasil yaitu peningkatan daya sebesar 62 %dan efisiensi sebesar 3%. c. Saat pemakaian pengarah utama dan pengarah tambahn didapatkan penambahn daya sebesar 16 % dan efisiensi meningkat sebesar 10%. Dapat pula disimpulkan bahwa pemakaian pengarah baik utama maupun tambahan meningkatkan daya, putaran rotor dan efisiensi dari kincir angin. UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih kami sampaikan kepada Institut Sains dan Teknologi AKPRIND Yogyakarta yang telah memberi dana penelitian. DAFTAR PUSTAKA Afrilsyah, Rony, 2006, “Pengaruh Jumlah Blade (Sudu) Datar Terhadap Unjuk Kerja Kincir Angin”, ISTA, Yogyakarta. Reksoatmodjo,TedjoNarsoyo, jurnal teknik mesin, 2004: “ Vertical-Axis Different Dragmill Windmill”, http://puslit.petra .ac.id/journals/mechanical/ El – Wakil, M.M. 1985; “PowerPlant Technology”, Mc Graw – Hill Book Company Co. Singapura. Lesmana, Ficky, 2006, Skripsi Teknik Mesin: “Pengaruh Bentuk Blade Pada Perfomasi Kincir Angin Tiga Sudu”, ISTA, Yogyakarta. www.wikipedia.com. (www.dpa.unina.it/adag) (www.sine.com) Kadir, Abdul, 1995 :“Energy: Sumber Daya, Inovasi, Tenaga Listrik,Potensi Ekonomi“, Universitas Indonesia ( UI – Press). Manwell,J.F, McGowan, J.G, and Rogers,A.L, 2002 : “ Wind energyExplained “, JhonWiley & Sons Ltd, Baffinsland,Chichester,WestSucssex, England. Yahya, SM, 1983 :“ Turbines, Comprresor and Fans“, Tata Mc Graw – Hill, New Delhi , India.

B-8

PENGARUH PENGARAH TERHADAP UNJUK KERJA KINCIR SAVONIUS

Recommend Documents