5/24/2018 ITS-paper-29842-2411105008-Paper

1/6

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 7, No. 7, (2013) 1-6

Abstrak Salah satu bagian dari turbin savonius adalah

jumlah sudu yang digunakan. Jumlah sudu ini memiliki

pengaruh yang sangat besar dalam menentukan performa

turbin, karena semakin banyak jumlah sudu, massa turbin akan

meningkat sehingga momen inesia bertambah. Meningkatnyamomen inersia juga menyebabkan kecepatan angin awal yang

dibutuhkan untuk membuat turbin berputar turut meningkat.

Selain itu banyak jumlah sudu membuat gaya drag dengan

return ing blade meningkat sehingga menyebabkan torsi dengan

arah negatif. Untuk meminimalkan torsi berlawanan arah gerak,

salah satu cara adalah dengan memasang penghalang di depan

returning blade sehingga meminimalkan torsi negatif yang

dihasilkan. Dalam tugas akhir ini penghalang yang akan

dipasang berbentuk lengkung (circular). Dari percobaan dapat

ditarik kesimpulan bahwa turbin konvensional 2 sudu dengan

adanya memperlihatkan performa yang lebih baik dibandingkan

dengan turbin angin lebih dari 2 sudu. Circular shil ed mampu

menambah dan meningkatkan torsi awal untuk memulai putaran

awal turbin dan mampu menambah rpm turbin secara

signifikan. Nilai Cp meningkat cukup tinggi rata-ratapeningkatan Cp sebesar 80%.

Kata KunciDaya, Jumlah Sudu, profil kurva blade, turbin

angin Savonius.

I. PENDAHULUANAngin merupakan salah satu energi terbarukan yang

banyak dimanfaatkan. Indonesia merupakan negara dengan

potensi energi angin kecepatan rendah, yaitu dengan

kecepatan sekitar 3-6 m/s[1]. Turbin angin tipe Savonius

merupakan salah satu turbin angin yang cocok untuk daerah

dengan potensi energi angin kecepatan rendah. Turbin angin

Savonius pertama kali ditemukan oleh S.J. Savonius pada

tahun 1920. Pada prinsipnya turbin angin tipe Savonius pada

mulanya (konvensional) adalah plat tabung yang dibelah dua

dan saling disatukan sehingga berbentuk huruf S. Sehingga

pada turbin angin Savonius konvensional hanya terdiri atas

dua buahsudusaja.

Untuk daerah dengan kecepatan angin yang berbeda

diperlukan desain turbin angin yang berbeda. Selain itu

posisi turbin angin dan arah datangnya angin pada saat

berhembus menimbulkan permasalahan apakah torsi yang

dihasilkan dapat melampaui nilai kecepatan minimal angin

yang mampu membuat turbin angin berputar. Sehingg

diperlukan kajian mengenai mengenai pada kecepatan angi

berapa turbin berputar dan torsi yang dihasilkan untuk setia

orientasi arah angin dengan turbin angin.Jumlahsudu dalam

hal ini dapat meningkatkan rata-rata torsi untuk tiap orientasarah angin. Sehingga diperlukan penelitian mengena

pengaruh jumlah sudu yang cocok untuk kecepatan angi

yang berbeda.

Pada penelitian yang telah lalu, Gary Le (2011) tela

melakukan penelitian bagaimana pengaruh jumlah sud

untuk nilai performansi turbin angin Savonius .Overla

Ratio yang digunakan pada model turbin tersebut bernila

negatif. Hal ini bertentangan dengan penelitian yan

dilakukan UK. Saha(2008), yang dalam desainny

menggunakan nilai Overlap Ratio 20% - 30%. Desai

tersebut berdasar pada penelitian yang telah lalu ole

Ushiyama and Nagai (1988); Fujisawa(1992) . Tetapi desai

tersebut untuk Savonius konvensional. Masalah terbesapada penambahan sudu, menyebabkan hambatan torsiona

pada returning blade. Returning blade mengalam

tumbukan dengan aliran udara sehingga menghasilkan tors

berlawanan arah gerak. Tetapi bila dipandang gaya torsiona

untuk tiap derajat posisi turbin, jumlah sudu yang semaki

banyak dapat menangkap aliran udara lebih banyak

Penambahan sudu juga menyebabkan peningkatan massa

sehingga momen inersia juga meningkat. Peningkata

momen inersia ini harus relatif kecil agar tidak menamba

nilai momen negatif[2]. Untuk meminimalkan tor

berlawanan arah gerak, salah satu cara adalah denga

memasang penghalang di depan returning blade sehingg

meminimalkan torsi negatif yang dihasilkan

[3]

. Dalam tugaakhir ini penghalang yang akan dipasang berbentu

lengkung (circular). Oleh karena itu dalam tugas akhir in

diambil judul Rancang Bangun Turbin Angin Sumb

Vertikal Tipe Savonius dengan Variasi Jumlah Sud

Terintegrasi Circular Shield Untuk Menghasilkan Day

Maksimum. Dalam penelitian ini dilakukan stud

performansi secara eksperimental turbin angin tipe Savoniu

untuk beberapa jumlahsudu yang berbeda dengan dan tanp

circular shield. Sehingga didapatkan nilai performansi yan

paling maksimum untuk diterapkan pada wilayah-wilaya

dengan kecepatan angin yang berbeda. Tujuan yang aka

Rancang Bangun Turbin Angin Vertikal Jenis

Savonius dengan Variasi JumlahBlade

Terintegrasi Circular Shielduntuk Memperoleh

Daya MaksimumM. Haydarul Haqqqi, Dr. Gunawan Nugroho, ST. MT. dan Dr. Ir. Ali Musyafa M.Sc

Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111

E-mail:Haydarul.Haqqi@gmail.com,gunawan@ep.its.ac.iddanmusyafa@ep.its.ac.id

mailto:Haydarul.Haqqi@gmail.commailto:Haydarul.Haqqi@gmail.commailto:Haydarul.Haqqi@gmail.commailto:gunawan@ep.its.ac.idmailto:gunawan@ep.its.ac.idmailto:gunawan@ep.its.ac.idmailto:musyafa@ep.its.ac.idmailto:musyafa@ep.its.ac.idmailto:musyafa@ep.its.ac.idmailto:musyafa@ep.its.ac.idmailto:gunawan@ep.its.ac.idmailto:Haydarul.Haqqi@gmail.com

5/24/2018 ITS-paper-29842-2411105008-Paper

2/6

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 7, No. 7, (2013) 1-6

diselesaikan dalam penelitian ini aadalah mampu merancang

turbin angin sumbu vertikal dengan fariasi jumlah sudu dan

integrasi circular shield . selain itu, menentukan berapa

jumlahsudupada turbin angin Savonius yang memiliki nilai

daya maksimum untuk kecepatan angin yang berbeda

Mengetahui pengaruh circular shieldpada daya turbin angin

tipe Savonius.

II. METODOLOGIPENELITIANA. Tahapan Penelitian

Secara umum prosedur penelitian ini secara umum

dituliskan dalam bentuk diagram alir seperti gambar 3.1

berikut:

Gambar 1 Fl ow ChartPenelitian

Gambar 1.Diagram Alir Penelitian

B. Spesifikasi Geometri Rotor Turbin AnginPrototipe turbin angin yang akan dibuat

menggunakan material PVC karena memiliki ketahanan yang

baik dan memiliki massa jenis yang ringan yaitu 1,3 hingga

1,45 g/cm3. Selain itu bentuk PVC yang melingkar

memudahkan proses manufaktur turbin angin.

Pada penelitian ini, secara umum turbin angin Savonius

yang dibuat memiliki spesifikasi sebagai berikut:

1. Bahan untuk pembuatan end plate dan blade turbinangin Savonius menggunakan serat fiber glass

2. Tinggi blade turbin angin adalah 36 cm3. Lebar blade turbin angin adalah 10 cm4. Lebar endplateturbin angin adalah 20,5 cm5. Overlap ratioyang digunakan adalah 20% (2 cm)6. Aspect ratio yang digunakan adalah 4.0 (36 cm :

cm)

7. End plate parameter yang digunakan adalah 1.(20,5cm)

8.

Shaft menggunakan batang aluminium dengadiameter 0,8 cm

Bahan sudu yang terbuat dari PVC, ditempelkan pad

endplate menggunakan perekat berbahan dasar resin denga

campuran pengeras. Perekat ini digunakan karena kuat da

cocok untuk material PVC, plastik dan serat fiber.

Desain model prototipe turbin angin yang dibuat, denga

variasi jumlah sudu 2, 3 dan 4. Tiap model dari turbin yan

dibuat digambarkan dalam software AutoCAD seperti tampa

pada gambar 3.2 ; 3.3 dan 3.4. Model turbin angin savonius

bladeseperti pada gambar 3.1 berikut:

Gambar 2 Model Turbin Savonius 2Blade a)Isometric Viewb) Top View

Model turbin angin savonius 3 blade berbeda dengan

blade dikarenakan overlap ratio tidak ada. Dalam hal in

desain trubin angin savonius 3 blade bagian tengah turbi

tetap diberi celah kosong seolah ada overlap ratio. Begitu juguntuk 4 blade. Sketsa turbin angin untuk 3 dan 4 blade seper

pada gambar 3.3 dan 3.4.

a) b)Gambar 3 Model turbin Savonius 3 Sudu a) top viewb) isometric view

a) b)Gambar 4 Model Turbin Angin Savonius 4 Blade a) Top Viewb)Isometric

View

a) b)

5/24/2018 ITS-paper-29842-2411105008-Paper

3/6

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 7, No. 7, (2013) 1-6

Dari ketiga model terssubut, dihubungkan dengan shaft

yang terkoneksi dengan generator DC. Generator DC

berfungsi untuk mengetahui berapakah besarnya daya yang

dihasilkan. Sumber energi angin yang digunakan dalam

penelitian ini besarnya dapat divariasikan antara 3,8-4,6 m/s

dengan resolusi 0,2m/s.

Pengujian yang dilakukan pada turbin savonius yang dibuat,

secara keseluruhan dilakukan dengan dua variasi. Yaitu tanpa

circular shield dan dengan circular shield. Untuk bentukcircular sield yang digunakan pada tugas akhir ini adalah

seperti gambar 5 berikut.

Gambar 5 Bentuk Circular Shield

Pengukuran dan Pengkondisian Kecepatan Angin

Kecepatan angin didapatkan dari sumber fan 80W dengan

pemandu terowongan angin buatan. Angin yang dihasilkan

oleh fan dialirkan masuk kedalam terowongan angin buatan

menuju ke prototipe turbin. Keluaran dari terowongan angin

buatan diukur kecepatannya menggunakan anemometer

digital. Pengukuran kecepatan ini dilakukan di tiga titik yaitu

pada bagian bawah, tengah dan atas untuk kemudian diambil

nilai rata-ratanya.

a) b)Gambar 5 a) Pengukuran Kecepatan Angin b) Sumber angin berupa fan dankontroler kecepatanfan

Dari pengukuran kecepatan angin yang telah dilakukan,

diputuskan untuk menggunakan variasi kecepatan angin 3,8

m/s hingga 4,6 m/s dengan resolusi 0,2 m/s. Nilai ini diambil

karena, rata-rata protoripe turbin Savonius berputar pada

kecepatan 3,6 m/s.

C. Pemasangan dan PengujianKetiga model tersebut diletakkan di luar terowonga

angin buatan. Kecepatan angin yang dihasilkan ole

terowongan angin divariasikan nilainya. Tiap variasi nila

kecepatan akan diujikan untuk masing-masing mode

Kemudian diukur kecepatan putar yang dihasilkan ole

masing-masing model dengan beban berupa generator DC

yang dikoneksikan dengan beban 56 ohm dan tanpa beba

(generator DC). Untuk pengambilan data rpm, alat ukur yandigunakan adalah stroboscob tachometer. Untu

mempermudah pengambilan data, bagian bawah dari turbi

yang akan dikenai cahayastroboscobdiberikanspotkecil da

alumunium foil.

Gambar 6 Penambahanspotalumunium foil pada turbin

3.4 Pengujian DayaSebagaimana telah disebutkan, bahwa shaft da

turbin angin akan dikoneksikan dengan generator DC untu

dapat diukur tegangan yang dihasilkan dan menghitung day

yang dihasilkan dengan persamaan P = V

x I. Pad

pengukuran ini digunakan dua multimeter yang berfungs

sebagai voltmeter dan amperemeter.

Gambar 7 Pengukuran Daya dengan Multimeter

5/24/2018 ITS-paper-29842-2411105008-Paper

4/6

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 7, No. 7, (2013) 1-6

Gambar 8. Pengujian Turbin Angin

III. HASILDANPEMBAHASANPada bagian ini disajikan dan dilakukan analisa data hasil

eksperimen yang telah dilakukan. Eksperimen yang telah

dilakukan meliputi pengujian model Savonius yang telah di

buat. Analisa akan dibuat untuk mengamati perubahan rpm

(rotation per minutte) dan daya yang dihasilkan untuk masing-

masing model savonius yang telah dibuat.

Tanpa Circular Shield

A B

Grafik 1 A. Grafik hubungan kecepatan angin dan RPM turbin B. Grafik

hubungan kecepatan Angin dan TSR

Dari data di atas, tampak pada turbin savonius dengan

jumlah sudu konvensional, memiliki nilai Rpm yang lebih

baik, bila dibandingkan dengan jumlah sudu 3 dan 4. Hal ini

disebabkan, penambahan sudu juga akan menambah massa

turbin. Penambahan massa turbin ini akan meningkatkan

momen inersia. Oleh sebab itu, dari grafik 1A, dapat iamati

pada turbin dengan jumlah sudu 4, tidak berputar saat

diberikan kecepatan angin 3,8. Penambahan nilai momen

inersia, akan mengkatkan nilai torsi awal untuk membuat

turbin berputar. Sementara adanya torsi merupakan tidak lainadalah gaya drag yang berasal dari tumbukan angin dengan

sudu. Nilai rpm maksimum yang mampu dihasilkan oleh

turbin 2 sudu adalah 175,5Rpm, oleh turbin angin 3 sudu

150,3 Rpm dan oleh turbin angin 4 sudu 141,3 Rpm.

Pada grafik 1B, nilai TSR memiliki trend yang sama

dengan Rpm. Karena, TSR dalam hal ini memberikan arti

perbandingan kecepatan output (rotor) dengan kecepatan input(angin) atau dengan kata lain TSR sebanding dengan Rpm.

Semakin mendatarnya grafik nilai TSR pada kecepatan angin

besar, disebabkan karena karakteristik savonius yang kurang

mampu mengkonversi angin dengan kecepatan angin tinggi.

Grafik 2. Grafik Hubungan Daya Input (Kinetik Angin) dengan Daya Rotor

(Mekanik Turbin)

Dari grafik 2 diatas, dapat diamati, bahwa turbin angi

savonius konvensional (2 sudu) mampu mengekstraksi day

input yang dikenakan padanya menjadi daya mekanik roto

(output) lebih baik dibandingkan dengan yang lain. Hasil day

ini menunjukkan hal yang sama dengan Grafik 1 A dan 1 B

yaitu pada daya lebih dari 3,2, grafik semakin horisontal. Ha

ini memberikan arti bahwa nilai koefisien daya (Cp) aka

menurun. Untuk lebih jelasnya, berikut pada grafik

memperlihatkan bagaimana bentuk hubungan TSR dan Cp.

Grafik 3. Grafik hubungan tip speed ratio dengan Cp

Dari grafik 3, nilai Cp pada 3 data terahir menurun. Hal it

saat nilai Daya Rotor mulai melandai pada grafik 2 (3 dat

terakhir). Pada kondisi tersebut, penambahan kecepatan angi

tidak sebanding dengan penambahan kecepatan putar roto

terjadi. Sehingga berhubungan langsung dengan Cp

penambahan energi input hanya menambah sedikit energ

output.

5/24/2018 ITS-paper-29842-2411105008-Paper

5/6

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 7, No. 7, (2013) 1-6

Dengan Circular Shield

.

A B

Grafik 4 A. Grafik hubungan kecepatan angin dan RPM turbin B. Grafik

hubungan kecepatan Angin dan TSR

Dari data di atas, sama seperti hasil yang tanpa DA,

tampak pada turbin savonius dengan jumlah sudu

konvensional, memiliki nilai Rpm yang lebih baik, bila

dibandingkan dengan jumlah sudu 3 dan 4. Nilai rpm

maksimum yang mampu dihasilkan oleh turbin 2 sudu adalah

225 Rpm, oleh turbin angin 3 sudu 210 Rpm dan oleh turbin

angin 4 sudu 205 Rpm. Nilai Rpm ini meningkat bila

dibandingkan dengan tanpa menggunakan circular shield. Hal

ini disebabkan pada saat sebelum diapasang circular shield,

torsi negatif yang disebabkan karena tumnbukan udara dengan

returning bladetelah dihilangkan (ditutupi). Dan untuk posisi-

posisi seperti pada orientasi arah 0odan 180o.

Pada grafik 1B, nilai TSR memiliki trend yang sama

dengan Rpm. Karena, TSR dalam hal ini memberikan arti

perbandingan kecepatan output (rotor) dengan kecepatan input

(angin) atau dengan kata lain TSR sebanding dengan Rpm.

Semakin mendatarnya grafik nilai TSR pada kecepatan angin

besar, disebabkan karena karakteristik savonius yang kurang

mampu mengkonversi angin dengan kecepatan angin tinggi.

Grafik 5. Grafik Hubungan Daya Input (Kinetik Angin) dengan Daya Rotor

(Mekanik Turbin)

Dari grafik 5 diatas, sama seperti hasil tanpa circular shield,

dapat diamati, bahwa turbin angin savonius konvensional (2

sudu) mampu mengekstraksi daya input yang dikenakan

padanya menjadi daya mekanik rotor (output) lebih baik

dibandingkan dengan yang lain. Hasil daya ini menunjukkan

hal yang sama dengan Grafik 1 A dan 1 B, yaitu pada daya

lebih dari 3,2, grafik semakin horisontal. Hal ini memberikan

arti bahwa nilai koefisien daya (Cp) akan menurun. Untu

lebih jelasnya, berikut pada grafik 6 memperlihatka

bagaimana bentuk hubungan TSR dan Cp.

Grafik 6. Grafik hubungan tip speed ratio dengan Cp

Dari grafik 3, nilai Cp pada 3 data terahir menurun. Hal it

saat nilai Daya Rotor mulai melandai pada grafik 2 (3 dat

terakhir). Pada kondisi tersebut, penambahan kecepatan angi

tidak sebanding dengan penambahan kecepatan putar rototerjadi. Sehingga berhubungan langsung dengan Cp

penambahan energi input hanya menambah sedikit energ

output. Dengan penggunaan circular shield, secara rata-rat

Cp dari savonius konvensional tetap terbaik. Namun dalam ha

ini yang menjadikan hasil 4 sudu lebih baik daripada 3 sudu

Secara rpm, 3 sudu lebih tinggi daripada 4 sudu. Namun

secara energi mekanik 4 sudu lebih besar daripada 3 sudu.

IV. KESIMPULANDari eksperimen yang telah dilakukan dapat diambil beberap

kesimpulan sebagai berikut:

Telah dirancang turbin angin savonius dengan variasjumlah sudu 2, 3 dan 4 dengan ketinggian turbin 36 cm

dan diameter 21 cm. Overlap ratiopada turbin 2 sud

20% dan pada turbin 3 sudu dan 4 sudu dirancan

tanpa adanya lengan (arm)

Turbin konvensional 2 sudu dengan adanya circulashield memperlihatkan performa yang lebih bai

dibandingkan dengan turbin angin lebih dari 2 sudu.

Circular shiled mampu menambah dan meningkatkatorsi awal untuk memulai putaran awal turbin da

mampu menambah rpm turbin secara signifikan. Nila

Cp meningkat cukup tinggi rata-rata peningkatan C

sebesar 87%

UCAPANTERIMAKASIH

Terima kasih kepada seluruh dosen dan staff pengaja

jurusan Teknik Fisika yang telah memberikan ilmunya

Utamanya kepada Bapak Gunawan dan Bapak Ali selak

dosen pembimbing. Serta kepada seluruh Mahasiswa Tekni

Fisika atas bantuan kerjasamanya selama kuliah di jurusa

Teknik Fisika.

5/24/2018 ITS-paper-29842-2411105008-Paper

6/6

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 7, No. 7, (2013) 1-6

DAFTARPUSTAKA

[1] Ir. Sahat Pakpahan, MM, IPM, APU, Pemetaan EnergiAngin untuk Pemanfaatan dan Melengkapi Peta Potensi

SDA Indonesia, Teks Orasi Pengukuhan Ahli Peneliti

Utama Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional

[2] M.Sc. Mohamed Hassan Ahmed Mohamed, DesignOptimization of Savonius and Wells Turbines,

Desertation University of Magdeburg (2011)[3] Burcin Deda Altan, An experimental study on

improvement of a Savonius rotor performance with

curtaining , Experimental Thermal and Fluid Science

32 (2008) 16731678

[4] Kemendikbud Indonesia (Online) (http://belajar.kemdiknas.go.id/index7.php?display=view&mod=script

&cmd=Bahan%20Belajar/Pengetahuan%20Populer/view

&id=66&uniq=424, diakses tanggal 31-05-2013)

[5] (http://konversi.files.wordpress.com/2008/11/potensiangin.jpg,diakses tanggal 31-05-2013)

[6] (http://www.free-online-private-pilot-groundschool. com/images/forces_airfoil.gif, diakses tanggal 31-05-

2013)[7] Hariyo Priambudi Setyo Pratomo, Perancangan

prototype turbin angin poros vertikal sebagai pembangkit

listrik, Tugas Akhir Teknik Mesin Universitas Petra

Surabaya

[8] SahaUK,RajkumarMJ.On the performance analysis ofSavonius rotor with twisted blades. Renewable Energy

2006;31(11):1776e88.

[9] IrabuK,RoyJNCharacteristicsofwindpoweronSavoniusrotorusing guide boxtunnel. Experimental Thermal and

Fluid Science2007;32 (2):580e6.

[10]Andrew Tendai Zhuga, Benson Munyaradzi, Design ofAlternative Energy Systems: A Self-Starting Vertical Axis

Wind Turbine for Stand-Alone Applications School ofEngineering Sciences and Technology; Chinhoyi

University of Technology

http://konversi.files.wordpress.com/2008/11/potensiangin.jpghttp://konversi.files.wordpress.com/2008/11/potensiangin.jpghttp://www.free-online-private-pilot-groundschool/http://www.free-online-private-pilot-groundschool/http://konversi.files.wordpress.com/2008/11/potensiangin.jpghttp://konversi.files.wordpress.com/2008/11/potensiangin.jpghttp://konversi.files.wordpress.com/2008/11/potensiangin.jpg