KINCIR AIR POROS VERTIKAL TIPE SAVONIUS DUA SUDU … · PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS...
Transcript of KINCIR AIR POROS VERTIKAL TIPE SAVONIUS DUA SUDU … · PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS...
KINCIR AIR POROS VERTIKAL TIPE SAVONIUS DUA
SUDU TERBUKA DENGAN MENGGUNAKAN DEFLEKTOR
Skripsi
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Diajukan oleh :
REZA PERDANA ABADI
NIM : 135214022
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2018
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
i
KINCIR AIR POROS VERTIKAL TIPE SAVONIUS DUA
SUDU TERBUKA DENGAN MENGGUNAKAN DEFLEKTOR
Skripsi
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Diajukan oleh :
REZA PERDANA ABADI
NIM : 135214022
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2018
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
VERTICAL AXIS WATERWHEELS TYPE SAVONIUS TWO
OPEN BLADES USING DEFLECTOR
A Thesis
Presented as Partitial Fulfilment of the Requirement
As to Obtain the Degree of Sarjana Teknik
Mechanical Engineering Study Program
Written by :
REZA PERDANA ABADI
Student ID : 135214022
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2018
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
v
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vii
ABSTARK
Pada zaman modern kebutuhan energi semakin meningkat setiap tahunnya,
terutama pada kebutuhan teknologi. Penghasil energi di Indonesia pada saat ini
masih menggunakan bahan bakar fosil yang berkisar antara 95% pada pembangkit
tenaga listrik. Oleh karena itu sumber energi terbarukan ramah lingkungan menjadi
pilihan yang sangat bagus untuk dikembangkan dan diteliti. Penelitian ini akan
meneliti energi terbarukan air, yaitu pada aliran saluran sempit seperti sungai-
sungai kecil atau saluran-saluran kecil dengan menggunakan rotor Savonius.
Model kincir air rotor Savonius yang diteliti menggunakan rotor Savonius
dua sudu terbuka 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 aliran air (U) adalah 0,75 m/s, 0,9 m/s
dan 1,1 m/s di dalam saluran air buatan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk
mencari Koefisien torsi (𝐶𝑚), koefisien daya (Cp), Tip Speed Ratio (TSR) (λ),
daya yang dihasilkan (P), dan pengaruh penggunaan deflektor pada rotor Savonius.
Dari hasil penelitian “Kincir Air Poros Vertikal Tipe Savonius Dua Sudu
Terbuka Dengan Menggunakan Deflektor”, berdasarkan data yang diperoleh hasil
tertinggi selalu hasil yang menggunakan deflektor, hasil tertinggi pada koefisien
daya (Cp) adalah 0,715 dengan Tip Speed Ratio (TSR) 0,789 pada kecepatan aliran
air 0,75 m/s, hasil tertinggi pada koefisien torsi (Cm) adalah 1,256 dengan Tip
Speed Ratio (TSR) 0,230 pada kecepatan aliran air 0,75 m/s, hasil tertinggi pada
torsi (T) adalah 0,215 Nm dengan kecepatan putaran (rpm) 32 pada kecepatan aliran
air 1,1 m/s, dan hasil tertinggi pada daya (P) adalah 1,664 watt dengan kecepatan
putaran (rpm) 108 pada kecepatan aliran air 1,1 m/s.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
viii
ABSTRACT
Energy needs are increasing every year, especially on technology needs.
Energy source in Indonesia at this time still use fossil fuels that range between 95%
in power plants. An environmentally friendly renewable energy source becomes an
excellent choice to be developed and researched. This research will researching the
renewable energy of water that flow on narrow channels such as small rivers or
small ducts using Savonius rotor.
The design of Savonius rotor waterwheels that researching using the
Savonius rotor with two open blades e = e '≠ 0 with the aspect ratio (α) is 1, the
overlap ratio (β) is 0,25, the rotor height (H) is 0.1 m, the diameter of rotor (D) is
0,1 m, the diameter of the blade (d) is 0,05588 m, and with water flow rate (U) is
0,75 m/s, 0,9 m/s and 1,1 m/s in an artificial aqueduct. The purpose of this research
is to find the coefficient of torque (Cm), power coefficient (Cp), Tip Speed Ratio
(TSR), power generated (P), and influence of deflector usage on Savonius rotor.
The research result from "Vertical Axis Waterwheels Type Savonius Two
Open Blades Using Deflector", based on data obtained the highest results are always
results that using deflectors, the highest result on power coefficient (Cp) is 0,715
with Tip Speed Ratio (TSR) 0,789 at water flow speed of 0,75 m/s, the highest result
on the torque coefficient (Cm) is 1,256 with the Tip Speed Ratio (TSR) 0,230 at
water flow speed of 0,75 m/s, the highest result on torque (T) is 0,215 Nm with
revolution per minute ( rpm) is 32 at a water flow speed of 1,1 m/s, and the highest
result at power (P) is 1,664 watt with a revolution per minute (rpm) is 108 at water
flow speed of 1,1 m/s.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ix
KATA PENGANTAR
Dengan rasa sangat bersyukur, tugas ini akhirnya yang berjudul “KINCIR
AIR POROS VERTIKAL TIPE SAVONIUS DUA SUDU TERBUKA DENGAN
MENGGUNAKAN DEFLEKTOR” dapat terselesaikan. Tugas ini adalah sebagai
syarat untuk mencapat derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas
Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan adanya bantuan dan
kerjasama dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan
ucapan terima kasih kepada pihak :
1. Sudi Mungkasi, Ph.D. Selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas
Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. PK. Purwadi, M.T. selaku ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains
dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. RB. Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si. selaku pembimbing tugas akhir.
4. Ir. Rines, M.T. Selaku kepala laboratorium Teknik Mesin Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
5. Doddy Purwadianto, M.T. selaku kepala laboratorium angin Teknik Mesin
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
6. Kepada keluarga saya yang selalu memberikan dukungan kepada saya.
7. Segenap staf pengajar Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma
yang telah mendidik dan memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis,
sehingga sangat berguna dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
8. Segenap staf dan karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata
Dharma.
9. Kepada rekan-rekan mahasiswa khusus angkatan 2013 dan 2014 yang telah
memberikan masukan-masukan dan dorongan dalam penyelesaian Tugas Akhir
ini.
10. Serta semua pihak yang tidak mungkin disebutkan satu per satu yang telah ikut
membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
x
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xi
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Satuan / unit
a Lebar sisi saluran air m
A Luas penampang m2
Cp Koefisien daya
Cm Koefisien torsi
D Diameter rotor m
d Diameter sudu m
Df Diameter plat terluar rotor m
DH Luas penampang saluran air m
EK Energi Kinetik Joule
EP Energi Potensial Joule
e Jarak celah dua sudu m
e’ Jarak celah dua sudu m
F Gaya penimbangan N
𝑔 Percepatan gravitasi m/s2
h Ketinggian permukaan air ke dasar air m
H Tinggi rotor m
L Panjang lengan rem m
LH Panjang saluran air agar aliran laminer m
m Massa kg
�̇� Massa air yang mengalir per satuan waktu kg/s
n Putaran kincir per menit
𝑝 Tekanan udara Pa
P Daya watt
Q Debit aliran fluida m3/s
Re Angka Reynold
T Torsi Nm
U Kecepatan aliran air m/s
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xii
Z Beda ketinggian antara dua titik 1 dan 2 m
α Aspect Ratio
β Overlap Ratio
λ Tip Speed Ratio
𝜌 Massa jenis fluida kg/m3
𝜇 Viskositas dinamik fluida Ns/m2
𝜔 Kecepatan sudut rad/s
𝛾 Berat jenis fluida N/m3
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiii
DAFTAR ISI
Halaman judul ………………………………………………..……………… i
Tittle page ……………………………………………………………………. ii
Pengesahan ……………………………………………………….………….. iii
Pernyataan Keaslian Tugas Akhir………………………………………….. v
Lembar pernyataan persetujuan publikasi………………………………… vi
Abstrak …………………………………………………………………..…. . vii
Abstract ..……………………………………………………………..……… viii
Kata Pengantar ……………………………………………………………… ix
Daftar simbol ………………………………………………………………… xi
Daftar isi ………………………………………………………………...…… xiii
Daftar Gambar …………………………………………………................... xiv
Daftar Tabel …………………………………………………………............ xv
BAB I PENDAHULUAN …………………………………………............... 1
1.1 Latar Belakang ………………………………………….…………..… 1
1.2 Perumusan Masalah ………………………………………..………… 4
1.3 Tujuan Penelitian …………………………………………………….. 4
1.4 Manfaat Penelitian ……………………………………………….…… 5
1.5 Batasan Masalah …………………………………………..………… 5
BAB II DASAR TEORI DAN KEPUSTAKAAN ………………................... 6
2.1 Dasar Teori ………………………………………………………..…… 6
2.1.1. Energi air ...…………………………..………………………………… 6
2.1.2. Daya Kincir ……………….………..………………………………….. 7
2.1.3. Kincir air tipe Savonius ……………………………………..………... 8
2.1.4. Landasan teori rotor Savonius…………..……………………………... 9
2.1.5. Teori kontinuitas ……………………….……………………….…….. 10
2.1.6 Aliran laminer di dalam saluran tertutup……………………………… 11
2.2 Tinjauan Pustakaan….…………………..……………………………. 12
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiv
BAB III METODE PENELITIAN ……………………………………….... 14
3.1 Penelitian ……………………………………………………………... 15
3.2 Alat dan Bahan …………………….………………............................. 16
3.2.1. Skema set up alat eksperiman ……..………………..….……………... 16
3.2.2. Spesifikasi dan keterangan alat ………..………………………….…… 17
a. Rotor Savonius……….…………………………………………….. 17
b. Deflektor ………………………………..……………………….… 18
c. Saluran air ……………..………………………………………..… 19
d. Tangki air pengatur kecepatan aliran .……………….…………….. 21
e. Rem torsi ………………………………………………………...... 22
3.2.3. Alat ……...……………………………………….…………………... 24
3.3 Diagram alir penelitian………………………………………………... 25
3.4 Langkah penelitian ….……………………………………………….. 26
3.5 Analisa data ………………………………………………………….. 26
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN………………….. 28
4.1 Data hasil percobaan…………………………..…………………….. 28
4.2 Pengolahan data dan perhitungan………………..………………...... 30
4.3 Tabel hasil pengolahan data dan perhitungan………..............……… 32
4.3.1 Tabel hasil pengolahan data tanpa deflektor………………………… 32
4.3.2 Tabel hasil pengolahan data dengan deflektor……………….………. 34
4.4 Grafik hasil perhitungan……………………………………………... 37
4.4.1. Grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putar kincir................ 37
4.4.2. Grafik hubungan antara koefisien daya kincir dengan Tip Speed Ratio 39
4.4.3. Grafik hubungan antara koefisien torsi kincir dengan Tip Speed Ratio 41
4.4.4. Grafik hubungan antara daya (watt) kincir dengan kecepatan putar
(rpm)…………………………………………………………………. 43
4.5 Pembahasan …………………………………………………………. 45
4.6 Perbandingan hasil penelitian ……………………………………….. 47
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN …………………………………….. 49
5.1 Kesimpulan ………………………………………………………….. 49
5.2 Saran ………………………………………………………………… 50
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xv
DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………….. 51
LAMPIRAN …………………………………………………………………. 53
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram Betz Limit. (Sumber : Johnson, 2006, hal. 18)……… 7
Gambar 2.2 Rotor Savonius dengan gaya drag celah sudu tertutup tipe U.
(Sumber : Frederikus W, 2014, hal. 299)……………………. 8
Gambar 2.3 Skema dari rotor Savonius tipe U. (Rotor Savonius
konvensional: e ≠ 0 dan e’ ≠ 0 ). (Sumber : Menet, 2004)….. 9
Gambar 2.4 Deflektor pada aliran fluida …………………………………. 10
Gambar 2.5 Saluran air persegi tertutup sama sisi ……………………….. 11
Gambar 3.1 Bagian utama set up spesimen penelitian.…………………… 15
Gambar 3.2 Gambar skema proses penelitian berlangsung……….............. 16
Gambar 3.3 Gambar rotor savonius penelitian……………………………. 17
Gambar 3.4 Struktur rotor Savonius dengan Deflektor pada aliran fluida.
(a) deflektor, (b) rotor Savonius, dan (c) fluida yang mengalir. 18
Gambar 3.5 Gambar konstruksi deflektor.……………………………..…... 19
Gambar 3.6 Gambar Saluran air terbuat dari akrilik 5mm sepanjang 2 meter 20
Gambar 3.7 Gambar ukuran tangki air pengatur kecepatan aliran…………... 21
Gambar 3.10 Gambar Desain alat rem torsi………………………………….. 22
Gambar 3.11 Gambar skema alat rem torsi………………………………....... 23
Gambar 4.1 Gambar set up metode penelitian oleh mabrouki dkk 2014……. 48
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Tabel spesifikasi rotor …………….…………………………. 17
Tabel 3.2 Tabel alat dan bahan………………………………………….. 24
Tabel 4.1 Tabel pengambilan data tanpa deflektor …………………….. 28
Tabel 4.2 Tabel pengambilan data dengan deflektor…………………... 29
Tabel 4.3 Tabel pengolahan data tanpa deflektor kecepatan aliran air
0,75 m/s..................................................................................... 32
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xvi
Tabel 4.4 Tabel pengolahan data tanpa deflektor kecepatan aliran air
0,9 m/s…………………………………………………………. 32
Tabel 4.5 Tabel pengolahan data tanpa deflektor kecepatan aliran air
1,1 m/s…………………………………………………………. 33
Tabel 4.6 Tabel pengolahan data dengan deflektor kecepatan aliran air
0,75 m/s……………………………………………………….. 34
Tabel 4.7 Tabel pengolahan data dengan deflektor kecepatan aliran air
0,9 m/s…………………………………………………………. 35
Tabel 4.8 Tabel pengolahan data dengan deflektor kecepatan aliran air
1,1 m/s………………………………………………………..... 36
Tabel 4.9 Tabel dimensi alat penelitian…………………………………. 47
Tabel 4.10 Tabel perbandingan data penelitian terdahulu dengan penulis.. 48
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang masalah
Pada zaman modern, energi listrik menjadi kebutuhan yang penting di
dalam kehidupan manusia terutama pada penggunaan teknologi, tingginya
peningkatan penggunaan teknologi membuat kebutuhan energi listrik semakin
meningkat setiap tahunnya. Di Indonesia peningkatan kebutuhan listrik
diperkirakan mencapai 6% per tahunnya (Outlook Energi Indonesia 2016).
Energi listrik di Indonesia yang dihasilkan rata-rata masih menggunakan
generator dengan sumber bahan bakar energi fosil berupa batubara, minyak
bumi dan gas alam yang keseluruhannya berkisar 76,8% (Outlook Energi
Indonesia 2016).
Sumber energi berbahan bakar fosil memiliki masalah sendiri keterbatasan
ketersediaannya di alam dan memiliki dampak buruk yang cukup berpengaruh
terhadap lingkungan. Emisi CO2 menyebabkan polusi dan pemanasan global.
Pemakaian energi berbahan bakar fosil berlebih menjadi masalah tersendiri bagi
Indonesia. terutama pada keterbatasan sumber daya alam Indonesia yang terus-
menerus dipakai dan juga diekspor terus menguras ketersedian bahan bakar
fosil di alam. Pengaruh terhadap lingkungan juga menjadi masalah yang perlu
diperhatikan pada tahun-tahun yang akan datang.
Sumber penghasil energi ramah lingkungan atau energi terbarukan menjadi
sebuah pilihan yang cukup bagus. Mengatasi masalah terhadap pengaruh buruk
penggunaan bahan bakar fosil, energi ramah lingkungan ini menjadi pilihan
yang bagus karena sumber energi yang diambil berjumlah tidak terbatas dan
tidak memiliki dampak yang sangat besar terhadap lingkungan, sumber energi
ini berasal dari sumber daya alam yang berlimpah berupa energi angin, energi
air, energi surya, energi laut dan energi panas bumi. Di luar Indonesia ada
beberapa negara-negara yang telah menggunakan energi terbarukan yang ramah
lingkungan sebagai penghasil kebutuhan energi listrik nasional negara mereka
sebesar 90%-100% seperti Scotland, United Kingdom, Costa Rica, German,
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
Norway, Denmark, New Zealand, Tokelau, Uruguay, Paraguay dan Spain
(Spanyol).
Pembangkit listrik tenaga air atau (PLTA) adalah pembangkit yang
mengandalkan energi potensial dan kinetik dari air untuk menghasilkan energi
listrik. Pada tahun 2015 tenaga air menghasilkan 16.6% total listrik dunia dan
70% dari seluruh energi terbarukan, dan diperkirakan akan naik 3.1% per tahun
sampai 25 tahun ke depan.
Tenaga air dihasilkan di 150 negara, dan kawasan Asia-Pasifik
menghasilkan 33% tenaga air global tahun 2013. China adalah penghasil energi
dengan tenaga air terbesar (920 TWh tahun 2013) menyumbang 16,9%
kebutuhan listrik domestik.
Ongkos listrik tenaga air relatif rendah, menjadikannya sumber yang
kompetitif untuk energi terbarukan. Pembangkitnya tidak menghabiskan air,
tidak seperti pembangkit batu bara atau gas. Ongkos listrik rata-rata untuk
pembangkit berukuran lebih dari 10 megawatt adalah 3 - 5 sen dolar AS per
kilowatt-jam. Dengan bendungan dan reservoir juga membuatnya sumber listrik
yang fleksibel karena listrik yang dihasilkan dapat dinaikkan atau diturunkan
sesuai kebutuhan. Ketika sebuah kompleks tenaga air dibangun, maka tidak
menghasilkan limbah langsung dan tingkat gas rumah kaca yang relatif lebih
rendah daripada pembangkit listrik berbahan bakar fosil.
Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah generator yang
dihubungkan ke turbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari air. Namun,
secara luas, pembangkit listrik tenaga air tidak hanya terbatas pada air dari
sebuah waduk atau air terjun, melainkan juga meliputi pembangkit listrik yang
menggunakan tenaga air dalam bentuk lain seperti tenaga ombak.
Mikrohidro atau yang dimaksud dengan Pembangkit Listrik Tenaga
Mikrohidro (PLTMH), adalah suatu pembangkit listrik skala kecil yang
menggunakan tenaga air sebagai tenaga penggeraknya seperti, saluran irigasi,
sungai atau air terjun alam dengan cara memanfaatkan tinggi terjunan (head)
dan jumlah debit air. Mikrohidro merupakan sebuah istilah yang terdiri dari kata
mikro yang berarti kecil dan hidro yang berarti air. Secara teknis, mikrohidro
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
memiliki tiga komponen utama yaitu air (sebagai sumber energi), turbin dan
generator. Mikrohidro mendapatkan energi dari aliran air yang memiliki
perbedaan ketinggian tertentu. Pada dasarnya, mikrohidro memanfaatkan
energi potensial jatuhan air (head). Semakin tinggi jatuhan air maka semakin
besar energi potensial air yang dapat diubah menjadi energi listrik. Di samping
faktor geografis (tata letak sungai), tinggi jatuhan air dapat pula diperoleh
dengan membendung aliran air sehingga permukaan air menjadi tinggi. Air
dialirkan melalui sebuah pipa pesat kedalam rumah pembangkit yang pada
umumnya dibagun di bagian tepi sungai untuk menggerakkan turbin atau kincir
air mikrohidro. Energi mekanik yang berasal dari putaran poros turbin akan
diubah menjadi energi listrik oleh sebuah generator. Mikrohidro bisa
memanfaatkan ketinggian air yang tidak terlalu besar, misalnya dengan
ketinggian air 2.5 meter dapat dihasilkan listrik 400 watt. Relatif kecilnya energi
yang dihasilkan mikrohidro dibandingkan dengan PLTA skala besar,
berimplikasi pada relatif sederhananya peralatan serta kecilnya areal yang
diperlukan guna instalasi dan pengoperasian mikrohidro. Hal tersebut
merupakan salah satu keunggulan mikrohidro, yakni tidak menimbulkan
kerusakan lingkungan. Perbedaan antara Pembangkit Listrik Tenaga Air
(PLTA) dengan mikrohidro terutama pada besarnya tenaga listrik yang
dihasilkan, PLTA di bawah ukuran 200 KW digolongkan sebagai mikrohidro.
Dengan demikian, sistem pembangkit mikrohidro cocok untuk menjangkau
ketersediaan jaringan energi listrik di daerah-daerah terpencil dan pedesaan.
Sungai-sungai atau selokan air dengan aliran air yang rendah dan potensi
ketinggian air yang rendah memiliki Energi Kinetik yang rendah dan sulit untuk
digunakan sebagai energi mekanik untuk menggerakkan kincir, namun tidak
berarti tidak bisa dimanfaatkan sebagai sumber energi, aliran air ini tetap bisa
dimanfaatkan dengan maksimal dengan menggunakan alat yang sesuai dan
tepat, seperti membuat penampungan air dan saluran air.
Kincir jenis Savonius menjadi pilihan untuk memanfaatkan sumber-sumber
tersebut dengan luas aliran yang sempit. Seperti pada penelitian A.C. Purnama
et al, 2013, pada Rancang Bangun Turbin Air Sungai Poros Vertikal Tipe
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
Savonius Dengan Menggunakan Deflektor dengan rotor Savonius tertutup
tanpa Deflektor, Dengan hasil yaitu; pada kecepatan aliran adalah 0,30 ; 0,57 ;
0,85 dan 1,08 meter per detik, tanpa Deflektor mendapat Koefisien Daya
sebesar 0,04 ; 0,10 ; 0,06 dan 0,05, dengan Deflektor Koefisien Daya sebesar
0,12 ; 0,13 ; 0,08 dan 0,06 untuk rotor Savonius satu tahap celah sudu tertutup.
Pada penelitian I. Mabrouki, Z. Driss, dan M. S. Abid, 2014, Experimental
Investigation of the Height Effect of Water Savonius Rotors, International
Journal of Mechanics and Applications. Dengan hasil yaitu mendapat koefisien
daya max sebesar 0,19 untuk tinggi rotor 100 mm, 0,047 untuk tinggi rotor
200mm. koefisien torsi max sebesar 0,155 untuk tinggi rotor 100mm dan 0,024
untuk tinggi rotor 200mm.
1.2 Perumusan masalah
Pada penelitian ini akan meneliti kincir air poros vertikal tipe Savonius dua
sudu celah terbuka tipe U dengan tinggi dan diameter kincir adalah 10 cm,
dengan variasi kecepatan aliran fluida 0,75 m/s, 0,9 m/s dan 1,1 m/s dengan
menggunakan deflektor dan tanpa deflektor pada saluran air buatan.
1.3 Tujuan penelitian
Berdasarkan latar belakang dan perumusan masalah pada permasalahan-
permasalahan oleh rekayasa energi air pada aliran air rendah, penelitian ini
berjutuan untuk :
1) Mengetahui potensi koefisien daya (Cp) yang dapat dihasilkan dengan kincir
air poros vertikal tipe Savonius dua sudu terbuka tipe U dengan menggunakan
deflektor pada aliran air yang berkecepatan rendah atau aliran air yang memiliki
potensi ketinggian yang rendah.
2) Mengetahui pengaruh penggunaan deflektor dan variasi kecepatan terhadap
Koefisien torsi (𝐶𝑚), koefisien daya (Cp), dan Tip Speed Ratio (TSR) (λ) pada
kincir air.
3) Membandingkan hasil penelitian dengan hasil penelitian oleh para peneliti
terdahulu yang digunakan sebagai referensi.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
1.4 Manfaat penelitian
Manfaat-manfaat yang diharapkan penulis dengan penelitian ini yaitu :
1) Menambah kepustakaan teknologi tentang pemanfaatan sumber daya energi air
dengan kincir air poros vertikal tipe Savonius dua sudu terbuka tipe U dengan
menggunakan deflektor.
2) Mengetahui potensi koefisien daya yang dihasilkan oleh kincir air tipe Savonius
pada kecepatan aliran air yang rendah atau potensi ketinggian air yang rendah.
3) Hasil penelitian dapat digunakan sebagai data-data dasar dalam menerapkan
penggunaan kincir air tipe Savonius pada sungai dengan aliran air yang rendah
dan potensi ketinggian yang rendah.
4) Ikut serta dalam upaya memasyarakatkan pemanfaatan energi alternatif.
5) Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi referensi untuk membantu
dalam penggunaan kincir air dan dalam penelitian selanjutnya.
1.5 Batasan masalah
Dalam penelitian ada beberapa hal yang dibatasi oleh penulis, yaitu :
1) Material yang digunakan tidak membahas masalah korosi.
2) Ukuran desain dan model kincir tidak dapat dirubah.
3) Penelitian dilakukan dengan pengoperasikan model kincir air pada saluran air
yang telah dirancang.
4) Pengambilan data hanya dilakukan dengan membuat simulasi menggunakan
aliran saluran buatan.
5) Kecepatan aliran air terbatas oleh kondisi sungai.
6) Tinggi air diabaikan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
BAB II
DASAR TEORI DAN KEPUSTAKAAN
2.1 Dasar teori
2.1.1.Energi air
Aliran air yang mengalir ini memiliki energi yang dapat digunakan, energi
ini adalah Energi Kinetik yang akan dapat digunakan menjadi energi mekanik
untuk menggerakkan alat seperti kincir air.
Energi yang terdapat dalam aliran air adalah Energi Kinetik, Energi
Potensial, dan Energi Aliran.
Energi Kinetik :
Energi kinetik adalah energi yang berkaitan dengan benda-benda bergerak.
Ketika sebuah benda bergerak, ada energi yang berkaitan dengan objek tersebut.
Energi berasal dari massa suatu objek yang bergerak dengan kecepatan tertentu,
energi kinetik dapat dirumuskan sebagai berikut:
𝐸𝐾 =1
2�̇�𝑈2 (1)
Energi Potensial :
Energi potensial adalah energi yang memperngaruhi benda karena posisi
(ketinggian) benda tersebut yang mana kecenderungan tersebut menuju tak
terhingga dengan arah dari gaya yang ditimbulkan dari energi potensial tersebut.
Persamaan energi potensial dapat dirumuskan sebagai berikut:
𝐸𝑃 = �̇�𝑔ℎ (2)
Energi Mekanik adalah energi yang muncul saat suatu alat menangkap
Energi Kinetik dan Energi Potensial pada aliran fluida.
𝐸𝑀 = 𝐸𝐾 + 𝐸𝑃 (3)
Jika Energi Kinetik, Energi Potensial, dan Energi Aliran disubstitusikan dan
disederhanakan, maka akan menjadi persamaan Bernoulli :
𝑍1 +𝑝1
𝛾+
𝑈12
2𝑔= 𝑍2 +
𝑝2
𝛾+
𝑈22
2𝑔 (4)
Dengan Z adalah beda ketinggian antara dua titik 1 dan 2, 𝑝 adalah tekanan,
g adalah percepatan gravitasi bumi, U adalah kecepatan aliran fluida, dan 𝛾
adalah berat jenis fluida.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
2.1.2.Daya kincir
Daya kincir adalah daya yang dihasilkan oleh poros kincir akibat daya fluida
yang melintasi sudu-sudu kincir. Pada tahun 1919 seorang fisikawan Jerman,
Albert Betz, menyimpulkan bahwa tidak pernah ada turbin yang dapat
mengkonversikan energi kinetik fluida ke dalam bentuk energi yang
menggerakkan rotor (kinetik) lebih dari 16/27 (59,3%). Dan hingga hari ini hal
tersebut dikenal dengan Betz Limit atau Hukum Bezt. Batasan ini tidak ada
hubungannya dengan ketidak efisienan pada generator, tapi lebih kepada turbin
angin itu sendiri.
Hubungan diagram Betz dengan Rotor Savonius adalah seberapa besar
koefisien daya (Cp) dan Tip Speed Ratio (TSR) yang dapat dihasilkan oleh rotor
Savonius yang seharusnya. Diagram Betz ini adalah diagram yang diteliti
dengan aliran fluida yaitu angin sebagai mediumnya, pada penelitian ini
menggunakan aliran fluida yaitu air sebagai mediumnya.
Gambar 2.1 : Diagram Betz Limit. (Sumber : Johnson, 2006, hal. 18)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
2.1.3.Kinci air tipe Savonius
Rotor Savonius diciptakan oleh Sirgurd Johannes Savonius pada tahun 1922.
Sebagai rotor vertikal sederhana, rotor Savonius bekerja karena terjadinya
perbedaan gaya antara masing-masing sudu. Rotor ini dapat dimanfaatkan pada
aliran sungai-sungai dengan kecepatan aliran yang rendah dan potensi
ketinggian yang rendah tanpa harus memakan banyak ruang dan rotor ini
mampu mendapat koefisien daya yang cukup tinggi pada aliran air dengan
kondisi tersebut.
Gambar 2.2 : Rotor Savonius dengan gaya drag celah sudu tertutup tipe U.
(Sumber : Frederikus W, 2014, hal. 299)
Bagian cekung sudu rotor ini menangkap dan mengkonversikan energi
kinetik yang dihasilkan oleh aliran fluida yang berupa udara atau air.
Selanjutnya energi yang ditangkap dijadikan energi gerak untuk menggerakkan
rotor Savonius dengan arah gerakan rotasi. Bentuk dari sudu rotor Savonius
memiliki gaya drag yang sedikit saat bergerak akibar aliran fluida atau Fcovex
dibandingkan dengan sudu yang bergerak oleh aliran fluida atau Fconvace. Rotor
ini terdiri dari dua sudu dengan membentuk seperti huruf S jika dilihat dari atas.
Prinsip kerja rotor Savonius vertikal yaitu. Ketika rotor berputar sekitar
sepertiga dari revolusinya, sudu yang terbuka menerima aliran fluida akan
berada dibelakang, kemudian sudu selanjutnya akan berputar dan menerima
aliran fluida, proses ini akan terus berulang-ulang selama ada aliran fluida.
Rotor Savonius terdiri dari tiga bagian utama yaitu: plat, poros, dan sudu.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
Gambar 2.3 : Skema dari rotor Savonius tipe U. (Rotor Savonius
konvensional: e ≠ 0 dan e’ ≠ 0 ). (Sumber : Menet, 2004)
2.1.4. Landasan teori rotor Savonius
Peforma dari kincir Savonius
Peforma dari kincir model Savonius dapat ditentukan dengan persamaan-
persamaan berikut:
a) Tip Speed Ratio (λ)
Tip Speed Ratio λ atau TSR pada kincir angin (pada kasus ini pada kincir
aliran air) adalah rasio antara kecepatan rotasi pada ujung sudu dan kecepatan
aktual dari aliran air yang akan kemudian berpengaruh terhadap kecepatan putar
rotor (Hayashi et al., 2005). Tip Speed Ratio λ atau TSR dengan menggunakan
ukuran diameter rotor dapat didefinisikan sebagai berikut:
λ = 𝜔𝐷
2𝑈 (5)
𝜔 = 2𝜋𝑛
60 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 (6)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
Dengan U adalah kecepatan aliran masuk fluida, 𝜔 adalah kecepatan sudut,
n adalah rotasi per menit (rpm) rotor dan D adalah diameter rotor.
b) Koefisien torsi (Cm) dan koefisien daya (Cp)
Koefisien torsi dan koefisien dari dari peforma rotor. (Mabrouki et al. 2014)
𝐶𝑚 = 4𝑇
𝜌𝐻𝐷2𝑈2 (7)
𝐶𝑝 = 2𝑃
𝜌𝐻𝐷𝑈3 (8)
𝑃 = 𝑇𝜔 (9)
𝑇 = 𝐹𝐿 (10)
Dengan Cm adalah koefisien torsi dari rotor dan Cp adalah koefisien dari
peforma rotor (daya), dengan 𝜌 adalah massa jenis fluida, dengan T adalah torsi,
D adalah diameter rotor, H adalah tinggi rotor, P adalah daya keluaran rotor, F
adalah gaya yang dihasilkan yaitu beban dikalikan gravitasi, L adalah panjang
lengan torsi dan U adalah kecepatan aliran fluida.
c) Efisiensi kincir Savonius
ɳ𝑘𝑖𝑛𝑐𝑖𝑟 = 𝐶𝑝 ∗ 100% (11)
2.1.5. Teori kontinuitas
Gambar 2.4 : Deflektor pada aliran fluida
Dengan L1 adalah lebar masukan pada konstruksi, L2 adalah lebar
keluaran konstruksi, dan Q adalah debit aliran.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
Peningkatan kecepatan aliran fluida karena penyempitan luas ruang
keluaran aliran fluida dapat dihitung dengan persamaan berikut:
Dengan persamaan kekekalan massa �̇�2 = �̇�1 jika A2 < A1 maka U2 > U1
𝑄 = 𝐴𝑈 (12)
𝑄1 = 𝑄2
𝐴1𝑈1 = 𝐴2𝑈2 (13)
Dengan A adalah luas konstruksi untuk masukan dan keluaran, dan U
adalah kecepatan aliran fluida.
2.1.6.Aliran laminer di dalam saluran tertutup
Menghitung aliran laminer untuk saluran air bisa dengan persamaan
berikut:
𝑅𝑒 =𝜌𝑈2𝐷𝐻
𝜇 (14)
Untuk 𝐷𝐻 pada saluran tertutup sama sisi :
Gambar 2.5 : Saluran air persegi tertutup sama sisi
𝐷𝐻 =4𝑎𝑎
4𝑎= 𝑎 (15)
Untuk panjang saluran air (𝐿𝐻) dengan aliran turbulen :
𝐿𝐻 = 1,359𝐷𝐻𝑅𝑒1/4 (16)
𝐿𝐻 = 𝑇𝑢𝑟𝑏𝑢𝑙𝑒𝑛 − 10 𝐷𝐻 (17)
Dengan Re adalah angka reynold, 𝜌 adalah massa jenis fluida, U adalah
kecepatan aliran fluida, 𝐷𝐻 adalah luas penampang saluran air, 𝑎 adalah lebar
sisi saluran air, 𝜇 adalah viskositas dinamik fluida, 𝐿𝐻 adalah panjang saluran
air agar aliran laminer.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
2.2 Tinjauan Pustakaan
Penelitian-penelitian yang telah dilakukan oleh peneliti lainnya dengan
menggunakan fluida air sebagai mediumnya :
Pada penelitian yang dilakukan oleh Mabrouki et al. 2014 dengan judul
Experimental Investigation of the Height Effect of Water Savonius Rotors,
International Journal of Mechanics and Applications, melakukan peneltian
terhadap pengaruh ketinggian rotor Savonius dengan dua sudu pada saluran air
buatan. Metode yang digunakan adalah menggunakan aliran air yang tidak
tetap, air ditampung di bak air kemudian dialirkan ke saluran air sampai volume
air di tangki habis. Aliran air yang mengalir sangatlah cepat yaitu 2,45 m/s
sampai 10 m/s dalam satu kali uji coba dan aliran yang mengalir sangatlah
turbulen. Ukuran rotor yang digunakan dalam penelitian ada dua ukuran, yaitu
D=190mm, H=200mm dan D=190mm, H=200mm. Dengan metode tersebut
mereka mendapatkan hasil yaitu mendapat koefisien daya max sebesar 0,19
untuk tinggi rotor 100 mm, 0,047 untuk H=200mm. koefisien torsi max sebesar
0,155 untuk H= 100mm dan 0,024 untuk tinggi rotor 200mm. di dalam
penelitian ini energi potensial tidak digunakan dalam perhitungan hasil data.
(Mabrouki et al. 2014)
Pada penelitian yang dilakukan oleh Mabrouki et al. 2014 dengan judul
Performance Analysis of a Water Savonius Rotor: Effect of the Internal Overlap,
melakukan penelitian terhadap pengaruh rasio overlap yang digunakan pada
rotor savonius, yaitu dengan rasio 0, 0,2, dan 0,3 dengan ukuran rotor
D=190mm dan H=200mm. metode penelitian yang dilakukan sama dengan
metode yang digunakan pada penelitian “Experimental Investigation of the
Height Effect of Water Savonius Rotors, International Journal of Mechanics
and Applications”. Dengan melakukan penelitian tersebut mereka memperoleh
hasil yaitu mendapat koefisien daya max sebesar 0,215 untuk rasio overlap 0
dan 0,327 untuk rasio overlap 0,3. koefisien torsi max sebesar 0,155 untuk rasio
overlap 0 dan 0,26 untuk rasio overlap 0,3. Di dalam penelitian ini energi
potensial tidak digunakan dalam perhitungan hasil data. (Mabrouki et al. 2014)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
Pada penelitian yang dilakukan oleh A.C. Purnama et al. 2013 dengan
judul Rancang Bangun Turbin Air Sungai Poros Vertikal Tipe Savonius Dengan
Menggunakan Pemandu Arah Aliran, melakukan penelitian terhadap
penggunaan deflektor dan tanpa deflektor pada rotor Savonius pada kecepatan
aliran sungai rendah. Ukuran dari rotor Savonius yang diteliti adalah D=180mm,
H=360mm, rasio overlap 0,2 diteliti pada kecepatan aliran air 0,30 m/s, 0,57
m/s, 0,85 m/s, dan 1,08 m/s. Metode yang digunakan dalam penelitian adalah
menggunakan aliran sungai langsung dengan meletakkan rotor Savonius di
sungai dan dilakukan pengujian. Dengan melakukan penelitian tersebut mereka
memperoleh hasil yaitu untuk tanpa deflektor mendapat koefisien daya max
sebesar 0,12 untuk kecepatan aliran air 0,3 m/s, 0,13 untuk kecepatan aliran air
0,57 m/s, 0,08 untuk kecepatan aliran air 0,85 m/s, dan 0,06 untuk kecepatan
aliran air 1,08 m/s. (A.C. Purnama et al. 2013)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Penelitian
Pada penelitian ini akan meneliti kincir air poros vertikal tipe Savonius
dua dengan celah sudu terbuka tipe U dengan tinggi dan diameter kincir adalah
10 cm, dengan variasi kecepatan aliran fluida 0,75 m/s, 0,9 m/s dan 1,1 m/s
dengan menggunakan deflektor dan tanpa deflektor pada saluran air buatan.
Didalam penelitian ini akan mencari potensi dari koefisien daya (Cp),
koefisien torsi ( 𝐶𝑚 ) dan Tip Speed Ratio (TSR) (λ) pada kincir air
menggunakan aliran sungai atau selokan yang lambat dengan menampung air
dan mengalirkannya dengan saluran buatan.
Tujuan dari desain alat yang digunakan di dalam penelitian adalah untuk
mempermudah mengatur debit aliran air dan kecepatan aliran air yang akan
digunakan di dalam penelitian ini.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
3.2 Alat dan Bahan
3.2.1. Skema set up alat eksperimen
Didalam melakukan penelitian digunakan set up alat seperti gambar berikut:
Gambar 3.1 : Bagian utama set up spesimen penelitian.
Keterangan :
1. Bak penampung air
2. Penutup pintu air.
3. Saluran air.
4. Rem torsi.
5. Deflektor.
6. Kincir.
1 6 cm
2
1 6 cm
6 cm
3
1 6 cm
6 cm
4
3
1 6 cm
6 cm
1 6 cm
6 cm
5
1 6 cm
1 6 cm
6 cm
6
3
1 6 cm
6 cm
1 6 cm
6 cm
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
Proses berlangsungnya kerja set up alat pada Gambar 3.1 dapat diskemakan
sebagai berikut:
Gambar 3.2 : Gambar skema proses penelitian berlangsung.
Dengan Q adalah debit masukan dari aliran air sungai, Qin adalah debit
masukan pada saluran air, U adalah kecepatan aliran fluida, Qout 1 adalah debit
berlebih yang keluar, Qout 2 adalah debit keluaran dari saluran air, a adalah
aliran air sungai, b adalah tangki air pengatur kecepatan aliran, dan c adalah
sungai.
Mula-mula tangki air (b) terisi penuh dengan masuknya air dari sungai (a),
kemudian volume air akan ditampung, setelah volume air yang ditampung
sudah melebihi tinggi pintu air yang dibuka maka volume air yang berlebihan
akan keluar melalui pintu air (Qout 1) kembali ke sungai (c), dengan mengatur
pintu air maka debit (Q) dapat diatur dan kemudian air akan masuk ke saluran
air dengan debit tertentu (Qin) dan kecepatan tertentu (U), kemudian akan
keluar melalui (Qout 2) kembali ke sungai (c).
Kincir
6 cm
c
6 cm
Q
6 cm
Qout 1
6 cm
Qin
6 cm
U
6 cm
Qout 2
6 cm
b
6 cm
c
6 cm
a
6 cm
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
3.2.2. Spesifikasi dan keterangan alat
a) Rotor Savonius
Rotor Savoniur adalah alat yang digunakan untuk menangkap Energi
Kinetik, Energi Potensial, dan Energi Aliran pada fluida yang mengalir dan
mengkonversikan Energi ini menjadi energi Kinetik dengan arah gerakan rotor
yang berotasi. Simbol-simbol dimensi rotor dapat dilihat pada gambar 2.3
Tabel 3.1 : Tabel spesifikasi rotor.
Diameter Ketinggian
Rotor H
(m)
Jarak Celah Aspect
Ratio
(α)
Overlap
Ratio
(𝛽)
Plat
(Df) m
Rotor
(D) m
Sudu
(d) m
1 (e) m 2 (e’) m
0,11 0,10 0,055
88
0,10
0,0139
7
0,0139
7
1 0,25
Gambar 3.3 : Gambar rotor savonius penelitian.
Akrilik 6 cm
PVC 6 cm
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
b) Deflektor
Di dalam penelitian kali ini akan digunakan deflektor sebagai pemandu
arah aliran fluda dan akan dibandingkan terhadap hasil data tanpa menggunakan
deflektor.
Deflektor adalah sebuah konstruksi yang bertujuan untuk mengarahkan
suatu aliran fluida ke arah tertentu atau mempersempit luas ruang keluaran
fluida tersebut, deflektor juga bisa digunakan dengan tujuan untuk
meningkatkan kecepatan suatu aliran fluida. Dengan menerapkan deflektor
pada kincir tipe savonius maka dapat mengurangi gaya drag, meningkatkan
kecepatan aliran, dan dapat meningkatkan efisiensi kincir. Desain atau
rancangan kincir savonius menggunakan desain sederhana seperti berikut:
Gambar 3.4 : Struktur rotor Savonius dengan Deflektor pada aliran fluida. (a)
deflektor, (b) rotor Savonius, dan (c) fluida yang mengalir.
Deflektor dipasang dengan jarak 10 cm dari poros kincir, dapat dilihat pada
Gambar 3.1.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
Deflektor terbuat dari akrilik.
Gambar 3.5 : Gambar konstruksi deflektor
c) Saluran air
Saluran air adalah tempat aliran air akan mengalir, panjang saluran air ini
adalah 8 meter, dengan panjang 8 meter maka dapat menjamin aliran air akan
selalu laminer dan memiliki jarak untuk pemasangan alat ukur dan kincirnya.
Saluran air ini terbuat dari akrilik setebal 5 mm dan dibagi menjadi 4
bagian dengan panjang masing-masing adalah 2 meter dan disambung menjadi
8 meter.
Didalam penelitian ini kami menggunakan saluran air buatan untuk
mengalirkan fluida ke kincir air yang kami rancang, saluran air yang kami
rancang haruslah dapat membuat aliran fluida menjadi aliran laminer dan aliran
fluidanya dapat dilihat langsung.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
Dengan kecepatan aliran fluida 1,1 m/s dari tangki air masuk ke saluran
air dapat menyebabkan aliran turbulen sehingga menyebabkan kecepatan aliran
tidak stabil, oleh karena itu panjang dari saluran haruslah dihitung.
Gambar 3.6 : Gambar Saluran air terbuat dari akrilik 5mm sepanjang 2 meter.
Panjang dari saluran air ini ditentukan dengan perhitingan-perhitungan
berikut:
Dengan persamaan 14 sampai 17 maka diperoleh angka Reynold sebesar
303.258 dengan 𝜌 sebesar 1000 kg/m3, U sebesar 1,1 m/s, 𝐷𝐻 sebesar 0,2 , 𝜇
sebesar 0,000798. Dengan angka Reynold 303.258 maka aliran pada saat
masuk saluran air adalah dalam kondisi sangat Turbulen, maka dibutuhkan jarak
tertentu agar aliran menjadi laminer.
Dengan angka Reynold sebesar 303.258 maka panjang saluran air yang
dibutuhkan agar aliran menjadi laminer (𝐿𝐻) adalah 4,37 meter.
Dengan hasil diatas maka desain saluran air kami haruslah minimal sepanjang
4,37 meter agar mendapat aliran laminer dan kecepatan yang stabil. Jarak 4,37
meter tersebut akan ditambah lagi dengan jarak pemasangan alat ukur dan jarak
kincir air dari aliran air yang laminer.
Akrilik 5mm 6 cm
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
d) Tangki air pengatur kecepatan aliran
Tangki air akan digunakan sebagai sumber penampungan fluida dan
pengatur kecepatan aliran fluida, karena di dalam penelitian ini menggunaan
aliran air sungai sebagai sumber fluida agar debit yang dibutuhkan dapat
terpenuhi.
Dikarenakan kecepatan aliran fluida yang dibituhkan adalah aliran secara
konstan dengan debit yang tetap dan kecepatan yang diinginkan, maka tidak
boleh adanya perubahan yang terlalu besar pada kecepatan aliran fluida, oleh
karena itu pintu air akan ditutup sampai kecepatan aliran sesuai yang
dibutuhkan
Tangki ini terbuat dari triplek 12 mm yang dilapisi dengan resin yang
berfungsi sebagai pengatur kecepatan aliran air dengan mengubah ketinggian
permukaan air dengan menutup pintu air. Air yang masuk ke tangki akan
mengalir keluar (a) mengalir ke saluran air buatan dan air yang berlebihan dari
tinggi air yang ditentukan akan keluar melalui pintu air (b).
Gambar 3.7 : Gambar ukuran tangki air pengatur kecepatan aliran.
b 6 cm
a 6 cm
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
e) Rem torsi
Rem torsi adalah alat yang akan digunakan untuk mengukur daya torsi dan
kecepatan putar per menit yang dihasilkan oleh kincir yang diteliti, skema dari
alat ini adalah sebagai berikut.
Gambar 3.10 : Gambar Desain alat rem torsi
1
2
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
Gambar 3.11 : Gambar skema alat rem torsi
1. Poros
2. Timbangan
3. Tempat mengukur rpm
4. Piring rem
5. Tempat menyambung dengan poros rotor
6. Kapas rem
7. Pegas pengatur rem
8. Lengan rem
9. Tali penghubung dengan timbangan.
Cara kerja alat :
Dapat dilihat pada gambar 3.10 dan gambar 3.11 saat poros disambung
dengan kincir (5) maka piring rem (4) akan ikut berputar bersama dengan kincir
berlawanan arah jarum jam, rem torsi akan dikencangkan (7) dan kemudian
kapas rem (6) akan menjepit dan mengerem piring rem (4), karena lengan rem
(8) tidak fix maka lengan rem akan ikut berputar searah jarum jam, akibat
putaran lengan rem maka ujung lengan yang dipasang tali (9) akan tertarik dan
tali ini akan menarik timbangan pada alat ukur beban (2).
6
5
4
3
7
9 8
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
3.2.3.Alat
Alat-alat yang digunakan untuk melaksanakan penelitian yang dilakukan :
Tabel 3.2 : Tabel alat dan bahan.
No Nama alat Tujuan penggunaan
1 Tachometer Mengukur revolusi per minute rotor (rpm)
Mesin bor Mengebor spesimen
3 Timbangan Mengukur beban yang dihasilkan oleh rem torsi
4 Anonemeter Mengukur kecepatan aliran fluida
5 Meteran Mengukur spesimen dan ketinggian permukaan
fluida
6 Alat potong Memotong bahan untuk membuat alat
7 Alat tulis Menulis pengambilan data
8 Mesin gerinda Memotong spesimen
9 Palu Memasang spesimen
10 Gergaji Memotong spesimen
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
3.3 Diagram alir penelitian
Diagram alir untuk penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut :
Hasil Tidak
Bagus
MULAI
STUDY PUSTAKA
PERANCANGAN ALAT PENELITIAN
PEMBUATAN ALAT PENELITIAN
SET UP ALAT PENELITIAN
PENGAMBILAN DATA
MELAKUKAN PENELITIAN DENGAN VARIASI
1. VARIASI KECEPATAN ALIRANTANPA DEFLEKTOR
2. VARIASI KECEPATAN ALIRAN DENGAN DEFLEKTOR
PENGOLAHAN
DATA
KESIMPULAN
SELESAI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
3.4 Langkah penelitian
Didalam melakukan penelitian ini ada langkah-langkah yang perlu dikakukan
dalam melakukan penelitian dan pengambilan data, yaitu :
1. Penelitian akan diawali dengan melakukan persiapan set up penelitian seperti
pada Gambar 3.1 dan Gabar 3.2.
2. Air diarahkan ke tangki air dengan pengarah aliran air
3. Katup pada tangki air dibuka agar air mengalir.
4. Pengambilan data terhadap parameter-parameter yang diperlukan akan diambil
dalam ukuran beban torsi yang dihasilkan oleh rem torsi sampai kincir tidak
berotasi lagi.
5. setelah selesai dengan melakukan penelitian pada variasi pertama, maka akan
dilanjutkan pada variasi selanjutnya.
6. Setelah selesai melakukan pengambilan data terhadap parameter-parameter
yang diperlukan, pengarah aliran air dilepas.
7. Set up alat dibongkar dan disimpan.
8. Data parameter-parameter yang diproleh akan diproses untuk mencari koefisien
torsi (𝐶𝑚), koefisien daya (Cp), dan Tip Speed Ratio (TSR) (λ) dengan bentuk
grafik dan tabel.
3.5 Analisa data
Parameter-parameter yang perlu diukur selama penelitian berlangsung yaitu:
1. Kecepatan aliran air (U).
2. Putaran poros yang dihasilkan dalam tiap menit, rpm (n).
3. Gaya torsi yang dihasilkan oleh rotor (T).
Data yang perlu dianalisis setelah melakukan penelitian yaitu:
1. Koefisien torsi (𝐶𝑚).
2. Koefisien daya (Cp).
3. Tip Speed Ratio (TSR) (λ).
4. Pengaruh deflektor.
Pengolahan dan analisis data diawali dengan melakukan penelitian terlebih
dahulu kemudian melakukan perhitungan-perhitungan pada parameter-parameter
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
yang diperlukan dengan menggunakan persamaan (8) sampai dengan persamaan
(13). Pengolahan dan analisis data akan disajikan dengan bentuk tabel, grafik dan
kemudian kesimpulan.
Grafik dibuat sesuai dengan referensi penelitian yang digunakan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Data hasil percobaan
Didalam melakukan percobaan dan pengambilan data yang dilakukan
terdapat beberapa reduksi pada hasil data yang diambil, hal-hal ini disebabkan
oleh beban atau berat dari rem torsi dan poros yang digunakan mengakibatkan
data yang diambil mengalami reduksi.
Data-data hasil pengambilan data untuk variasi kecepatan aliran air 0,75 m/s,
0,9 m/s dan 1,1 m/s untuk tanpa menggunakan deflektor ditampilkan pada Tabel
4.1.
Tabel 4.1 Tabel pengambilan data tanpa deflektor
U = 0.75 m/s U = 0.9 m/s U = 1.1 m/s
No Beban
(Kg) rpm (n)
Beban
(Kg) rpm (n)
Beban
(Kg) rpm (n)
1 0.000 155 0.000 174 0.000 294
2 0.030 111 0.030 122 0.030 264
3 0.040 104 0.040 115 0.040 246
4 0.050 98 0.050 109 0.050 223
5 0.060 55 0.060 81 0.060 190
6 0.070 0 0.070 56 0.070 164
7 0.080 33 0.080 144
8 0.090 0 0.090 130
9 0.100 118
10 0.110 108
11 0.120 100
12 0.130 94
13 0.140 90
14 0.150 77
15 0.160 67
16 0.170 35
17 0.180 0
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
Data-data hasil pengambilan data untuk variasi kecepatan aliran air 0,75 m/s,
0,9 m/s dan 1,1 m/s untuk dengan menggunakan deflektor ditampilkan pada
Tabel 4.2.
Tabel 4.2 Tabel pengambilan data dengan deflektor
U = 0.75 m/s U = 0.9 m/s U = 1.1 m/s
No Beban
(Kg) rpm (n)
Beban
(Kg) rpm (n)
Beban
(Kg) rpm (n)
1 0.000 216 0.000 235 0.000 327
2 0.030 184 0.030 204 0.030 272
3 0.040 176 0.040 193 0.040 257
4 0.050 166 0.050 187 0.050 245
5 0.060 156 0.060 180 0.060 217
6 0.070 149 0.070 173 0.070 194
7 0.080 144 0.080 168 0.080 179
8 0.090 141 0.090 162 0.090 161
9 0.100 137 0.100 149 0.100 147
10 0.110 128 0.110 136 0.110 137
11 0.120 120 0.120 126 0.120 130
12 0.130 113 0.130 117 0.130 121
13 0.140 101 0.140 109 0.140 113
14 0.150 74 0.150 104 0.150 108
15 0.160 61 0.160 97 0.160 94
16 0.170 44 0.170 83 0.170 76
17 0.180 33 0.180 70 0.180 61
18 0.190 0 0.190 63 0.190 55
19 0.200 49 0.200 47
20 0.210 30 0.210 38
21 0.220 0 0.220 32
22 0.230 0
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
4.2 Pengolahan data dan perhitungan
Contoh-contoh perhitungan diambil dari tabel 4.2 kecepatan aliran air 1.1 m/s
baris ke 14
1) Perhitungan torsi (T)
Besar torsi yang dihasilkan oleh kincir air pada pada aliran air yang mengalir
dapat dicari dengan mengetahui beban terukur pada timbangan dan panjang
lengan torsi menggunakan persamaan 10 :
𝑇 = 𝐹𝐿
= 1,472 . 0,1
= 0,147 Nm
Sehingga torsi yang didapat adalah 0,147 Nm
2) Perhitungan kecepatan sudut (𝜔)
Dengan diketahui kecepatan putaran per menit sebesar 108 (rpm) maka
kecepatan sudut dapat ditentukan dengan persamaan 6 :
𝜔 = 2𝜋𝑛
60 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
= 2𝜋 . 108
60 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
= 11,310 rad/s
Maka kecepatan sudut yang didapat adalah 11,310 rad/s
3) Perhitungan Tip Speed Ratio (TSR) (λ)
Dengan mengetahui kecepatan aliran sebesar air 1,1 m/s, kecepatan sudut
11,310 rad/s dan diameter kincir 0,1 m maka TSR dapat dicari menggunakan
persamaan 5 :
λ = 𝜔𝐷
2𝑈
= 11,310 . 0,1
2 . 1,1
= 0,514
Maka Tip Speed Ratio yang didapat adalah 0,514
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
4) Perhitungan daya (watt) (P)
Dengan mengetahui torsi sebesar 0,147 Nm dan kecepatan sudut 11,310 rad/s
maka daya yang dihasilkan dari kincir bisa dicari menggunakan persamaan 9 :
𝑃 = 𝑇𝜔
= 0,147 Nm . 3,351 Rad/s
= 1,664 watt
Maka daya yang didapat adalah 1,664 watt
5) Perhitungan koefisien torsi (Cm)
Dengan mengetahui torsi sebesar 0,147 Nm, massa jenis fluida 1000 kg/m3,
tinggi 0,1 m, lebar diameter kincir 0,1 m dan kecepatan aliran air 1,1 m/s maka
koefisien torsi dapat dicari menggunakan persamaan 7 :
𝐶𝑚 = 4𝑇
𝜌𝐻𝐷2𝑈2
= 4 . 0,147
1000 . 0,1 . 0,12 . 1,12
= 0,486
Maka koefisien torsi yang didapat adalah 0,486 (48,6%)
6) Perhitungan koefisien daya (Cp)
Dengan mengetahui daya yang dihasilkan kincir sebesar 1,664 watt, massa jenis
fluida 1000 kg/m3, tinggi kincir 0,1 m, lebar diameter kincir 0,1 m dan
kecepatan aliran air 1,1 m/s maka koefisien daya dapat dicari dengan persamaan
8 :
𝐶𝑝 = 2𝑃
𝜌𝐻𝐷𝑈3
= 2 . 1,664
1000 . 0,1 . 0,1 . 1,13
= 0,250
Maka koefisien daya yang didapat adalah 0,250 (25%)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
4.3 Tabel hasil pengolahan data dan perhitungan
Setelah mendapatkan data-data dari pengekuran dan perhitungan-
perhitungan pengolahan data, data disajikan dalam bentuk tabel
4.3.1. Tabel hasil pengolahan data tanpa deflektor
Data-data hasil pengolahan data untuk variasi kecepatan aliran air 0,75 m/s,
0,9 m/s dan 1,1 m/s untuk tanpa menggunakan deflektor ditampilkan pada Tabel
4.3, Tabel 4.4 dan Tabel 4.5.
Tabel 4.3 Tabel pengolahan data tanpa deflektor kecepatan aliran air 0,75 m/s
No Torsi
(Nm) ω
TSR
(λ) P Cm Cp
1 0,000 16,232 1,082 0,000 0,000 0,000
2 0,029 11,624 0,775 0,342 0,209 0,162
3 0,039 10,891 0,726 0,427 0,279 0,203
4 0,049 10,263 0,684 0,503 0,349 0,239
5 0,059 5,760 0,384 0,339 0,419 0,161
6 0,069 0,000 0,000 0,000 0,488 0,000
Tabel 4.4 Tabel pengolahan data tanpa deflektor kecepatan aliran air 0,9 m/s
No Torsi
(Nm) ω
TSR
(λ) P Cm Cp
1 0,000 18,221 1,012 0,000 0,000 0,000
2 0,029 12,776 0,710 0,376 0,145 0,103
3 0,039 12,043 0,669 0,473 0,194 0,130
4 0,049 11,414 0,634 0,560 0,242 0,154
5 0,059 8,482 0,471 0,499 0,291 0,137
6 0,069 5,864 0,326 0,403 0,339 0,110
7 0,078 3,456 0,192 0,271 0,388 0,074
8 0,088 0,000 0,000 0,000 0,436 0,000
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
Tabel 4.5 Tabel pengolahan data tanpa deflektor kecepatan aliran air 1,1 m/s
No Torsi
(Nm) ω
TSR
(λ) P Cm Cp
1 0,000 30,788 1,399 0,000 0,000 0,000
2 0,029 27,646 1,257 0,814 0,097 0,122
3 0,039 25,761 1,171 1,011 0,130 0,152
4 0,049 23,353 1,061 1,145 0,162 0,172
5 0,059 19,897 0,904 1,171 0,195 0,176
6 0,069 17,174 0,781 1,179 0,227 0,177
7 0,078 15,080 0,685 1,183 0,259 0,178
8 0,088 13,614 0,619 1,202 0,292 0,181
9 0,098 12,357 0,562 1,212 0,324 0,182
10 0,108 11,310 0,514 1,220 0,357 0,183
11 0,118 10,472 0,476 1,233 0,389 0,185
12 0,128 9,844 0,447 1,255 0,422 0,189
13 0,137 9,425 0,428 1,294 0,454 0,195
14 0,147 8,063 0,367 1,187 0,486 0,178
15 0,157 7,016 0,319 1,101 0,519 0,165
16 0,167 3,665 0,167 0,611 0,551 0,092
17 0,177 0,000 0,000 0,000 0,584 0,000
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
4.3.2.Tabel hasil pengolahan data tanpa deflektor
Data-data hasil pengolahan data untuk variasi kecepatan aliran air 0,75 m/s,
0,9 m/s dan 1,1 m/s untuk dengan menggunakan deflektor ditampilkan pada
Tabel 4.6, Tabel 4.7 dan Tabel 4.8.
Tabel 4.6 Tabel pengolahan data dengan deflektor kecepatan aliran air 0,75
m/s
No Torsi
(Nm) ω
TSR
(λ) P Cm Cp
1 0,000 22,619 1,508 0,000 0,000 0,000
2 0,029 19,268 1,285 0,567 0,209 0,269
3 0,039 18,431 1,229 0,723 0,279 0,343
4 0,049 17,383 1,159 0,853 0,349 0,404
5 0,059 16,336 1,089 0,962 0,419 0,456
6 0,069 15,603 1,040 1,071 0,488 0,508
7 0,078 15,080 1,005 1,183 0,558 0,561
8 0,088 14,765 0,984 1,304 0,628 0,618
9 0,098 14,347 0,956 1,407 0,698 0,667
10 0,108 13,404 0,894 1,446 0,767 0,686
11 0,118 12,566 0,838 1,479 0,837 0,701
12 0,128 11,833 0,789 1,509 0,907 0,715
13 0,137 10,577 0,705 1,453 0,977 0,689
14 0,147 7,749 0,517 1,140 1,046 0,541
15 0,157 6,388 0,426 1,003 1,116 0,475
16 0,167 4,608 0,307 0,768 1,186 0,364
17 0,177 3,456 0,230 0,610 1,256 0,289
18 0,186 0,000 0,000 0,000 1,325 0,000
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
Tabel 4.7 Tabel pengolahan data dengan deflektor kecepatan aliran air 0,9 m/s
No Torsi
(Nm) ω
TSR
(λ) P Cm Cp
1 0,000 24,609 1,367 0,000 0,000 0,000
2 0,029 21,363 1,187 0,629 0,145 0,172
3 0,039 20,211 1,123 0,793 0,194 0,218
4 0,049 19,583 1,088 0,961 0,242 0,264
5 0,059 18,850 1,047 1,109 0,291 0,304
6 0,069 18,117 1,006 1,244 0,339 0,341
7 0,078 17,593 0,977 1,381 0,388 0,379
8 0,088 16,965 0,942 1,498 0,436 0,411
9 0,098 15,603 0,867 1,531 0,484 0,420
10 0,108 14,242 0,791 1,537 0,533 0,422
11 0,118 13,195 0,733 1,553 0,581 0,426
12 0,128 12,252 0,681 1,563 0,630 0,429
13 0,137 11,414 0,634 1,568 0,678 0,430
14 0,147 10,891 0,605 1,603 0,727 0,440
15 0,157 10,158 0,564 1,594 0,775 0,437
16 0,167 8,692 0,483 1,450 0,824 0,398
17 0,177 7,330 0,407 1,294 0,872 0,355
18 0,186 6,597 0,367 1,230 0,920 0,337
19 0,196 5,131 0,285 1,007 0,969 0,276
20 0,206 3,142 0,175 0,647 1,017 0,178
21 0,216 0,000 0,000 0,000 1,066 0,000
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
Tabel 4.8 Tabel pengolahan data dengan deflektor kecepatan aliran air 1,1 m/s
No Torsi
(Nm) ω
TSR
(λ) P Cm Cp
1 0,000 34,243 1,557 0,000 0,000 0,000
2 0,029 28,484 1,295 0,838 0,097 0,126
3 0,039 26,913 1,223 1,056 0,130 0,159
4 0,049 25,656 1,166 1,258 0,162 0,189
5 0,059 22,724 1,033 1,338 0,195 0,201
6 0,069 20,316 0,923 1,395 0,227 0,210
7 0,078 18,745 0,852 1,471 0,259 0,221
8 0,088 16,860 0,766 1,489 0,292 0,224
9 0,098 15,394 0,700 1,510 0,324 0,227
10 0,108 14,347 0,652 1,548 0,357 0,233
11 0,118 13,614 0,619 1,603 0,389 0,241
12 0,128 12,671 0,576 1,616 0,422 0,243
13 0,137 11,833 0,538 1,625 0,454 0,244
14 0,147 11,310 0,514 1,664 0,486 0,250
15 0,157 9,844 0,447 1,545 0,519 0,232
16 0,167 7,959 0,362 1,327 0,551 0,199
17 0,177 6,388 0,290 1,128 0,584 0,169
18 0,186 5,760 0,262 1,074 0,616 0,161
19 0,196 4,922 0,224 0,966 0,649 0,145
20 0,206 3,979 0,181 0,820 0,681 0,123
21 0,216 3,351 0,152 0,723 0,713 0,109
22 0,226 0,000 0,000 0,000 0,746 0,000
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
4.4 Grafik hasil perhitungan
Dari data yang telah diperoleh, kemudian diolah kembali ke dalam bentuk
grafik untuk mengetahui hubungan antara torsi (Nm) dengan kecepatan putar
kincir (rpm), koefisien daya kincir (Cp) dengan Tip Speed Ratio (TSR),
koefisien torsi kincir (Cm) dengan Tip Speed Ratio (TSR). Grafik yang
disajikan untuk setiap variasi kecepatan percobaan dapat dilihat pada grafik
berikut ini
4.4.1. Grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putar kincir
Berdasarkan hasil perhitungan yang telah dilakukan pada Tabel 4.3, 4.4, 4.5,
4.6, 4.7 dan 4.8 maka dapat dibuat grafik hubungan antara torsi dengan
kecepatan putar kincir yang disajikan pada Grafik 4.1, 4.2 dan 4.3
Grafik 4.1 : Grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putar kincir pada
kecepatan aliran air 0,75 m/s
0
50
100
150
200
250
0,000 0,020 0,040 0,060 0,080 0,100 0,120 0,140 0,160 0,180 0,200
rpm
Torsi (Nm)
Tanpa Deflektor Dengan Deflektor
Poly. (Tanpa Deflektor) Poly. (Dengan Deflektor)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
Grafik 4.2 : Grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putar kincir pada
kecepatan aliran air 0,9 m/s
Grafik 4.3 : Grafik hubungan antara torsi dengan kecepatan putar kincir pada
kecepatan aliran air 1,1 m/s
0
50
100
150
200
250
0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250
rpm
Torsi (Nm)
Tanpa Deflektor Dengan Deflektor
Poly. (Tanpa Deflektor) Poly. (Dengan Deflektor)
0
50
100
150
200
250
300
350
0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250
rpm
Torsi (Nm)
Tanpa Deflektor Dengan Deflektor
Poly. (Tanpa Deflektor) Poly. (Dengan Deflektor)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
4.4.2. Grafik hubungan antara koefisien daya kincir dengan Tip Speed Ratio
Berdasarkan hasil perhitungan yang telah dilakukan pada Tabel 4.3, 4.4, 4.5,
4.6, 4.7 dan 4.8 maka dapat dibuat grafik hubungan antara koefisien daya kincir
dengan Tip Speed Ratio yang disajikan pada Grafik 4.4, 4.5 dan 4.6
Grafik 4.4 : Grafik hubungan antara koefisien daya kincir dengan Tip Speed
Ratio pada kecepatan aliran air 0,75 m/s
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600
Cp
TSR
Tanpa Deflektor Dengan Deflektor
Poly. (Tanpa Deflektor) Poly. (Dengan Deflektor)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
Grafik 4.5 : Grafik hubungan antara koefisien daya kincir dengan Tip Speed
Ratio pada kecepatan aliran air 0,9 m/s
Grafik 4.6 : Grafik hubungan antara koefisien daya kincir dengan Tip Speed
Ratio pada kecepatan aliran air 1,1 m/s
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0,400
0,450
0,500
0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600
Cp
TSR
Tanpa Deflektor Dengan Deflektor
Poly. (Tanpa Deflektor) Poly. (Dengan Deflektor)
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800
Cp
TSR
Tanpa Deflektor Dengan Deflektor
Poly. (Tanpa Deflektor) Poly. (Dengan Deflektor)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
4.4.3.Grafik hubungan antara koefisien torsi kincir dengan Tip Speed Ratio
Berdasarkan hasil perhitungan yang telah dilakukan pada Tabel 4.3, 4.4, 4.5,
4.6, 4.7 dan 4.8 maka dapat dibuat grafik hubungan antara koefisien torsi kincir
dengan Tip Speed Ratio yang disajikan pada Grafik 4.7, 4.8 dan 4.9
Grafik 4.7 : Grafik hubungan antara koefisien torsi kincir dengan Tip Speed
Ratio pada kecepatan aliran air 0,75 m/s
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
1,400
1,600
0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600
Cm
TSR
Tanpa Deflektor Dengan Deflektor
Poly. (Tanpa Deflektor) Poly. (Dengan Deflektor)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
Grafik 4.8 : Grafik hubungan antara koefisien torsi kincir dengan Tip Speed
Ratio pada kecepatan aliran air 0,9 m/s
Grafik 4.9 : Grafik hubungan antara koefisien torsi kincir dengan Tip Speed
Ratio pada kecepatan aliran air 1,1 m/s
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600
Cm
TSR
Tanpa Deflektor Dengan Deflektor
Poly. (Tanpa Deflektor) Poly. (Dengan Deflektor)
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,900
0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800
Cm
TSR
Tanpa Deflektor Dengan Deflektor
Poly. (Tanpa Deflektor) Poly. (Dengan Deflektor)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
43
4.4.4. Grafik hubungan antara daya (watt) kincir dengan kecepatan putar (rpm)
Berdasarkan hasil perhitungan yang telah dilakukan pada Tabel 4.3, 4.4, 4.5,
4.6, 4.7 dan 4.8 maka dapat dibuat grafik hubungan antara koefisien torsi kincir
dengan kecepatan putar (rpm) yang disajikan pada Grafik 4.10, 4.11 dan 4.12
Grafik 4.11 : Grafik hubungan antara daya (watt) kincir dengan rpm pada
kecepatan aliran air 0,75 m/s
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
1,400
1,600
0 50 100 150 200 250
Day
a (w
att)
rpm
Tanpa Deflektor Dengan Deflektor
Poly. (Tanpa Deflektor) Poly. (Dengan Deflektor)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
44
Grafik 4.11 : Grafik hubungan antara daya (watt) kincir dengan rpm pada
kecepatan aliran air 0,9 m/s
Grafik 4.12 : Grafik hubungan antara daya (watt) kincir dengan rpm pada
kecepatan aliran air 1,1 m/s
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
1,400
1,600
1,800
0 50 100 150 200 250
Day
a (w
att)
rpm
Tanpa Deflektor Dengan Deflektor
Poly. (Tanpa Deflektor) Poly. (Dengan Deflektor)
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
1,400
1,600
1,800
0 50 100 150 200 250 300 350
Day
a (w
att)
rpm
Tanpa Deflektor Dengan Deflektor
Poly. (Tanpa Deflektor) Poly. (Dengan Deflektor)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
45
4.5 Pembahasan
Dari hasil penelitian kincir air poros vertikal tipe Savonius dua sudu celah
terbuka tipe U dengan tinggi dan diameter kincir adalah 10 cm, dengan variasi
kecepatan aliran air adalah 0,75 m/s, 0,9 m/s dan 1,1 m/s dengan menggunakan
deflektor dan tanpa deflektor pada saluran air buatan tertutup, dapat dicari unjuk
kerja kincir air yang terbaik. Pada data hubungan antara torsi (Nm) dan
kecepatan putar kincir (rpm) dapat dilihat bahwa pada kecepatan aliran air 1,1
m/s dengan menggunakan deflektor menghasilkan torsi yang paling besar
diantara variasi kecepatan lainnya dengan menggunakan deflektor. Hal tersebut
dapat dilihat pada kecepatan putaran poros sebesar 32 (rpm) dan gaya 2,158 N
yang menghasilkan torsi sebesar 0,216 Nm.
Pada data hubungan antara koefisien daya kincir (Cp) dan Tip Speed Ratio
(TSR), dapat dilihat bahwa data dengan menggunakan deflektor meningkat
dengan drastis terhadap koefisien daya kincir dan Tipe Speed Ratio
dibandingkan terhadap tanpa menggunakan deflektor. Hal tersebut diakibatkan
oleh kecepatan aliran (m/s) yang meningkat menjadi dua kali lebih cepat dengan
deflektor dan berkurangnya gaya drag dikarenakan deflektor membelokkan
aliran air ke arah sudu yang digunakan untuk menangkap aliran air sehingga
aliran air yang menabrak sudu yang tidak menangkap aliran air berkurang cukup
besar. Hasil data hubungan antara koefisien daya kincir (Cp) dan Tip Speed
Ratio (TSR) yang paling tinggi diperoleh pada kecepatan aliran air 0,75 m/s
dengan menggunakan deflektor, dengan koefisien daya sebesar 0,715 (71,5%)
pada Tip Speed Ratio sebesar 0,789 menjadi hubungan tertinggi antara
hubungan data yang lainnya.
Hasil data hubungan antara koefisien torsi kincir (Cm) dan Tip Speed Ratio
(TSR) yang paling tinggi diperoleh pada kecepatan aliran air 0,75 m/s dengan
menggunakan deflektor, dengan koefisien daya sebesar 1,256 (125,6%) pada
Tip Speed Ratio sebesar 0,230 menjadi hubungan tertinggi antara hubungan data
yang lainnya.
Hasil data hubungan antara daya (P) (watt) kincir dan kecepatan putaran per
menit (rpm) yang paling tinggi diperoleh pada kecepatan aliran air 1,1 m/s
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
46
dengan menggunakan deflektor, dengan daya sebesar 1,664 watt pada rpm
sebesar 108 menjadi hubungan tertinggi antara hubungan data yang lainnya.
Dari hasil data yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa dari variasi
kecepatan aliran yang paling menunjukkan kinerja terbaik adalah kecepatan
aliran aliran 0,75 m/s dengan menggunakan deflektor, hal ini dikarenakan
dengan kecepatan aliran 0,75 m/s dapat menghasilkan daya sebesar 1,509 watt,
koefisien daya yang tinggi sebesar 0,715 (71,5%) dan koefisien torsi yang tinggi
sebesar 1,256 (125,6%) hanya dengan kecepatan aliran yang lebih lambat
daripada kecepatan aliran yang lainnya.
Dari hasil penelitian didapatkan hasil yang sangat besar dari grafik diagram
Betz limit yang ditunjukkan pada Gambar 2.1 yaitu efisiensi rotor Savonius
mencapai 71,5%, penyebab hal-hal tersebut yaitu:
a) Jenis fluida yang digunakan adalah fluida berupa air sehingga memiliki
massa jenis yang berbeda jauh dari massa jenis fluida udara, aliran air ini
memiliki energi yang dihasilkan lebih besar dari pada aliran udara.
b) Penggunaan deflektor mampu meningkatkan atau menambah efisiensi
sampai sebesar 50%. (K. Golecha, 2011, hal. 3207–3217)
c) Penelitian itu tidak menggunakan energi potensial pada perhitungan data
yang diperoleh, berdasarkan hasil penelitian-penelitian yang pernah
dilakukan oleh para peneliti terdahulu tidak menggunakan pengaruh energi
potensial pada penelitian mereka pada saluran air buatan tertutup.
d) Tekanan akibat pengaruh ketinggian air tidak diukur dan digunakan dalam
perhitungan hasil data.
Namun pada penelitian ini menunjukkan bahwa karakteristik koefisien daya
(Cp) dan Tip Speed Ratio (TSR) tanpa menggunakan deflektor sesuai dengan
grafik diagram Betz limit.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
47
4.6 Perbandingan hasil penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan melihat penelitian yang telah dilakukan
sebelumnya sebagai referensi, penelitian tersebut adalah hasil penelitian
berdasarkan dengan penelitian oleh Mabrouki dkk dengan judul Experimental
Investigation of the Height Effect of Water Savonius Rotors, International
Journal of Mechanics and Applications dan dengan judul Performance Analysis
of a Water Savonius Rotor: Effect of the Internal Overlap, Sustainable Energy,
tahun 2014. Dan membandingkan hasil penelitian terdahulu tersebut dengan
hasil penelitian yang dilakukan oleh penulis.
Dimensi dari masing-masing rotor yang diteliti disajikan pada tabel
berikut:
Tabel 4.9 Tabel dimensi alat penelitian
Experimental Investigation of the Height Effect of Water
Savonius Rotors, International Journal of Mechanics and
Applications
Dimensi D H e
1 190 mm 100 mm 0
2 190 mm 200 mm 0
Performance Analysis of a Water Savonius Rotor: Effect
of the Internal Overlap, Sustainable Energy
1 190 mm 200 mm 0
2 190 mm 200 mm 0,3
Kincir Air Poros Vertikal Tipe Savonius Dua Sudu
Terbuka Dengan Menggunakan Deflektor
1 100 mm 100 mm 0,25
Perbandingan hasil penelitian oleh peneliti terdahulu dan penulis disajikan
pada tabel 4.10 dengan hanya mengambil nilai-nilai tertinggi dari setiap
penelitian pada masing-masing variasi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
48
Tabel 4.10 Tabel perbandingan data penelitian terdahulu dengan penulis
Gambar 4.1 : Gambar set up metode penelitian oleh Mabrouki dkk 2014.
Experimental Investigation of the Height Effect of Water Savonius Rotors,
International Journal of Mechanics and Applications
No RPM Torsi (Nm) TSR (λ) P Cm Cp Kecepatan Aliran
1 685 0,210 3,027 13,03 0,155 0,190 2,45 – 10 m/s
2 570 0,140 1,840 6,667 0,024 0,047 2,45 – 10 m/s
Performance Analysis of a Water Savonius Rotor: Effect of the Internal
Overlap, Sustainable Energy
1 685 0,210 3,027 15,05 0,155 0,215 2,45 – 10 m/s
2 737 0,250 2,510 19,28 0,260 0,327 2,45 – 10 m/s
Hasil Penelitian tanpa Deflektor
1 155 0,069 1,082 0,503 0,488 0,239 0,75 m/s
2 174 0,088 1,012 0,499 0,436 0,154 0,9 m/s
3 294 0,177 1,399 1,294 0,584 0,195 1.1 m/s
Hasil Penelitian Dengan Deflektor
1 216 0,186 1,508 1,509 1,325 0,715 0,75 m/s
2 235 0,216 1,367 1,603 1,066 0,440 0,9 m/s
3 327 0,226 1,557 1,664 0,746 0,250 1,1 m/s
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
49
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari penelitian yang telah dilakukan dengan melakukan variasi kecepatan
aliran 0,75 m/s, 0,9 m/s dan 1,1 m/s dengan tidak menggunakan deflektor dan
mengunakan deflektor dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1) Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa rotor savonius pada aliran air
yang rendah mengunakan deflektor dapat menghasilkan koefisien daya
yang tinggi yaitu sebesar 0,715 (71,5%) pada kecepatan aliran air 0,75 m/s
dan daya sebesar 1,509 watt. Dengan hasil tersebut dapat disimpulkan
bahwa aliran lambat yang diteliti ternyata memiliki potensi yang cukup
bagus jika digunakan metode yang benar dan efisien seperti menggunakan
deflektor.
2) Dari hasil data yang diperoleh dari penelitian dapat disimpulkan bahwa
dengan adanya deflektor sangat besar mempengaruhi koefisien daya (Cp),
koefisien torsi (Cm) dan Tip Speed Ratio (TSR) dari kincir Savonius yang
diteliti, terjadinya peningkatan yang sangat drastis dan berkurangnya daya
drag pada kincir savonius.
3) Dapat disimpulkan bahwa hasil dari penelitian yang dilakukan oleh penulis
menghasilkan koefisien torsi (Cm) dan koefisien daya (Cp) lebih besar
dibandingkan dengan hasil penelitian oleh referensi namun mendapatkan
daya yang jauh lebih rendah. Hal ini disebabkan oleh metode penelitian
yang berbeda dan variasi kecepatan aliran air penelitian penulis lebih rendah
dengan aliran fluida laminer konstan. Terjadinya perbedaan pada
perbandingan hasil penelitian diakibatkan oleh perbedaan metode penelitian
dan dimensi rotor Savonius yang digunakan, penelitian yang dilakukan oleh
Mabrouki dkk menggunakan metode aliran air yang tubulen dan debit aliran
air yang tidak konstan yang mengalir hanya beberapa saat saja.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
50
5.2 Saran
1) Setelah melakukan penelitian ini, peneliti memiliki beberapa saran untuk
penelitian selanjutnya. Perlu dikembangkan penelitian lebih lanjut mengenai
kincir air tipe savonius untuk meningkatkan unjuk kerja kincir air. Untuk
mendapatkan hasil yang lebih akurat poros pada bearing haruslah benar-benar
lurus dan sambungan poros rotor pada poros piring rem juga harus lurus agar
mengurangi rugi-rugi akibat gesekan.
2) Saat melakukan penelitian disarankan untuk mengukur ketinggian permukaan
air di bak penampung.
3) Pada peneitian selanjutnya disarankan menggunakan saluran air yang lebih
luas dan penampung air yang lebih besar.
4) Untuk penelitian selanjutnya disarankan untuk menggunakan variasi dimensi
dan rasio rotor, variasi bentuk dan posisi deflector, dan variasi kecepatan aliran
lebih cepat.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
51
DAFTAR PUSTAKA
A.C. Purnama, Dr. R. Hantoro, ST. MT., dan Dr. G. Nugroho, ST. MT. (2013)
Rancang Bangun Turbin Air Sungai Poros Vertikal Tipe Savonius
Dengan Menggunakan Pemandu Ara Aliran.
H. Bhatt dan S. Jani. (2014) Energy Generation in Water Pipe Lines Savonius
Water Turbine Power, International Journal of Research in Advent
Technology, Vol.2, No.12.
K. Golecha, T. I. Eldho, dan S.V. Prabhu (2012) Performance Study of Modified
Savonius Water Turbine with Two Deflector Plates, International Journal
of Rotating Machinery volume 2012.
K. Golecha, T. I. Eldho, dan S. V. Prabhu. (2011) Influence of the deflector plate
on the performance of modified Savonius water turbine, Applied Energy,
vol. 88, no. 9, pp. 3207–3217.
Mabrouki, Z. Driss, dan M. S. Abid. (2014) Experimental Investigation of the
Height Effect of Water Savonius Rotors, International Journal of
Mechanics and Applications.
Mabrouki, Z. Driss, dan M .S. Abid. (2014) Performance Analysis of a Water
Savonius Rotor: Effect of the Internal Overlap, Sustainable Energy, 2014,
Vol. 2, No. 4, 121-125.
M. N. I. Khan, M. Tariq Iqbal, M. Hinchey, dan V. Masek. (2009) Performance
Of Savonius Rotor As A Water Current Turbine, Journal of Ocean
Technology, vol. 4, no. 2, pp. 71–83.
M. Nakajima, S. Iio, dan T. Ikeda. (2008) Performance of Savonius rotor for
environmentally friendly hydraulic turbine, Journal of Fluid Science and
Technology, vol. 3, no. 3, pp. 420–429.
M. Nakajima, S. Iio, dan T. Ikeda. (2008) Performance of double step Savonius
rotor for environmentally friendly hydraulic turbine, Journal of Fluid
Science and Technology, vol. 3, no. 3, pp. 410–419.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
52
N. K. Sarma. (2014) Experimental And Cfd Analyses Of Two Bladed Savonius
Water Turbine Under Low Velocity Conditions, Proceedings of the
ASME 2014 Power Conference.
N. H. Mahmoud, A. A. El-Haroun, E. Wahba, dan M. H. Nasef. (2010) An
experimental study on improvement of savonius rotor performance,
Alexandria Engineering Journal (2012) 51, 19-25.
Outlook Energi Indonesia 2016.
Wenehenubuna, A. Saputraa, dan H. Sutanto. (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 2014.
Yaakob, Y.M. Ahmed, dan M.A. Ismail. (2012) Validation Study for Savonius
Vertical Axis Marine Current Turbine Using CFD Simulation, The 6th
Asia-Pacific Workshop on Marine Hydrodynamics-APHydro2012.
http://www.esdm.go.id/
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
53
LAMPIRAN
Lampiran 1 : Lokasi Penelitian
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
54
Lampiran 2 : Foto-foto alat ukur
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
55
Lampiran 3 : Rem Torsi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
56
Lampiran 4 : Saluran air
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
57
Lampiran 5 : Dokumentasi Penelitian
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
58
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
59
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
60
Lampiran 6 : Tabel viskositas air
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI