Motor Bakar: Jurnal Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Tangerang, Vol. 4, No. 2, Agustus-Desember, 2020

## RANCANG BANGUN TURBIN ANGIN SAVONIUS POROS VERTIKAL DENGAN KINCIR
4 SUDU SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK PADA PENERANGAN JALAN RAYA
PARTA 1 , ROFIROH 2 , ANDRE GUSTI FATRIA 3
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Tangerang Jl. Perintis Kemerdekaan I/33 Cikokol-Tangerang E-Mail : partagumilang77@gmail.com

## ABSTRAK
Manusia  membutuhkan  energi  untuk  melakukan  kehidupan  sehari-hari  misalnya  untuk  berjalan, berlari, bekerja, atau beraktivitas. Selain itu manfaat energi penting untuk kebutuhan lain, yang juga bisa diubah menjadi listrik untuk keperluan manusia sehari-hari. Indonesia memiliki kekayaan sumber daya energi, yaitu tenaga air (Hydropower), panas bumi, gas bumi, batubara, gambut, biomassa, biogas, angin, energi laut, matahari dan lainnya dapat dimanfaatkan sebagai energi alternatif, menggantikan bahan bakar minyak, yang semakin terbatas baik jumlah cadangannya, dan gas hasil proses pembakaran dari energi fosil menciptakan polusi  yang  sangat  merusak  lingkungan  dan  berbahaya  bagi  kesehatan.  Melihat  potensi  kota  besar  di Indonesia  yang  notabenenya  banyak  dijumpai  kendaraan  dan  jalan-jalan  besar  sehingga  menjadi  sebuah trobosan untuk membangun suatu turbin angin yang nantinya diaplikasikan di titik-titik tertentu suatu daerah pada jalan raya sebagai pembangkit listrik pada penerangan jalan raya seperti pada berbagai jalan di negara- negara maju Penelitian ini menggunakan metode perancangan eksperimen yaitu pengumpulan data sebagai bahan  untuk  menyusun  laporan  skripsi.Pada  tahap  perencanaan  menggunakan  studi  lapangan,metode interview,  studi  literature.proses  pelaksanaan  dimulai  dari  survey  harga  material,  desain,pembuatan komponen,perakitan  dan  pengujian  alat.  Dalam  rancang  bangun  turbin  angin  savonius  melalui  beberapa proses yaitu proses perancangan dan desain turbin menggunakan software CAD, melakukan perhitungan dan pembelian  material,  dan  yang  terakhir  adalah  proses  pembuatan  dan  assembly  bagian  turbin  itu  sendiri. Adapun jumlah biaya yang dibutuhkan untuk pembuatan rancang bangun turbin angin savonius yaitu sebesar Rp 5.744.203,- (Lima Juta Tujuh Ratus Empat puluh Empat Ribu Dua Ratus Tiga Rupia h) Kata Kunci : Jalan Raya; Pembangkit Listrik; Rancang Bangun;  Anggaran Biaya.

## ABSTRACT
Humans need energy to carry out daily life for example to walk, run, work, or do other activities. In addition, the benefits of energy are important for other needs, which can also be converted into electricity for daily human needs. Indonesia has a wealth of energy resources, namely hydropower, geothermal, natural gas, coal, peat, biomass, biogas, wind, marine energy, solar and others that can be used as alternative energy, replacing fuel oil, which is increasingly limited. both the amount of reserves, and the gas resulting from the combustion process from fossil energy creates pollution that is very damaging to the environment and harmful to health. Seeing the potential of big cities in Indonesia, which in fact many vehicles and large roads are found, so that it becomes a breakthrough to build a wind turbine which will later be applied at certain points of an area on the highway as a power generator for road lighting such as on various roads in Indonesia. developed countries. This  study  uses  an  experimental  design  method,  namely  data  collection  as  material  for  compiling  a  thesis report. At the planning stage using field studies, interview methods, literature studies. The implementation process starts from a material price survey, design, component manufacture, assembly and testing of tools. In the  design  of  the  Savonius  wind  turbine  through  several  processes,  namely  the  process  of  designing  and designing  the  turbine  using  CAD  software,  calculating  and  purchasing  materials,  and  the  last  one  is  the process of making and assembling the turbine part itself. The total cost required for the manufacture of the savonius  wind  turbine  design  is  Rp.  5,744,203,  -  (Five  Million  Seven  Hundred  Forty  Four  Thousand  Two Hundred Three Rupiah)
Keywords : Highway; Power Plant; Design and Build; Cost Budget.

## 1. PENDAHULUAN
Jalan  adalah  suatu  media  penghubung antara  satu  kota  dengan  kota  yang  lainnya  dengan berbagai  jenis  kendaraan  yang  melintas,  mulai kendaraan  pribadi  hingga  kendaraan  komersial
dimana  masing-masing  kendaraan  tersebut  melaju dengan kecepatan yang bervariasi sesuai kebutuhan. Saat kendaraan tersebut melaju dengan sangat cepat, maka  akan  menimbulkan  suatu  energi  laju  aliran udara yang besar dan cepat sehingga dapat dirasakan
Motor Bakar: Jurnal Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Tangerang, Vol. 4, No. 2, Agustus-Desember, 2020
ketika berada di posisi tidak jauh dari laju kendaraan tersebut.
Seiring  perkembangan  teknologi  yang semakin  maju,  mendorong  kreatifitas  mahasiswa untuk  memanfaatkan  energi  kecepatan  angin kendaraan  yang  melaju  sebagai  pembangkit  listrik dengan  bantuan  turbin  yang  terhubung  pada  satu poros  vertikal  menuju  generator,  sehingga  nantinya putaran  generator  inilah  yang  menghasilkan  energi listrik.  Pada  umumnya  di  negara  kita  sudah memanfaatkan  energi  angin  sebagai  pembangkit listrik dengan berbagai jenis turbin dan penempatan yang  berbeda  sesuai  kebutuhan,  namun  melihat potensi  kota  besar  di  Indonesia  yang  notabenenya banyak  dijumpai  kendaraan  dan  jalan-jalan  besar sehingga menjadi sebuah trobosan untuk membangun suatu  turbin  angin  yang  nantinya  diaplikasikan  di titik-titik tertentu suatu daerah pada jalan raya yang terpantau lancar dengan volume kendaraan yang tidak terlalu  padat  seperti  pada  berbagai  jalan  di  negara- negara maju.
Dengan  adanya  rencana  pembangunan turbin  angin  ini,  diharapkan  dapat  memaksimalkan pemakaian  listrik  pada  penerangan  jalan  dengan mengaplikasikan sistem otomatis on/off menggunakan sensor pembaca cahaya yang terpasang diatas  lampu  guna  menyuplai  dan  menghentikan pengeluaran  listrik  dari  penyimpanan  tanpa  perlu melakukan  pengontrolan  secara  manual  oleh operator, sehingga saat ada aktifitas kendaraan, turbin akan  berkerja  menghasilkan  listrik  dari  putaran generator yang terhubung dengan poros kincir/sudu untuk mencharger battery .
Saat  malam  hari  tiba battery akan  sangat membutuhkan tambahan suplai energi listrik karena saat itulah sensor pembaca cahaya bekerja dan mulai menyuplai listrik ke lampu jalan sehingga jika tidak adanya pengisian maka battery akan cepat habis dan tidak dapat bekerja dengan maksimal, disinilah peran turbin  angin  yang  sangat  dibutuhkan  oleh  sistem pengisian battery, tetapi ada saat dimana battery akan mendapat  suplai  pengisian  yang  melebihi  kapasitas atau yang disebut “ over charging”, hal ini disebabkan karena  putaran  turbin  melebihi  kecepatan  yang diijinkan,  dan  dapat  menyebabkan battery menjadi rusak bahkan dapat terjadinya kebakaran, maka perlu adanya sistem pengaman yang bekerja jika pengisian mengalami over charging.
Berdasarkan  latar  belakang  di  atas  maka penelitian ini akan membahas tentang “RANCANG BANGUN  TURBIN  ANGIN SAVONIUS POROS VERTIKAL DENGAN KINCIR 4 SUDU SEBAGAI
PEMBANGKIT  LISTRIK  PADA  PENERANGAN JALAN RAYA”.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Adapun schedule dan  lokasi  yang ditunjukan sebagai tempat untuk dilakukan pengujian turbin  angin  yaitu  dilaksanakan  pada  tanggal  15 Agustus - 18 Agustus 2020 pada separater Jalan Gatot Subroto  KM  5,  Keroncong,  Kec.  Jatiuwung,  Kota Tangerang, seperti pada Gambar 1.

## Gambar 1. Lokasi Pengujian
Metode  penelitian  yang  digunakan  oleh penulis dalam rancang bangun turbin angin savonius adalah menggunakan metode perancangan eksperimen berdasarkan konsep turbin existing yang sudah  ada  dan  diperbaharui  dengan  desain  yang menyesuaikan  pada  kondisi  lapangan  dengan menggunakan software Autodesk Inventor Profesional.
Adapun  tahap-tahap  perencanaan  yang dilakukan  dalam  proses  pembuatan  rancang  bangun Turbin Angin Savonius , diantaranya : 1. Studi Lapangan Mempelajari  alat  pemotong  kripik otomatis  dan  mekanismenya,  untuk  merancang Turbin  Angin Savonius ini  terlebih  dahulu dilakukan  pengamatan  dan  pembelajaran  dari Turbin  Angin Savonius yang  sudah  ada  untuk pencariaan data.
2. Metode Interview
Metode interview ,  yaitu  suatu  metode pengumpulan  data  dimana  penulis  mengadakan wawancara  secara  langsung  dengan  narasumber yang berkopeten dibidang ini.
3. Studi Literatur
Mempelajari  literature  yang  membantu dan mendukung proses manufaktur dan perakitan (assembling) , Turbin Angin Savonius mempelajari  dasar  rancangan  elemen  mesin, langkah-langkah  kinerja  dari  Turbin  Angin Savonius , dan literature lain yang mendukung. 4. Perencanaan dan Perancangan Setelah  melakukan  pencarian  data  dan pembuatan  konsep  yang  didapat  dari  literature
Motor Bakar: Jurnal Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Tangerang, Vol. 4, No. 2, Agustus-Desember, 2020
studi  kepustakaan  dan  dilihat  dari  percobaan tentang  Turbin  Angin Savonius yang  sudah  ada, maka  dapat  direncanakan  elemen-elemen  dari percancangan pembuatan Turbin Angin Savonius . Perencanaan dan perancang adalah langkah awal dari pembuatan Turbin Angin Savonius ini harus dilakukan  dengan  benar  agar  alat  yang  dibuat dapat bekerja secara maksimal.
5. Waktu Perencanaan dan Perancangan
Waktu  perencanaan  dan  perancangan Turbin  Angin Savonius ini  dilakukan  selama  3 bulan  yang  meliputi,  analisa  perencanaan, perhitungan,  pembuatan,  perancangan  dan pengambilan data.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam perancangan pembuatan Turbin Angin Savonius ini, terdapat beberapa tahapan dan langkah- langkah yang harus dilakukan :
Gambar 2. Desain Turbin Angin Savonius
Spesifikasi Turbin angin savonius : a. Diameter sapuan sudu turbin
= 0,78 m b. Tinggi sudu turbin            = 0,60 m c. Tinggi tower turbin = 0,89 m
d. Tebal sudu turbin             = 1,50 mm e. Luas permukaan sudu
= 0,18 m ! f. Tinggi total = 1,50 m

## A. Menentukan Daya Turbin
Untuk luas daerah sapuan angin dapat dihitung dengan  melihat radius sapuan  sudu  pada  turbin  seperti pada Gambar 3.
Gambar 3. Daerah Sapuan Angin Pada Turbin Angin

## Savonius
Pada  gambar  di  atas  didapat  daerah  sapuan  angin dengan jarak 780,7 mm = 0,78 m dengan R = ",$% ! =
0,39 m, maka luas daerah sapuan angin adalah : A = π.r 2 = 3,14.0,39 2 = 0,47 m 2
Daya Turbin
𝑃 ! = " # . 𝐶𝑝. 𝜌 . 𝐴. 𝑣 % = " # . (0,1). (1,2) . (0,47). 7,2 % =  10,52 𝑊att Jadi daya yang dihasilkan oleh turbin angin savonius dengan kecepatan angin max di parameter pengujian pada sore hari sesai Tabel 4.2 yaitu sebesar 10,52 𝑊 .

## B. Menentukan Poros Turbin
Material  yang  digunakan  untuk  pembuatan poros adalah besi pejal dengan lambang S45C seperti pada Gambar 4.
Gambar 4. Besi Pejal Lambang S45C Perhitungan Daya Rencana Poros 𝑃𝑑 = 𝑓 & 𝑃 = 2. (0,010 ) = 0,02 kW Perhitungan Momen Puntir Rencana 𝑇 = 9,74 𝑥 10 ' ()
*" = 9,74 𝑥 10 ' +,+# "#%
= 158,37 kg/mm Perhitungan Pada Tegangan Geser Yang Diijinkan
𝜎 & = ' ! ()* " $ )* % ) = ,% (-," / !,") =  4,83 𝑘𝑔/𝑚𝑚 &
R
Motor Bakar: Jurnal Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Tangerang, Vol. 4, No. 2, Agustus-Desember, 2020
P-ISSN: 2549- 5038   E-ISSN: 2580-4979

## Perhitungan Untuk Menentukan Diameter Poros
𝑑 - = ( '," / ! 𝐾 0 𝐶 1 𝑇) "/% = ( '," 3,4% . (1,5). (2,3). 158,37 ) "/%
= 8,32 mm Jadi  poros  yang  digunakan  untuk  membuat  sebuah turbin  angin savonius yaitu  menggunakan  besi bulat/ Round  bar berdiameter  8,32  mm  dengan tegangan geser yang diijinkan sebesar 4,83 𝑘𝑔/𝑚𝑚 ! .

## C. Perencanaan Bantalan
Dalam  perencanaan  bantalan  pada  turbin angin savonius poros vertical bantalan  yang digunakan  adalah  bantalan  “6005  ZZ”  yaitu  jenis bantalan  gelinding  dengan  type Shielded ,  alasannya adalah  karena  bantalan  gelinding  mempunyai keuntungan dari gesekan gelinding yang sangat kecil dibandingkan  bantalan  luncur,  dan  dipilih  type Shielded karena  melihat  kondisi  lingkungan  dengan pergantian cuaca yang mungkin dapat menyebabkan air  atau  kotoran  masuk  ke  dalam ball  bearing dan dapat  memperpendek  umur  bantalan  maka  disinilah peranan dari Shielded yaitu menahan air dan kotoran masuk kedalam bantalan sehingga cuaca ekstrim pun bantalan  tetap  terjaga  kondisinya,  adapun  type  ini dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5.  Bantalan Gelinding Type Shielded
Perhitungan Beban Ekivalen 𝑃 5 = 𝑋𝑉𝐹 5 + 𝑌𝐹 6 = 0,56.1.1,89 + 1,45.1 = 2,51  kg Perhitungan Faktor Kecepatan 𝑓 * = (33,3/𝑛) "/% = (33,3/123) "/% = 0,64 Rpm Perhitungan Faktor Umur 𝑓 7 = 𝑓 * 8 ( = 0,64 #.#9+
"+,'# = 137,49 Jam Umur nominalnya adalah : 𝐿 7 = 500𝑓 7 % (Untuk bantalan bola) = 500. 137,49 % = 1.299.521.114 Jam Keandalan umurnya adalah : 𝐿 * = 𝑎 " . 𝑎 # . 𝑎 % . 𝐿 7
= (0,21). (1). (1). (1.299.521.114) = 272.899.433 Jam
Jadi bantalan yang digunakan yaitu bantalan dengan jenis  bantalan  gelinding  nomor  “6005ZZ”  dengan keandalan umur pakai yaitu 272.899.433 Jam.
D. Perencanaan Pulley dan Sabuk Transmisi
Diketahui  : Ø Pulley Penggerak : 201 mm Ø Pulley Penerima :  30 mm Kecepatan Keliling Pulley Penggerak 𝑉𝑝 = 0.23.43(5&/)
-".""" = 6,37.!"3.3!6 -".""" = 1,29 m/s
Kecepatan Putar (rpm) pulley yang digerakan 𝑛 # = :".;"(=>?)
:# = #+"."#% %+ = 824,1 𝑟𝑝𝑚
Efisiensi Transmisi V-Belt 3!6    895 %!7,3 895 x 100% = 14,92%
Jadi  kecepatan pulley pengerak  pada top  speed 123 Rpm  yaitu  1,29  m/s  dengan  jumlah  putaran  output generator sebesar 824,1 Rpm menggunakan rasio 1:6, yang menghasilkan efisiensi sebesar 14,92%.

## E. Perencanaan Sudu Turbin
Segitiga Aliran Kecepatan Fluida Pada Blade Turbin Angina Savonius
𝑈 " = A.:".* 9+ = %,"3.+,B4."#% 9+ = 5,02
Gaya Drag D   = " # 𝐶 ).C 𝐴. 𝑣 # = (").(+,D).(",#'').(+,3B).(B,#) " # = 13,76 N Gaya Lift 𝐿 = " # 𝐶 E.C 𝐴. 𝑣 # = (").(+,"').(",#'').(+,3B).(B,#) "
#
= 2,29 N
Efsiensi dari Gaya Lift dan Gaya Drag #,#D F "%,B9 F x 100% = 16,64%
Jadi  hasil  perhitungan  antara  Gaya Lift dan Gaya Drag pada perencanaan sudu turbin yaitu FD =13,76 N, dan FL = 2,29 N, dengan Tip Speed Ratio 0,69 dan menghasilkan efisiensi sebesar 16,64%.
Shielded
Motor Bakar: Jurnal Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Tangerang, Vol. 4, No. 2, Agustus-Desember, 2020
P-ISSN: 2549- 5038   E-ISSN:
2580-4979

## F. Total Biaya Produksi
Total  Biaya  =  ((Rp.189.750  +  Rp.299.453  + Rp.1.590.000)  +  Rp.2.455.000  +  Rp.910.000  + Rp.300.000) Total Biaya = Rp.5.744.203,-
𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 = :;.  ,.$77.!"6,< :;.36.3,".""",< x 100% = 43,68%

## 4. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian dengan judul “Rancang Bangun Turbin Angin Savonius Poros Vertikal Dengan Kincir 4 Sudu Sebagai Pembangkit Listrik Pada Penerangan Jalan  Raya”.  Maka  penulis  dapat  mengambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Turbin angin dibuat dengan jenis Savonius maka menggunakan  konfigurasi  poros axis  vertical karena mengikuti kondisi lapangan dan memiliki beberapa keuntungan diantaranya : (1.) Kontruksi turbin  sangat  sederhana,  bisa  tersusun  dari  dua buah sudu atau lebih, (2.) Dapat digunakan pada angin dengan kecepatan rendah, (3.) adanya gaya dorongan  karena  perbedaan  sudut  yang menyebabkan sudu berputar secara terus menerus. 2. Berdasarkan perhitungan mekanis pada perancangan  turbin  angin savonius didapat  hasil perhitungan daya turbin sebesar 10,52 𝑤 att 3. Berdasarkan  hasil  perhitungan  mekanis  jumlah output  putaran  maksimal  pada pulley  generator turbin angin s avonius sebesar 824,1 𝑅𝑝𝑚 dengan efisiensi sebesar 14,92%.
4. Berdasarkan hasil perhitungan angaran biaya pada rancang bangun turbin angin savonius maka total biaya  produksi  sebesar  Rp.5.744.203,-  dengan efisiensi harga sebesar 43,68% jika dibandingkan dengan harga turbin di online shop.

## DAFTAR PUSTAKA
Bambang  Sulaksono,  2019, Perancangan  Sudu Tangkap Terhadap Variasi Kecepatan Angin
Pada Turbin Angin, Jurnal Ilmiah
TEKNOBIZ, Vol. 9 No. 2. Burton T, Sharpe D, Jenskin N, Bossanyi E. 2001. Wind Energy Handbook . New York: Wiley. Daniel  Teguh  Rudianto,  Nurfi  Ahmadi,  2016, Rancang  Bangun  Turbin  Angina  Savonius 200  Watt,  Seminar  Nasional  Teknologi Informasi  Dan  Kedirgantaraan  (SENATIK), Vol.  II,  26  November  2016,  ISSN:  2528- 1666. Fritz Dietzel. 1988. Turbin Pompa Dan Kompresor , Jakarta: Penerbit Erlangga.
Ikbal Pandu Prakoso, Dr. Ir. Priyagung Hartono, Ir. Hj.  Unung  Lesmanah,  2018, Perencanaan Turbin Angin Sumbu Vertikal Tipe Darrieus- H  Dengan  Penambahan  2  Blade  Tipe Savonius Untuk Pembangkit Listrik, Skripsi, Jurusan  Teknik  Mesin,  Fakultas  Teknik, Universitas Islam Malang, Jawa Timur. Ir. Jack Stolk, C. Kros. 1986. Elemen Mesin, Elemen Kontruksi Bangunan Mesin , Jakarta : Penerbit Erlangga.
M.  Haydarul  Haqqqi,  Dr.  Gunawan  Nugroho,  ST. MT.,  Dr.  Ir.  Ali  Musyafa’  M.Sc,  2013, Rancang  Bangun  Turbin  Angin  Vertikal Jenis Savonius Dengan Variasi Jumlah Blade Terintegrasi
Circular Shield Untuk
Memperoleh  Daya  Maksimum,  Jurnal Teknik Pomits Vol. 7, No. 7, (2013) 1-6 Pembangkitlistrik.Com  –  Pembangkitan  Daya  Pada
Pembangkit Listrik Tenaga Bayu – Rabu, 29 Juli
2020            – https://www.pembangkitlistrik.com/daya- pada-pembangkit-listrik-tenaga-bayu/ Sugata Kiyokatsu. 1987 Sularso. Dasar Perancangan dan  Pemilihan  Elemen  Mesin. Jakarta: PT.Pradnya Paramita Syukri Himran. 2019. Energi Angin. Yogyakarta: Andi.
Wikipedia  –  Turbin  Angin  –  Rabu,  29  Juli  2020  – https://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_angin