## ANALISIS KINERJA TURBIN SAVONIUS SEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF

## Imanuel O. Silla, Arifin Sanusi, Yeremias M. Pell
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana Jalan Adisucipto, Penfui-Kupang NTT Email: imanueloktovianussilla@gmail.com, arifin@staf.undana.ac.id, yeremias.pell@staf.undana.ac.id

## Abstract
One of the energies that cannot be separated from our lives is electrical energy. Sources of electrical energy  can  be  grouped  into  two,  namely  renewable  and  non-  renewable  energy.  The  use  of alternative energy in the form of renewable energy (renewable) needs to be conducted research for a wider use.  One alternative energy that needs attention is wind energy, where its use requires wind turbines.  The Savonius type wind  turbine  is  one  of  the  vertical  shaft  wind  turbines  (VAWT)  with simple construction which has a main rotor that rotates vertically and has the advantage of being able  to  take  advantage  of  wind  from  all  directions,  being  able  to  work  at  low  speeds,  and  not requiring  towers  that  are  too  high.  Based  on the  foregoing,  in this  study selected  to  use  the  two Savonius wind turbines blade  because it  requires relatively low rotation.  The  method  used  in this research is to take direct measurements of the turbine rotation. The steps taken are measuring wind speed,  turbine  torque,  and  tip  speed  ratio  which  in  the  calculation  and  analysis  uses  formulas related to Torque, Power Coefficient, Torque Coefficient and Tip Speed Ratio. The calculation and analysis, the (1) The average speed of angin measurable in the village Oenali is 8.26 m/s is able to rotate  the  turbine  Savonius  expected  in  an  average  round  of  654  rpm  so  mengha  silkan  Torque Turbine (Tt) at 0:33 N.m. (2) The Power Coefficient (C P) is 2.8 (%) with a tip speed ratio of 0.6 (λ). (3) The Torque Coefficient (C T) is 8.7 (%), and the Tip Speed Ratio obtained is 0.1 (λ).
Key words : Wind potential; Savonius type turbine; Savonius wind turbine performance

## Abstrak
Salah satu energi yang tidak dapat lepas dari kehidupan kita yakni, energi listrik. Sumber energi listrik dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu energi yang dapat diperbaharui dan yang tidak dapat diperbaharui. Penggunaan energi alternatif berupa energi yang dapat diperbaharui (terbarukan) perlu  dilakukan  penelitian  untuk  pemanfaatan  yang lebih  luas.  Salah  satu energi  alternatif  yang perlu  mendapat  perhatian yakni energi angin dimana pemanfaatannya memerlukan turbin angin. Turbin angin  tipe  Savonius  merupakan  salah  satu  turbin  angin  poros  vertikal  (VAWT)  dengan kontruksi  sederhana  dimana  memiliki  rotor  utama  yang  berputar  secara  vertikal  dan  memiliki kelebihan yang dapat memanfaatkan angin dari semua arah, mampu bekerja pada kecepatan yang rendah, serta tidak memerlukan menara yang terlalu tinggi. Berdasarkan hal tersebut diatas maka dalam  penelitian ini  dipilih  menggunakan  turbin angin  Savonius  dua  blade karena  membutuhkan putaran  yang  relatif  rendah.  Adapun  metode  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah melakukan pengukuran langsung terhadap putaran turbin. Tahapan yang dilakukan yaitu mengukur kecepatan  angin,  torsi  turbin,  dan  tip  speed  ratio  dimana  dalam  perhitungan dan  analisa menggunakan rumus-rumus yang berhubungan dengan Torsi, Koefisien Daya, Koefisien Torsi dan Tip  Speed  Ratio.Hasil  perhitungan  dan  analisa  diperoleh  (1)  Kecepatan  rata-rata  angin  yang terukur di desa Oenali adalah 8.26 m/s mampu memutar turbin Savonius dengan putaran  rata-rata sebesar  654  rpm  sehingga  menghasilkan  Torsi  Turbin  (Tt)  sebesar 0.33 N.m. (2) Koefisien Daya (CP)  sebesar  2.8  (%)  dengan  tip  speed  ratio  sebesar  0.6  (λ).  (3)  Koefisien  Torsi  (CT)  diperoleh sebesar 8.7 (%), dan Tip Speed Ratio yang diperole sebesar 0.1 (λ).
Kata Kunci : Potensi angin; Turbin tipe Savonius; kinerja tubin angin Savoni

## PENDAHULUAN
Angin  adalah  udara  yang  bergerak, pengertian ini menunjukan bahwa dalam angin ada  sejumlah  aliran  udara  yang  besar diakibatkan  oleh  rotasi  bumi  dan  juga  karena adanya  perbedaan  tekanan  udara  disekitarnya. Angin  bergerak  dari tempat  bertekanan  udara tinggi ke tempat bertekanan udara rendah. Jika udara  dipanaskan,  udara  akan  mengalami pemuaian  sehingga menjadi  lebih  ringan  dan naik ke permukaan bumi.
Secara  geografis,  hasil pemantauan  yang dilakukan oleh LAPAN (Lembaga Penerbangan dan  Antariksa  Nasional),  terdapat  beberapa wilayah  di Indonesia yang  memiliki  kecepatan angin rendah diantaranya Nusa Tenggara Timur (NTT).  Nusa  Tenggara  Timur  (NTT)  sendiri memiliki kecepatan angin yang berkisar 2 𝑚 ⁄ 𝑠 – 7 𝑚 ⁄ 𝑠 yang  tergolong  dalam  jenis  kecepatan angin  rendah.  Salah  satu  wilayah  dengan spesifikasi  seperti  itu  adalah Kabupaten  Timur Tengah Selatan (TTS),  yaitu  berkisar  6,9 𝑚 ⁄ 𝑠 –  7,0 𝑚 ⁄ 𝑠 .  Dari  data  kecepatan  angin  tersebut terdapat  potensi  yang  sangat  baik  untuk dijadikan  sebagai  sumber  energi  alternatif yaitu  energi  listrik
Kecepatan  rata-rata  minimum  dan maksimum  dapat  dikonversikan  sebagai  daya energi.  Berikut  ini  adalah  beberapa  daerah  di NTT yang memiliki  kecepatan  angin  di  atas 5 𝑚 ⁄ 𝑠 dan  dapat  dimanfaatkan  sebagai  pemutar turbin  untuk  dikonversikan  menjadi  energi listrik [1].
Tabel  1. Kecepatan Angin Rata – Rata
Tahunan di Wilayah NTT [2]
Turbin  agin  adalah  sebuah  alat yang berfungsi  untuk  mengubah  energi  angin menjadi  energi  putar  mengunakan  bilah  sudu dan  kemudian dikonversikan  menjadi  energi mekanik sebagai pembangkit energi alternatif.
Desain  dari  turbin  angin  sangat  banyak dan  beragam  bentuknya.  Berdasarkan  bentuk rotor turbin angin tersebut, turbin angin  dibagi menjadi dua tipe, yaitu,
1. Turbin Angin Poros Horizontal  atau
Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) Secara  umum  turbin  angin  poros horisontal banyak digunakan untuk pembangkit tenaga listrik karena mempunyai efesiensi yang tinggi dengan menggunakan prinsip gaya angkat ( lift) dibandingakan  dengan  turbin  anginporos vertikal.  Turbin  angin  poros  horizontal mempunyai  sudut  yang  berputar dalam  bidang vetikal  dan  mempunyai  sudu  dengan  bentuk irisan  melintang.  Sedangkan  aliran  pada  salah satu  sisi  sudu  dapat  bergerak  lebih  cepat  dari aliran  udara  di  sisi  yang  lain  fenomena  ini menimbulkan  perbedaan  tekanan pada  daerah didepan  dan  dibelakang  sudu.  Perbedaan tekanan ini membentuk gaya yang menyebabkan sudu berputar [3]
Gambar 1. Macam-macam Desain Turbin Angin HAWT
Berbeda  dengan  dengan  turbin  angin poros  horizontal,  jenis  turbin angin  dengan poros  vertikal  memiliki blade rotor  sejajar dengan  arah  angin  sehingga  rotor  turbin  dapat beerputar. Salahsatu  kelebihan  dari  turbin  ini adalah  dapat  berputar  pada  semuah arah  angin. Secara umum tipe rotor dari turbin angin poros vertikal yakni tipe Savonius yang memanfaatkan gaya dorong (drag) sedangakan tipe  Darrieus  rotor  memanfaatkan  gaya angkat (lift) serta kombinasi dari keduanya [1]
Gambar 2 . Model Turbin Angin Sumbu Vertikal Lokasi Kecepatan Angin
( 𝒎 ⁄ 𝒔 ) Atambua 7,3 TTS 6,9 – 7,0 Sumba 5,3 – 6,8 Rote 5,8 Flores 5,1
2.  Turbin Angin Savonius
Salah  satu  jenis  turbin  angin  sumbu vertikal  (VAWT)  yang  dapat  digunakan  pada angin  dengan kecepatan  rendah  adalah  turbin angin Savonius.  Turbin  ini  ditemukan  oleh sarjana Finlandia bernama Sungurd J. Savonius pada  tahun  1922.  Konstruksi  turbin  sangatlah sederhana,  tersusun  dari  dua  buah  sudu setengah  silinder.  Pada  perkembangannya mengalami  perubahan  bentuk  rotor  seperti desain rotor yang berbentuk huruf L
Gambar 3. Turbin Angin Savonius Dengan Tipe U
Pada  rotor  angin  Savonius,  angin  yang berhembus pada salahsatu bilah rotor diharapkan lebih banyak mengalir ke bilah rotor lainnya  melalui  celah disekitar poros sehingga menyediakan  daya  dorong  pada  bilah rotor  ini. Sehingga rotor dapat berputar cepat.
Pada  bentuk  rotor  Savonius  setengah lingkaran  (Savonius  U),  aliran  udara  di  kedua sisi  sama  besar,  dibandingkan  dengan  pada rancangan rotor yang kedua (Savonius L), aliran pada  sisi  bilah  yang  lurus  lebih  besar dibandingkan pada sisi bilah lengkung seperempat lingkaran.
Rotor Savonius U Rotor Savonius L Gambar 4. Perbandingan Distribusi Angin
Pada Rotor[4]
Gambar 5. Simulasi Gerak Angin Yang Masuk Melewati Turbin

## METODE PENILITIAN
Metode yang digunakan dalam penelitian ini  adalah  metode  eksperimental.  Dimana metode  ini  memerlukan  sebuah  penelitian dalam  menguji kebenaran yang ada. Penelitian ini  dilakukan  dengan  mengetahui  beberapa besaran  yang  diperlukan  dalam  proses  analisis dengan  bantuan  alat  ukur.  Adapun  besaran- besaran yang dimaksud tersebut, yaitu kecepatan angin, putaran  turbin  dan  torsi  yang dihasilkan, agar mendapatkan  informasi- informasi  yang  dibutuhkan untuk  melanjutkan suatu penelitian .
Prosedur  pelaksanaan  penelitian  dapat disajikan  dengan  terlebih  dahulu  menyiapkan alat ukur. Alat ukur tersebut dipasang pada tiap titik  pengukuran yang telah ditentukan.
Pengambilan  data  penelitian  dimulai dari  pengukuran  kecepatan  angin,  putaran turbin, serta pengukuran torsi. Proses pengambilan  data  pengukuran dilakukan  tiap satu  jam  mulai  dari pukul 08.00-16.00 WITA atau disesuaikan dengan kondisi angin yang ada pada lokasi penelitian.
Gambar 8. Sketsa cara perhitungan torsi
Data yang diperoleh dari hasil eksperimen akan dianalisis  untuk  mendapatkan  nilai  koefisien daya ( CP ) dan  koefisien  torsi  ( CT )  kemudian ditunjukkan  dalam  bentuk  grafik antara tip speed  ratio ( TSR )  dengan nilai dari koefisien tersebut  Pengujian  torsi  dilakukan  dengan
mengukur  besaran  gaya  terhadap  perubahan putaran dan beban yang  diberikan dengan cara dikurangi setiap 50 RPM sampai rotor tidak lagi berputar  ( 𝑛 =  0).  Nilai  torsi  turbin  ( TT )  dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan:
𝑇 𝑇 = (𝐹1+𝐹2)(𝑅 𝑝𝑢𝑙𝑖 +𝑅 𝑡𝑎𝑙𝑖 )𝑔 1000 (1) Dimana: F1 = beban (gram) F2 = spring balance (gram)
Rpuli = Jari-jari puli (mm)
rtali = Jari-jari tali (mm) g
= gaya grafitasi (9,81 𝑚 / 𝑠 2 ) Sementara  daya  turbin  ( PT )  diperoleh dengan persamaan,
𝑃 𝑇 = 𝑇 𝑡 ∙ 𝜔 dan 𝜔 = 2𝜋𝑛 60 (2)
Sehingga  nilai  koefisien  daya  ( CP )  dan koefisien  torsi  ( CT )  dapat  diperoleh  dengan menggunakan persamaan:
𝐶 𝑝 = 2𝑃 𝑇 𝜌𝛼𝐴 𝑇 𝑉 3 dan 𝐶 𝑇 = 2𝑇 𝑡 𝜌𝛼𝐴 𝑇 𝑉 2 𝑅 (3)
Setelah  nilai CP dan CT diperoleh, maka selanjutnya  dibuat  dalam  bentuk  grafik terhadap  nilai tip  speed  ratio ( TSR ) dengan menggunakan rumus:
𝑇𝑆𝑅 = 𝐶 𝑝 𝐶 𝑇 (4)

## PEMBAHASAN
Pengukuran kecepatan angin
dilaksanakan  pada  bulan  April  tahun 2020. Pengukuran  dilakukan  saat  kecepatan  angin dapat memutar turbin tanpa berhenti atau stabil. Untuk mendapatkan kecepatan angin yang            baik, maka  turbin  ditempatkan  pada  menara  dengan tinggi  4m.  Daya  yang  dihasilkan  bergantung pada  kecepatan  angin  di  lokasi. Turbin  terbuat dari  plat almunium  dengan  ukuran  rotor  1m  X 1m dengan menggunakan pully turbin berdiameter  sebesar  16  inci  yang  terkopel langsung  dengan pully generator  berdiameter sebesar 4 inci.
Berdasarkan  data  pengukuran  selama  1 bulan maka diperoleh kecepatan angin tertinggi sebesar  8.26  m/s  sedangkan  kecepatan  angin terendah  diperoleh  sebesar  3.80  m/s.  Dari kecepatan  angin  yang  berfluktuasi  maka diperoleh  data  pengukuran  kecepatan  angin terendah 3.80 m/s yang mampu menggerakkan turbin  dengan kecepatan  putaran  sebesar  400
rpm.
Kemudian untuk mendapatkan nilai torsi, maka  sebelumnya  dilakukan  pengukuran  torsi dimana  torsi merupakan  ukuran  kekuatan  atau gaya  yang  dapat  menyebabkan  obyek berputar. Berdasarkan  data  pengukuran  torsi  terhadap putaran  maka  diperoleh  torsi  tertinggi  sebesar 0.33 N.m pada putaran 50 rpm, sedangkan torsi terendah  sebesar  0.02  N.m  pada  saat  putaran mencapai  650 rpm.  Torsi  tertinggi  diperoleh sebesar 0.33  N.m  pada  saat  putaran  hampir berhenti  atau  mengalami  pengereman.  Oleh karena  itu  untuk  meningkatkan  kecepatan putaran  pada pulley generator  maka,  digunakan belt sebaga  penghubung  sekaligus penghubung antara  kedua pulley .  Pada  Gambar  IV.4 menunjukan grafik kofisien  daya (CP) terhadap Tip Speed Ratio (TSR) . Dimana mengasilkan CP tertinggi  sebesar  2.8  %  dengan TSR sebesa 0.6 λ,  namun  pada  saat mencapai  nilai  maksimum cenderung memperlihatkan  penurunan  kofisien daya (CP) yang signifikan. Dengan memperlihatkan  uraian  tersebut,  maka  dapat dilihat bahwa turbin angin  Savonius menghasilkan kofisien daya yang baik.
Gambar 3. Grafik Kofisien Daya (CP) terhadap Tip Speed Ratio (TSR).
Pada perbandingan  kofisien  torsi (CT) terhadap Tip  Speed  Ratio  (TSR), menunjukkan nilai  perbandingan  kofisien torsi (CT) tertinggi  sebesar  8.7  %  dengan TSR sebesar 0.1  λ,  Perubahan  diakibatkan  karena  angin mendorong blade pada  sisi  cekung  rotor Savonius  dengan kecepatan tertentu, sehingga mengasilkan  kekuatan  angin  positif  yang merupakan  torsi  positif  dan  kekuatan  angin negatif  yang  menghambat blade pada  sisi cembung  menghasilkan  torsi negatif.  Hal  ini dikarenakan torsi pada sisi  cekung lebih  tinggi dari  torsi  pada sisi  cembung,  seperti  yang  di
tunjukan pada gambar 4.
Gambar 4. Terhadap Koefisien Torsi (CT) terhadap Tip Speed Ratio (TSR)

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  perhitungan  dan analisa,  maka  dapat  diambil  beberapa kesimpulan sebagai berikut:
Kecepatan rata-rata angin yang terukur di  desa  Oenali  adalah  8.26  m/s  mampu memutar  turbin  Savonius  dengan  putaran rata-rata sebesar  654  rpm  dan  putaran  rotor tersebut  mengasilkan  Torsi  turbin  sebesar 0.33 N.m
Berdasarkan  putaran  turbin,  maka
diperoleh  Kofisien  Torsi  (CT)  sebesar 8.7% pada TSR sebesar 0.1 λ
Berdasarkan  putaran  turbin,  maka diperoleh  Kofisien  Daya  (CP)  sebesar  2.8%,
pada TSR sebesar 0.6 λ

## DAFTAR PUSTAKA
1 Sanusi A. Simulasi Dan Eksperimental Kinerja  Turbin  Angin  Tipe  Savonius Dengan  Kombinasi  Blade  Konvesional Dan  Elips.  Program  Doktor  Teknik Mesin, Malang. 2 Pakpahan  S.  2003.  Pemetaan  Energi Angin Untuk Pemanfaatan Dan Melengkapi Peta Potensi Sda Indonesia. Jakarta: Lembaga Penerbangan Dan
Analisa Nasional (LAPAN).
3 Alit IB, Nurchayanti, Pamuji SH. 2016. Turbin  angin  poros  vertikal  tipe Savonius  bertingkat  dengan  variasi posisi sudut. Din. Tek. Mesin. 6 (2): 107.
4 Pangestu R, Andriani H. SA. Perancangan Turbin Angin Poros
Vertikal  Tipe  Savonius  Bertingkat Dengan  Variasi  Blade.  Politeknik
Negeri Bandung., bandung. 2017.