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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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 4.2 : Pengambilan data rata-rata pada sudut 45° .......................................... 27
Tabel 4.3 : Pengambilan data rata-rata pada sudut 60° .......................................... 27
Tabel 4.4 : Pengolahan data untuk sudut 30° ......................................................... 32
Tabel 4.5 : Pengolahan data untuk sudut 45° ......................................................... 32
Tabel 4.6 : Pengolahan data untuk sudut 60° ......................................................... 33
Tabel 4.7 : Perbandingan dimensi alat ................................................................... 41
Tabel 4.8 : Tabel hasil penelitian referensi ............................................................ 42
Tabel 4.9 : Hasil penelitian penulis ........................................................................ 42
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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 :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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 :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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,
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
Tabel 4.2 : Pengambilan data rata-rata pada sudut 45°
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
Tabel 4.3 : Pengambilan data rata-rata pada sudut 60°
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
Tabel 4.5 : Pengolahan data untuk sudut 45°
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
Tabel 4.6 : Pengolahan data untuk sudut 60°
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:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
4.3.2. Grafik Hubungan Jumlah Beban Lampu vs Daya Elektrik.
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 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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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)
Berdasarkan dari hasil pengolahan data yang telah dilakukan dan
ditampilkan pada Tabel 4.1 sampai Tabel 4.6 dapat dibuat grafik hubungan antara
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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)
Berdasarkan dari hasil pengolahan data yang telah dilakukan dan
ditampilkan pada Tabel 4.1 sampai Tabel 4.6 dapat dibuat grafik hubungan antara
Tip Speed Ratio (TSR) terhadap Koefisien Torsi (Cm).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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°
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
46
LAMPIRAN
Lampiran 1 : Lokasi Penelitian
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
47
Lampiran 2 : Alat bantu ambil data
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
48
Lampiran 3 : Alat bantu ambil data
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
49
Lampiran 3 : Pemasangan Alat
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
50
Lampiran 4: Pengambilan Data
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI