## PENGARUH JUMLAH DAN SUDUT PEMASANGAN SUDU TERHADAP DAYA TURBIN SAVONIUS

## Purwoko
Teknik Mesin, Politeknik Negeri Malang purwoko@polinema.ac.id

## ABSTRACT
The  problem  in  Energy  conservation  is  finding  new  opportunities  for high-efficiency  energy  generation  including  wind  power  generating  machines. Aims  of  this  study  to  determine  the  effects  of  blade  number  and  curv  angle  of blade  mounting  on  the  output  power  of  a  Savonius  type  wind  turbine.  This  low speed wind turbine is intended to get energy at the top of a multi-storey building in  an  urban    area.  Tests  were  carried  out  on  a  laboratory  scale,  using  savonius wind  turbines  with    400  mm  diameter  and  500  mm  height.  The  driving  wind speed of the turbine is set between 1.5 to 8.5 m / s. While the number of blades used is  2 types,  namely  rotor with  three blades and rotor with  4 blades, each of which is tested on 3 different types of curv angle blade.
The investigation results are expected to show that the wind tubing from each experiment will give different characteristics. This investigation results  that there  was    increasing  in  efficiency  in  the  savonius  turbine  with  blades.  The highest  rotation  and  power  occur  when  the  turbine  uses  2  blades  and  -5 0 curv angle of blade mounting
Keywords : wind turbine, savonius, blade .

## I.   PENDAHULUAN
Akhir-akhir    ini  tenaga  angin  menjadi  sumber  tenaga  baru  dan    menjadi tenaga  alternatif  yang  petumbuhannya  paling  tinggi  di  dunia.  Telah  lama pembangkit tenaga berbentuk turbin angin, utamanya turbin angin dengan posisi poros    horisontal    dipakai  untuk  memproduksi  tenaga  elektrik  yang  tentu  saja menjadi  tenaga  yang  tidak  menimbulkan  polusi,  yang  kemudian  dikirimkan    ke daerah  yang  susah  dijangkau  jaringan  listrik.  Tenaga  angin  yang  jumlahnya semakin  lama  semakin    selalu  banyak,  misalnya  di  tahun  2010  hingga  meraih angka  196.630  Mega  Watt.  tetapi,  di  wilayah-wilayah  berkecepatan  angin  yang tidak cukup tinggi, turbin angin jenis konvensional tidak efisien, karena biasanya turbin-turbin  jenis  konvensional  didesign  untuk  diterapkan  di  daerah berkecepatan angin yang cukup tinggi. Kecepatan angin yang tidak terlalu tinggi atau bahkan rendah terjadi di wilayah  seperti di Indonesia.
Tenaga  angin  adalah  tenaga  yang  dapat    diperbarui  yang  sangat  mudah berkembang.  Alasan    karena  dapat  digunakan  untuk  bermacam  kebutuhan  dan memperkecil  pemakaian    energi  dari  fosil  yang  semakin  lama  semakin  kecil jumlahnya. Untuk memanfaatkan tenaga angin sebagai pembangkit tenaga angin dibutuhkan kecocokan  tehnik yang diterapkan turbin angin dengan ciri-ciri angin dimana  turbin  tersebut  akan  dibangun.  varian    dan  jenis  konstruksi  turbin mempunyai  efisiensi  yang  berbeda    dalam  penerapannya.  Kecepatan  angin  di Indonesia memiliki karakter yang
bervariatif,  secara  umum  bisa  dikelompokkan  sebagai  angin  dengan  kecepatan cukup rendah dan arah anginnya acapkali  berubah-ubah.
Dengan  pertimbangan  ciri-ciri  angin  tersebut,  design  turbin  angin  yang sesuai  diterapkan    adalah  jenis  turbin  Savonius  tipe  U  yang  mempunyai keuntungan berikut, yaitu : tidak tergantung orientasi pada arah  angin,  menyala sendiri  secara  otomatis  dan  dapat putarannya  lebih  tinggi.  Diperkirakan  turbin Savonius  jenis  U  dengan  jumlah  sudu  yang  berbeda  akan  menghasilkan  jumlah putaran  dan  besar  torsi  yang  berbeda,  disebabkan    kecepatan  angin  yang  tinggi besarnya  koefisien drag putaran  akan  menjadi  lebih  tinggi  dan  mengakibatkan kehilangan  banyak  tenaga,  jika  rotor  dengan  jumlah  blade/sudu  lebih  banyak mempunyai masa dan inersia yang lebih tinggi. Dari pertimbangan di atas kiranya sangat  perlu    dilakukan  penelitian  pengaruh  jumlah  sudu  rotor  Savonius  tipe  U terhadap  besarnya  putaran  dan  torsi,  agar  potensi  tenaga  angin  dapat  lebih dimanfaatkan  secara  maksimal,  memenuhi  kebutuhan  dan  paling  sedikit  untuk suatu pembangkit tenaga angin dengan putaran dan torsi yang cukup besar.

## A.  Rumusan Masalah
Beradasarkan  uraian  permasalahan  yang  ada  dapat  dirumuskan beberapa permasalahan sebagai berikut :
1. Bagaimana  jumlah  sudu  berpengaruh  terhadap  daya  yang  dihasilkan  oleh turbin.
2. Bagaimana  sudut  pemasangan  sudu  mempengaruhi  daya  yang  dihasilkan oleh turbin.

## B. Batasan Masalah
Mengingat  adanya  keterbatasan  waktu,  tenaga,  konstruksi  dan kompleknya  permasalahan  dalam  penelitian  ini,  maka  penelitian  dibatasi sebagai berikut :
1. Hanya meneliti jumlah dua  dan tiga buah sudu.
2. Sudut pemasangan sudu hanya dipersiapkan untuk diatur pada jarak -5 0 , 0 0 dan  5 0 .
C. Tujuan Penelitian.
Tujuan investigasi atau  penelitian  ini adalah:
 Untuk mengetahui  perubahan daya  pada variasi jumlah sudu
 Mengetahui  perubahan daya pada variasi sudut sudu

## D.   Manfaat Penelitian
Penelitian  ini  bermanfaat  untuk  memahami    pengaruh  banyaknya blade/sudu (dua sudu dan tiga  sudu) turbin Savonius tipe U versus daya yang dapat dibangkitkan, dan untuk dapat mengetahui sudut  pemasangan sudu yang efektif yang menghasilkan  besarnya putaran dan momen  torsi optimal.

## II. T INJAUAN P USTAKA
Akibat    perputaran    bumi  dan  dengan  adanya  adanya  perbedaan  panas matahari serta tekanan udara disekitarnya terjadilah pergerakan udara. Dan udara yang  bergerak  disebut  sebagai  angin.  Udara    bergerak  dari  daerah  bertekanan tinggi  menuju  ke  daerah  yang  bertekanan    rendah.  Akibat  penyinaran  oleh matahari,    udara  akan  mengembang.  Udara    yang  telah  memuai  mengembang kerapatannya  menjadi lebih rendah sifatnya ringan  dan  naik. Jika  peristiwa ini terjadi,  maka  udara  disekitarnya  mengalir  ke  daerah  yang  mempunyai  tekanan rendah. Udara  yang menyusut kerapatannya meningkat menjadi lebih berat dan menuju    ke  permukaan  bumi.  Di  permukaan  udara  menjadi  panas  lagi  dan mengalir ke atas.
B.  Altan  and  M.  Atilgan,  A  Study  on  Increasing  The  Performance  of Savonius    Wind  Rotor. Journal  of  Mechanical  Science  and  Technology 1493- 1499,  menyebutkan  bahwa  sudu  pengarah  dengan  panjang  dan  sudut  turbin savonius  mampu  meningkatkan  daya  turbin  hingga  mencapai  75%    dengan menambahan blade pengarah padasisi panjang dan pengaturan arahnya. Faktor-
faktor  yang  mempengaruhi  pada  peningkatan  daya  turbin, antara  lain  panjang dari  sudu  pengarah,  jumlah,  bentukdan  sudut  kemiringan  daripada  blade pengarah. Untuk pencapaian  besarnya daya yang optimal, maka bentuk daripada turbin savonius juga harus dipertimbangkan.
N.  H.  Mahmoud,  A.  A.  El  Haraoun,  E,  Wahba,  M.H.  Nasef,  An Experimental  Study  on    Improvement  of  Savonius  Rotor  Performance, Alexandria  Engineering  Journal ,  19-25.  menyebutkan  bahwa    Turbin  savonius dapat  menghasilkan  daya  yang  baik  pada  kecepatan  rendah  adalah  turbin  yang memiliki  dua  buah  sudu    dan  memiliki  penutup  pada  sisi  bagian  atas  dan  sisi bagian bawah  dari  turbin.
Y. X. Yao, Z. P.  Tang, X. W. Wang, Design Based on Parametric Analysis of Drag  driven VAWT with a tower cowling, Journal of Wind Engineering and Industrial  Aerodynamics, 116,  2013,  3239.  Dalam  penelitian  ini  menyatakan bahwa    unjuk  kerja  dan  aerodinamika  turbin  angin  dapat  ditingkatkan  oleh bentuk  sudut  sudu  pengarah.  Dengan  meningkatnya  sudut  sudu  pengarah,  akan semakin  memperbesar  kecepatan  angin  yang  mendorong  rotor,  sehingga menghasilkan daya yang semakin besar.

## III  METODE PENELITIAN

## A. Peralatan dan Instrumen.
Dalam penelitian ini akan mengaplikasikan turbin Savonius dengan dua dan  tiga    sudu,  seperti  yang    ditunjukkan  di  Gambar  4.1,    diameter    total turbin 180 mm dan ketinggiannya 180 mm.
Gambar 4.1.  Rancangan Konstruksi Rotor 3 sudu
Dimensi-dimensi rotor adalah :
Masing-masing Jumlah sudu : 2
Diameter rotor 180 mm Tinggi rotor 180 mm. Sudut pemasangan sudu s1 = -5 0
Sudut pemasangan sudu s2 =  0 0
Sudut pemasangan sudu s3 =  5 0
Material pembuatan  Rotor
Rotor dibuat dengan plat aluminium ketebalan 1,0 mm  untuk bahan sudu dan 1,8 mm untuk end plate /plat penyangga.
Gambar 4.2.  Spesimen  Rotor Terpasang 3 sudu
Gambar 4.3.  Layout pergeseran sudut sudu

## B. Rancangan Instalasi percobaan
Rancangan  Instalasi  percobaan    seperti  yang  ditunjukkan  pada  gambar. Alat  ini  berguna  untuk  mendapatkan  data  percobaan  yang  terdiri  dari mengontrol/mengukur  kecepatan  angin  dengan  merubah  putaran  fan, mengukur  putaran  turbin  dan  mengukur  torsi  putaran  turbin.  Peralatan    ini terdiri dari beberapa komponen seperti berikut:
 Fan  speed  controller berguna  untuk  mengatur  putaran  fan  sehingga diperoleh kecepatan angin antara 1.5 – 8,5 m/s.
 Fan berfungsi untuk mengalirkan angin dalam tunnel
 Tunnel berguna untuk mengarahkan aliran angin ke turbin.
 Anemometer utuk mengukur laju aliran udara dalam tunnel
 Dinamometer untuk mengukur besarnya torsi putaran turbin
 Odometer berguna untuk mengukur putaran turbin
 Komputer untuk menyimpan dan mengolah data tersebut diatas.

## C. Rancangan dan Teknik Pengumpulan Data
Dalam penelitian ini, pelaksanaannya adalah   untuk mendapatkan data- data  putaran  dan  torsi  pada  turbin.  Sedangkan  variabel  bebasnya  adalah kecepatan angin, jumlah dan sudut sudu.
Pengambilan  data  dimulai  dengan  mempersiapkan  materi  penelitian. Seperangkat  pengukur  dan  pengaturan  jumlah  dan  sudut  sudu.    Penelitian ini dilakukan secara eksperimen di Laboratorium Teknik Mesin, Polinema. Spesimen  pengujian  dan  detail  rancangan  penelitian  ini  dapat  dilihat  pada gambar 4.4.
Variabel  dalam  penelitian  ini  ada  dua  yaitu  variabel  bebas  dan  variabel terikat.
Variabel bebas      :  kecepatan angin,  jumlah sudu dan sudut pergeseran sudu
Variabel terikat      : kecepatan putaran turbin dan  torsi
Gambar 4.4.  Rancangan Instalasi percobaan

## D. Variabel-variabel yang akan diteliti

## Pengukuran kecepatan angin
Kecepatan angin diperoleh dengan data dengan menempatkan anemometer pada  daerah  aliran  angin.  Sedangkan  kecepatan  angin  diatur  dengan  speed controller  yaitu  dengan  switch  yang  dipasang  untuk  merubah  arus  sehingga putaran fan berkurang atau bertambah.
Pengukuran Torsi
Untuk   mengukur   torsi dilakukan dengan cara mekanis sederhana dengan memasang bandul yang mempunyai masa tertentu, yang bergesek pada drum turbin.  Sehingga  besarnya  torsi  dihitung  dari  sudut  yang  dibentuk  oleh bandul.

## IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
A    Data Hasil Penelitian
Tabel 5.1.  Data kecepatan angin, putaran turbin , dan sudut bandul
Tabel 5.2.  Data kecepatan angin, putaran turbin ,dan sudut bandul

## B.  Pembahasan
Data dari hasil percobaan dapat ditampilkan dalam grafik kecepatan angin terhadap besarnya putaran turbin seperti gambar 5.1.
Gambar 5.1 Kinerja Turbin ditunjukkan oleh grafik kecepatan angin & Rpm
Pada  seluruh  kondisi  kecepatan  angin  yang  bervariasi  instalasi  turbin dengan dua sudu dan dan sudut sudu -5 0 mempunyai hasil putaran yang paling tinggi.  Hal  ini  dapat  dijelaskan  bahwa  pada  kecepatan  angin  yang  tinggi putaran  turbin  akan  tinggi  juga.  Kondisi  ideal  dorongan  angin  akan  sedikit lebih lambat sehingga sisi sudu yang sudutnya digeser untuk mendahului arah putaran  kecepatan  tinggi  akan  diperoleh  ketepatan  waktu  antara  dorongan angin dan saat sisi sudu tepet nol derajat. Jika demikian aliran akan mengalami ketepatan arah dan kecepatan angin dengan putaran turbin.
Penjelasan  ini  akan  sebaliknya  jika  diterapkan  pada  sudut  sudu  yang  tepat nol  derajat.  Jika  kondisi  turbin  dengan  kecepatan  tinggi  maka  arah  dan dorongan  angin  akan  cenderung  terlambat.  Saat  tepat  sisi  sudu  lurus  dengan arah  dan  kecepatan  angin  luas    penampang  belum  terlalu  besar  dan  berakibat tidak  menimbulkan    energi  yang  cukup  besar.  Namun  jika  kecepatan  angin tidak    terlalu  besar  dan  putaran  tidak  terlalu  tinggi  kondisi  ini  sangat menguntungkan karena efisiensinya masin cukup tinggi.
Dalam  hal  penempatan  sudu  yang  kurang  tepat    juga  akan  menimbulkan koefisien discharge yang besar dan effisiensi jadi makin kecil. Jika dilihat dari penampang susunan sudu akan lebih jelas seperti terlihat dalam gambar 5.2
3 53 103 153 203 3 4.1 4.6 4.7 4.8 Pu tar an Tu rb in n ( rp m ) Kecepatan Angin v (m/s) 2 sudu OL 2 cm 2 sudu OL 4 cm 2 sudu OL 6 cm
Gambar 5.2  Turbin Savonius Dua sudu sudut sudu -5 0
Tidak  demikian  jika  aliran  tidak  melewati  perubahan  penampang yang  signifikan  perubahan  streamline  akan  dapat  dihindari.  Energi angin akan semakin banyak terserap ke sistem turbin hingga putaran dan dayanya menjadi lebih besar.
Pada  konstruksi  ini  yaitu  dengan  2  sudu  dan  sudut  sudu  lebih  maju maka perubahan penampang itu terjadi tidak begitu signifikan sehingga tidak  menimbulkan schock dan tidak banyak kehilangan energi. Angin mengalir akan membentuk streamline yang merata terlebih jika kondisi kecepatan  angin  sedang  sampai  cukup  tinggi.  Pada  kondisis  ini menimbulkan koefisien discharge yang tidak berarti dan effisiensi yang dicapai menjadi semakin besar.
Gambar 5.3  Turbin Savonius Dua sudu sudut sudu 0 0 .
Sedangkan    pada  instalasi  turbin  dua  sudu,  dengan  sudut  sudu  00 torsi  akan  terjadi  pada  setiap  tepat  bersudut  180  derajat,  sehingga keadaan  ini    akan  menimbulkan  kehilangan  start  saat  letak  sudu  lurus dengan arah angin, atau gaya torsi belum muncul sampai melewati sudut
lurusnya.  Pada    posisi  ini  tidak  ada  sudu  yang  sesuai  posisinya  dapat menyerap energi angin yang mengalir. Sehingga jika menghendaki tetap menggunakan  dua  sudu  dan  bersudut  nol  derajat  maka  konstruksinya harus  dibuat  berbeda  misalnya  dibuat  sudu  miring  atau  bisa  dengan konstruksi bertingkat.
Posisi  dua  sudu  dengan  sudut  nol  derajat    yang  berposisi    sejajar dengan arah angin dapat dilihat pada gambar penampang gambar 5.4
Gambar 5.4  Arah Angin sejajar dengan sudut sudu 0 0 .
Pada  instalasi  dua  sudu  bersudut  nol  derajat  dapat  dijelaskan  secara umum  bahwa  konstruksi  ini  akan  terjadi  pengisian  yang  terlambat  aliran angin  terlihat  penampang  instalasi  dengan  dua  sudu  pada  gambar.  Sudut sudu dengan membuka awal jika kecepatan turbin tinggi angin seolah akan terlambat mengalir pada celah awal.
Gambar 5.5  Arah angin dan celah awal pada pemasangan +50

## Pembahasan Daya Turbin
Seperti  halnya  pada  putaran  turbin,  daya  turbin  dari  hasil eksperimen      pada  seluruh  kondisi  spesimen  baik  yang  instalasi    dua  sudu yang bersudut masing-masing -5, 0 maupun yang +5 derajat  menunjukkan bahwa semakin besarnya kecepatan angin akan diikuti besarnya daya  yang cenderung  naik.  Disamping  itu  konstanta  kemiringan  peningkatannya  juga
hampir sejajar. Seperti pada hubungan kecepatan angin dan putaran turbin, bahwa ada hubungan linear antara besarnya kecepatan angin dan daya  yang terjadi.  Dalam  kondisi  kecepatan  angin  yang  masih  rendah  yang  berarti masih  dalam  bilangan  yang  dibawah  angka  Reynold  3000,  sehingga  aliran masih dalam kondisi laminer.
Gambar 5.6.   Kinerja Turbin ditunjukkan oleh hubungan kecepatan angin & Daya

## V  SIMPULAN DAN SARAN

## A    Simpulan
1. Terdapat  perbedaan    perbedaan  putaran,  daya  dan  penyerapan  energi angin pada turbin Savonius dengan variasi jumlah dan sudut  sudu.
2. Penyerapan  energi  terbesar  yang  berarti  terjadi  putaran  dan  daya  turbin yang  terbesar  yaitu  pada  konstruksi  menggunakan  dua  susu  dan  dengan sudut  -5 0 .  Pada  kondisi  ini  terjadi  pada  kecepatan  angin  adalah  4,8 meter/detik, putaran yang terjadi 120  rpm dan daya turbin sebesar   12,93 watt.

## B   Saran
Penelitian selanjutnya dapat dilakukan dengan memfokuskan pada turbin Savonius dua sudu dengan memvariabelkan besarnya radius sudu dengan panjang kurva yang sama, dengan tetap membuat sudut sudu miring atau membuat sudu helik,  untuk memperoleh penyerapan daya  yang optimal. Karena diharapkan dengan dimensi  sudut sudu dan garis singgung kurva
yang berbeda akan diperoleh efisiensi  yang semakin besar, dengan tetap memperhatikan kerugian akibat konstruksinya.

## VI  Daftar Pustaka
[1] B.  Altan  and  M.  Atilgan,  A  Study  on  Increasing  The  Performance  of Savonius  Wind Rotor. Journal of Mechanical Science and Technology 26, 2012,  1493-1499.
[2] Dayan, Wind energy in buildings . Refocus March/April 2006:33-8.
[3] N. H. Mahmoud, A. A. El Haraoun, E, Wahba, M.H. Nasef, An Experimental Study on  Improvement of Savonius Rotor Performance,
Alexandria Engineering Journal , 19-25.
[4] R.N  Hidayatullah  dkk, DesainAlat  Energi  Angin    Tipe  Savonius  sebagai Pembangkit Listrik di  Pulau Bawean , Jurusan Kelautan ITS,   Surabaya, 1- 10 , 2010
[5] S. Martens, Wind Energy in Urban Areas , Refocus March/April 2012:22-24.
[6] W.  T.  Chong,  A.  Fazlizan,  S.  C.  Poh,  K.  C.  Pan,  H.  W.  Ping,  Early development  of    an  innovative  building  integrated  wind,  solar  and  rain water  harvester  for  urban  high  rise  application, Energy  and  Buildings  47 , 2012, 201-207.
[7] Y. X. Yao, Z. P.  Tang, X. W. Wang, Design Based on Parametric Analysis of Drag  driven VAWT with a tower cowling, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 116, 2013, 3239
Halaman ini sengaja dikososngkan