## STUDI SIMULASI PENGARUH SUDUT DEFLEKTOR PADA SAVONIUS WATER TURBIN DENGAN SUMBU HORIZONTAL  TERHADAP POWER GENERATION ALIRAN AIR DALAM PIPA
Ari Prasetyo 1 , Syamsul Hadib 1 , D. Danardono Dwi Prija Tahjana 1
1 Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret
Email: prasetyo11maret@gmail.com

## ABSTRACT
Savonius  water  turbine  is  one  of  the  simplest  design  and  low  cost  production  that  attracts  wide attention.  A  single  stage  Savonius  water  turbine  with  horizontal  axis  is  applied  in  a  pipe  with diameter of 3 inch to give variation in the deflector angle. Deflector is used to focusing the flow so the torque is increased by the blade curvature in the turbine. This simulation uses the SolidWork 2013 software. The aim of this simulation is to obtain the best performance in each deflector angle, then the result is compared with a turbine without deflector. The deflector performance is analyzed by the pressure contour, the torque and the angle of attack. The deflector angle is vary in different angle of 20  , 30  , 40  and 50  with the deflector ratio of 50%. By using debit input of 12,2x10 -3 m 3 /s, the results show that angle deflector of 30  is obtained as the best performance where it produce the pressure contour about 279820,99 Pa, torque of 0,6070 Nm and more stable in angle of attack.
Keywords: picohydro, SolidWork, Savonius, deflector, torque

## PENDAHULUAN
Penelitian  secara  eksperimen  dan  simulasi tentang  turbin  tipe  lift  dan  turbin  tipe  drag  telah dilakukan, hasilnya turbin tipe drag memiliki power output  yang  lebih  besar  [1].  Turbin  tipe  drag  sepeti turbin savonius yang di pasang pada aliran air dalam pipa vertikal untuk  membandingkan savonius single stage  dan  savonius  double  stage  juga  telah  dikaji sehingga  didapatkan  daya  yang  terbesar  [2].  Salah satu faktor yang berpengaruh terhadap daya keluaran salah  satunya  adalah  kecepatan  fluida  [3].  Sebuah deflektor diatur sudutnya untuk mengendalikan aliran fluida  didalam  pipa.  Pengaturan  sudut  ini  bertujuan untuk  mengurangi  torsi  negatif  pada  permukaan cembung turbin dan meningkatkan torsi positif pada permukaan cekung turbin [4]. Seiring perkembangannya,  bentuk  deflektor  juga  diteliti secara  simulasi  untuk  meningkatkan  daya  output optimal [5].

## METODOLOGI PENELITIAN
Langkah awal yang dilakukan adalah membuat desain  dari  turbin  berdasarkan  dari  referensi terdahulu  dan  mendekati  keadaan  nyata.  Desain turbin  menggunakan  jumlah  sudu  5  dan  sudut lengkung 70º [6], seperti pada gambar 1. Setelah  membuat  desain  turbin  kemudian membuat desain housing turbin dengan variasi sudut deflektor  yang  akan  digunakan  untuk  pemodelan. Desain  housing  dengan  variasi  sudut  deflektor disajikan pada gambar 3.
Gambar 1. Desain Turbin
Gambar 2. Desain sudut Deflektor
Proses  pemodelan  simulasi  menggunakan software SolidWork .  Dimensi  pipa  dengan  diameter dalam  3  inchi  dan  housing  turbin  panjang  90mm  x lebar  86mm  dan  tinggi  90mm volume  flow adalah masukan  besarnya  nilai  air  yang  akan  digunakan dalam  simulasi  sedangkan static  pressure adalah tekanan  normal  air  setelah  memutar  turbin  seperti gambar 3.
Tabel 1 adalah paremeter yang harus ditentukan untuk  proses  simulasi. Wall merupakan  jenis kekasaran pipa yang digunakan. Dlam penelitian ini hasil  yang  akan  dianalisa  yaitu  dengan  membaca countur  plot untuk  mengetahui  torsi  dan flow rejection untuk mengetahui aliran yang terjadi.
Gambar 3. Pemodelan Simulasi
Tabel 1. Parameter Simulasi
WIZARD
Create new Analysis type internal flow Grafity
Turbulensi and laminer Inlet Tipe Boundary Inlet Volume Flow Mass flow rate 12,2x10 -3 m 3 /s Outlet Tipe Boundary Static Pressure Nilai tekanan 101325 Pa Arah aliran Normal to Boundary Condition Wall Tipe Boundary Wall/LID Roughness Smooth Wall Material Aluminium Mesh 4 Result Countour Plot Tekanan dan Torsi Flow Rejetion Fenomena Aliran

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil simulasi adalah berupa data tekanan dan  arah  aliran  dalam  pipa.  Gambar  data digunakan  untuk  mengetahui  distribusi  tekanan dengan membaca perbedaan warna tekanan yang terajdi pada setiap sudu turbin. Berikut ini data hasil tekanan dan arah aliran fluida.
Gambar 4 Tekanan pada turbin dan fenomena aliran pada setion Angle of attack
Gambar  5  menunjukkan  ditribusi  tekanan  pada setiap sudu turbin yang dibuktikan dengan perbedaan warna.  Tekanan  yang  dialami  turbin  menghasilkan torsi  yang  berbeda  pada  setiap angle  of  attack . Besarnya  torsi  pada  sudu  adalah  seperti  yang  ada pada Gambar 5.
Tren  torsi  hasil  simulasi  pada  gambar  5 menunjukkan  kecenderungan  naik  dan  turun  pada setiap  perubahan  posisi  sudu.  Berdasarkan  grafik, rotor  tanpa  deflektor  menghasilkan  torsi  terendah. Pada tren sudut deflektor 20º, 40º, 50º menunjukkan ketidakstabilan torsi pada setiap angle of attack. Hal ini  disebabkan  karena  adanya  fenomena  pada  aliran fluida  setelah  deflektor  yang  akan  mengenai  sudu turbin  seperti  yang  terlihat  pada  simulasi countur tekanan  dan countur kecepatan  yang  terjadi.  Hasil
simulasi countur tekanan  pada  variasi  sudut deflektor  20º  dan  50º  terlihat  adanya  tekanan balik pada bagian cembung sudu turbin sehingga akan mengakibatkan gaya yang bekerja pada sudu tidak optimal. Pada sudut deflektor 30º torsi yang terjadi  lebih  stabil  dibandingkan  dengan  sudut deflektor yang lain. Pada tren grafik torsi rata-rata hasil simulasi menunjukkan bahwa pada deflektor sudut 30º mempunyai torsi terbesar dibandingkan sudut  deflektor  yang  lain.  Namun,  perbedaan antara  sudut  deflektor  20º,  30º,  40º,  50º  relatif kecil berturut-turut yaitu 0,5986, 0,6070, 0,6028, 0,6016  sedangkan  turbin  tanpa  deflektor  hanya mempunyai  torsi  0,  3178.  Peningkatan  torsi turbin  tanpa  deflektor    dengan  turbin  dipasang deflektor yaitu 89,6%.
Gambar 5.Torsi angle of attack simulasi pada variasi sudut deflektor

## KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian secara  komputasi  dengan software SolidWork  2013 ini adalah:
1. Sudut  deflektor  paling  optimal  yaitu  30° dengan  menghasilkan  torsi  rata  –  rata tertinggi yaitu 0,6070 Nm.
2. Angle  of  attack pada  turbin  dengan  sudut deflektor 30° menghasilkan torsi yang lebih stabil, seperti pada gambar 6.
3. Peningkatan  torsi  turbin  menggunakan deflektor  dan  tidak  menggunakan  deflektor yaitu sebesar 89,6%.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Chen  J,  H.X  Yang,  C.P.  Liu,  C.H.  Lau,  M. Lo.,  2013. A  Novel  Vertical  Axis  Water Turbine  for  Power  Generation  from  Water Pipelines ,  International  Journal  –  Energy, Elsevier Inc. Vol 54. PP 184-193.
[2] Rosmin, N., Jauhari, A.S., Mustaamal, A.H., Husin, F., Hassan, M.Y., 2015, Experimental Study for the Single-Stage and Double-Stage Two-Bladed  Savonius  Micro-Sized  Turbine for  Rain  Water  Harvesting  (RWH)  System, Elsevier Inc. Energy Procedia 68: 274–281.
[3] Yaakob, O. M.A. Ismail, and Y.M. Ahmed., 2013. Parametric Study for Savonius Vertical Axis  Marine  Current  Turbine  using  CFD Simulation. Vol 3 . PP 200-205.
[4] Kailash  G,  T.I  Eldho,  S.V  Prabu.,  2012.
Performance Study of Modiﬁed SavoniusWater  Turbine  with  Two  Deﬂector
Plates, Hindawi  Publishing  Corporation International Journal of Rotating Machinery. Vol 10. PP 1155-1167.
[5] El-Askary  W,  M.H  Nasef,  A.A  AbdeL- Hamid,  H.E  Gad.,  2015. Harvesting  wind energy  for  improving  performance  of Savonius rotor, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. Vol 139. PP 8–15
[6] Rafiudin M., Mohammed Faizal, Young-Ho Lee., 2013. Optimization of Blade Curvature and Inter-Rotor Spacing of Savonius Rotors for  Maximum  Wave  Energy  Extraction , International  Journal  –  Ocean  Engineering, Elsevier Inc. Vol 65. PP 32-38.
14.4 28.8 43.2 57.6 72 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 Tanpa Deflektor
Deflektor 20 Deflektor 30 Deflektor 40 Deflektor 50 Rerata Tanpa Deflektor Rerata 20 Rerata 30 Rerata 40 Rerata 50
T or si ( N .m ) Angle of attack