## Pengaruh diameter dan jumlah sudu turbin angin savonius tipe L terhadap unjuk kerja yang dihasilkan
Mohammad Rizqi Saputra 1* , Nur Kholis 2 , Mohammad Munib Rosadi 3
Prodi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Hasyim Asy`Ari Jombang 1,2,3
Jl. Irian Jaya no.55 Cukir, Kecamatan Diwek Kabupaten Jombang Corresponding author : mohammadrizqi70@gmail.com

## Abstract
The  wind  is  a  renewable  mechanical  energy  source  that  can  be  used  as  an  energy source  due  to  the  energy  from  the  wind  that  can  be  used  to  drive  wind  turbines.  Savonius wind turbine type L is a tool to convert wind energy into electricity with simple construction and able to work with low wind speeds. The study aims to determine the effect of differences in diameter and number of blades on the power produced. The method used is a simulation method  with  an  artificial  wind  source.  With  a  wind  speed  of  8  m/s.  The  data  analysis technique used is 2-way ANOVA using the SPSS application. Variations used are 20 cm and 40  cm  in  diameter  and  the  number  of  blades  2  and  4.  The  result  is  a  wind  turbine  with  a variation of 40 cm and 4 blades capable of producing the best output which produces 350.98 RPM voltage of 11.64 volts current of 0.144 amperes and power of 1,676 watts. As for BHP, torque, and turbine efficiency with a variation of 40 cm and 4 blades capable of  producing the best output where the generated BHP is 3.352 watts, torque 0.091 N / m efficiency 2.17. For the results  of  calculations  with SPSS wind  turbines with a diameter variation  of  40 cm and 4 blades, the biggest power is 1,744 watts and for BHP produces 3.3520 watts and the efficiency reaches 2.17%.
Keywords: Diameter, number of blade, Performance.

## Abstrak
Angin  adalah  sumber  energi  mekanik  yang  bisa  diperbaharui  sehingga  dapat dimanfaatkan  sebagai  sumber  energi  karena  dapat  digunakan  untuk  menggerakkan  turbin angin.  Turbin  angin  savonius  tipe  L  merupakan  alat  untuk  mengubah  energi  angin  menjadi listrik  dengan  konstruksi  yang  sederhana  dan  dapat  bekerja  dengan  kecepatan  angin  yang rendah.  Tujuan  penelitian  ini  untuk  mengetahui  pengaruh  perbedaan  diameter  dan  jumlah sudu terhadap unjuk kerja  yang dihasilkan.  Metode  yang digunakan adalah metode simulasi dengan  sumber  angin  buatan.  Dengan  kecepatan  angin  8  m/s.  Teknik  analisis  data  yang digunakan  adalah  ANOVA  2  arah  dengan  menggunakan  aplikasi  SPSS.  Variasi  yang digunakan adalah diameter 20 cm dan 40 cm serta jumlah sudu 2 dan 4. Hasilnya turbin angin dengan  variasi  40  cm  dan  4  sudu  mampu  menghasilkan  output  terbaik  yang  dimana menghasilkan  RPM  350,98  tegangan  11,64  volt  arus  0,144  ampere  dan  daya  1,676  watt. Sedangkan  untuk  BHP,  torsi,  dan  efisensi  turbin  dengan  variasi  40  cm  dan  4  sudu  mampu menghasilkan  output  yang  terbaik  dimana  BHP  yang  dihasilkan  adalah  3,352  watt,  torsi 0,091 N/m efisisensi 2,17. Untuk hasil perhitungan dengan SPSS turbin angin dengan variasi diameter  40  cm  dan  4  sudu  menghasilkan  daya  terbesar  yakni  1,744  watt  dan  untuk  BHP menghasilkan  3,3520  watt  dan  efisiensinya  mencapai  2,17  %  untuk  torsi  tertinggi  dicapai turbin variasi 40 cm 2 sudu dengan torsi 0,116.
Kata kunci : diameter, jumlah sudu, unjuk kerja.

## Pendahuluan
Angin merupakan udara yang bergerak  terjadi  karena  adanya  perbedaan suhu udara  yang dingin  dengan suhu udara panas.  Angin  adalah  sumber  energi mekanik  yang  dapat  diperbaharui  sehingga dapat  dimanfaatkan  sebagai  sumber  energi karena  energi  dari  angin  dapat  digunakan untuk menggerakkan turbin angin. Pemanfaatan  energi  angin  ini,  selain mengurangi ketergantungan terhadap energy fosil, diharapkan juga meningkatkan efektivitas  dan  efisiensi  system  pertanian, yang  pada  gilirannya  dapat  meningkatkan produktivitas masyarakat pertanian. [3].
Pemanfaatan energi angin merupakan  pemanfaatan  energi  terbarukan paling  berkembang  sekarang.  Berdasarkan data  dari  WWEA  tahun  2011  ( WorldWind Energy  Association )  sampai  dengan  tahun 2017  perkiraan  energi  listrik  dihasilkan oleh turbin angin mencapai 93.85 GigaWatts  (GW),  mampu  menghasilkan lebih  dari  1%  dari  total  kelistrikan  secara global.  Amerika  Serikat,  Spanyol  dan China  merupakan  negara-negara  terdepan dalam  pemanfaatan  energi  angin  baik secara teknologi maupun ilmu pengetahuan. Salah satu pemanfaatan angin yang paling populer adalah dengan menggunakan  kincir  angin.  Kincir  angin terdapat  dua  jenis  yakni  kincir  angin vertical dan horizontal. Pada penelitian kali ini  kincir  angin  yang  digunakan  adalah kincir  angin  vertical  tipe  savonius.  Alasan dipilihnya  kincir  angin  savonius    karena konstruksinya  yang  mudah  dan  memiliki kecepatan start  up yang  rendah  dibanding turbin angin horizontal.
Dengan banyaknya jenis dan variasi dari  turbin  jenis  savonius  ini  didapatkan banyak  daya  output  yang  dihasilkan.  Dari penelitian  terdahulu  masih  jarang  yang meneliti  tentang  kombinasi  diameter  dan jumlah sudu yang digunakan. Maka dari itu dalam penelitian ini penulis mengkombinasikan perbedaan diameter
dengan  jumlah  sudu.  Untuk  mengetahui tidak  hanya  daya  yang  dihasilkan  akan tetapi  untuk  mengetahui Brake  Horse Power, Efisiensi dan Torsi yang dihasilkan. Diameter yang digunakan adalah 40 cm dan 20  cm.  Hal  ini  dikarenakan  turbin  angin tersebut hanya digunakan sebagai prototype .  Sedangkan  jumlah  sudu  yang digunakan  adalah  2  dan  4  buah.  Sehingga didapatkan  4  kombinasi  turbin  angin. Melihat  pentingnya  perkembangan  turbin angin  sebagai  sumber  energi  terbarukan dan  banyaknya  variasi  yang  diaplikasikan dalam model turbin angin sehingga penulis melakukan penelitian dengan judul “Pengaruh  Diameter  dan  Jumlah  Sudu Turbin  Angin  Savonius  Tipe  L  Terhadap Unjuk  Kerja  yang  Dihasilkan” untuk mengetahui  pengaruh  antara  sudu  dan diameter  turbin  angin  terhadap  daya  yang dapat dihasilkan.

## Tinjauan Pustaka
Angin  adalah  udara  yang  bergerak akibat  adanya  perbedaan  temperatur  udara. Udara  bergerak  dari  tempat  bertemperatur tinggi  ke  tempat  bertemperatur  rendah Perbedaan  tekanan  udara  dipengaruhi  oleh sinar matahari [10] . Sedangkan dalam Buku Panduan Renewable  Energy tenaga  angin adalah  sekedar  bentuk  tenaga  surya  yang dikonversi.  Radiasi  matahari  memanas  di beberapa  tempat  di  bumi  dengan  waktu yang  berbeda  pada  siang  dan  malam  hari. Hal  ini  menyebabkan  berbagai  bagian atmosfer  memanas  dalam  waktu  yang berbeda.
Kincir atau turbin angin  merupakan sebuah  alat  yang  digunakan  dalam  Sistem Konversi  Energi  Angin  (SKEA).  Kincir angin  berfungsi  merubah  energi  gerak angin  menjadi  energi  mekanik  untuk memutar  poros.  Putaran  poros  tersebut kemudian digunakan untuk memutar dinamo atau generator untuk  menghasilkan listrik.  Desain  dari  kincir/turbin  angin sangat banyak macam jenisnya,
berdasarkan  bentuk  rotor,  kincir  angin dibagi  menjadi  dua  tipe,  yaitu  turbin  angin sumbu mendatar ( horizontal
axis
windturbine )  dan  turbin  angin  sumbu vertikal ( vertical axis wind turbine ).
Turbin  yang  memanfaatkan  tenaga angin  pada  awalnya  digunakan  di  sektor pertanian sebagai penggiling biji-bijian dan pemompa  air  untuk  irigasi.  Diakhir  abad ke-19  turbin  angin  mulai  dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik oleh P. La Cour dari  Denmark.  Putaran  turbin  pada  poros digunakan  untuk  menggerakkan  rotor  pada generator sehingga menghasilkan listrik.
Torsi  dan  putaran  poros  merupakan factor  yang  mempengaruhi  daya  pada turbin angin. Untuk mengetahui unjuk kerja yang dihasilkan dapat dilakukan
perhitungan dengan rumus berikut 1. Daya Energi Angin (P)
Energi yang dihasilkan oleh pergerakan  angin  diperoleh  dari persamaan  :
P = ½ ρAv³    ….. (1)
Dimana: P = Energi angin (Watt) ρ  = Massa jenis udara (1,2 Kg/ 𝑚 3 ) A = Luas sudu  (m) V = Kecepatan angin (m/ 𝑠 2 )
Brake Horse Power (BHP)
2. Brake  Horse  Power adalah  daya  hasil turbin  yang  sudah  berkurang  karena direduksi  oleh  pembebanan yang disebabkan  oleh  generator,  gearbox, penerus daya atapun perangkat tambahan  lainnya.  Pertama  mencari tegangan  yang  dihasilkan,  maka  dapat diketahui  besarnya  daya  generator. Seperti rumus dibawah ini :
𝑃 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟 = V . I …..(2)
Dimana :
P generator : Daya generator , (Watt) V : Tegangan generator listrik, (Volt) dan I : Arus listrik, (Ampere)
BHP dapat dihitung setelah didapat kan harga P generator dengan rumus sebagai berikut :
BHP = 𝑃 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟 𝜂 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟 …..(3) Dimana : BHP : Brake Horse Power , (Watt) Pgenerator : Daya generator, (Watt) 𝜂 generator : Efisiensi generator, (asumsi
0,5 %) bila dihitung dengan persamaan
𝜂 = 𝑃𝐿 𝑃𝑇 × 100%
Dimana PL= daya beban dan PT daya mekanik turbin
3. Torsi (T) Torsi merupakan
perkalian kecepatan  angin  dan  jari-jari  turbin  angin dibagi Top  Speed  Ratio .  Yang  dapat dirumuskan sebagai berikut:
T= 𝑉 2 ∙𝑅 3 𝛾 2 = F.r = m.a  …..(4) TSR ( 𝛾 2 ) = 𝜔 𝑉 …..(5) 𝜔 = 2.𝜋.𝑛 60 …..(6)
Dimana : 𝑟 = jari-jari turbin angin
N = putaran turbin (rpm) V = kecepatan udara 4. Efisiensi Efisiensi turbin angin
merupakan  perbandingan  daya  keluaran turbin dengan daya angin. Untuk menghitung  efisiensi  dari  turbin  angin adalah
𝜂 = 𝐵𝐻𝑃 𝑃 𝑥 100 % …..(7)

## Metode penelitian
Jenis penelitian yang penulis gunakan  adalah  penelitian  kuantitatif. Untuk metode penulis menggunakan metode  eksperimental  dengan  variabel bebas jumlah sudu dan diameter sedangkan variabel terikatnya dalah arus tegangan dan
RPM  yang  kemudian  menghasilkan  turbin angin jenis savonius tipe L dengan 2 dan 4 sudu sedangkan diameter 20 cm dan 40 cm. Hasil  yang  diperoleh  dari  pengujian kemudian  dianalisis  dan  mendapatkan kesimpulan.  Berikut  ini  adalah flow  chart penelitian pada Gambar 2.
Gambar 2. Flow Chart Penelitian

## Variabel penelitian
1. Variabel  bebas  adalah  variabel  utama yang mempengaruhi atau yang menjadi sebab  perubahannya  variabel  terikat. Variabel  bebas  yang  digunakan  yaitu jumlah sudu dan dimeter.
2. Variabel  terikat  adalah  variabel  yang dipengaruhi  atau  hasil  dari  variabel bebas. Variabel terikat dalam penelitian ini adalah daya listrik, BHP, torsi dan efisiensi.
3. Variabel  kontrol  yaitu  variabel  yang dikendalikan oleh peneliti yang menyebabkan hubungan variabel bebas dan  variabel  terikat  tidak  terpengaruh faktor  luar.  Variabel  kontrol  dalam penelitian ini adalah kecepatan angin.

## Gambar desain
Berikut  ini  adalah  gambar  turbin angin savonius tipe.
Gambar 3. Turbin Angin 2 Sudu Diameter
20 cm
Gambar 4. Turbin Angin 4 Sudu Diameter 20 cm
Gambar 5. Desain Poros

## Prosedur penelitian
Pertama  data  yang  dikumpulkan adalah  data  kecepatan  angin  dan  putaran turbin.  Setelah  itu  divariasikan  terhadap jumlah sudu yang akan digunakan. Hasilnya berupa daya listrik yang dihasilkan  kemudian  dicari  efisiensi,  BHP
0 0,5 1 1,5 2 20 cm dan 2 sudu 20 cm dan 4 sudu 40 cm dan 2 sudu 40 cm dan 4 sudu
Daya
dan torsi. Data diambil dari hasil penelitian yang  telah  dicatat  ke  dalam  tabel  hasil penelitian dan kemudian diolah.
Setelah memperoleh hasil kemudian dilakukan pengolahan data, analisa data dan penyajian  yang  kemudian  data  tersebut dapat disimpulkan sesuai dengan hasil yang di dapat saat penelitan.

## Teknik  pengujian  dan  pengumpulan data
Dalam  memperoleh  data  yang diinginkan  pada  penelitian  ini  penulis melakukan  dengan  cara  mengukur  rotasi putaran  poros  permenit  (RPM),  tegangan dan arus

## Teknik analisis data
Dalam  penelitian  ini  analisa  yang penulis  gunakan  adalah  analisa  komparasi yang  membandingkan  antara  jumlah  sudu dengan diameter trubin angin terhadap arus, tegangan    dan  RPM  pada  turbin  angin savonius tipe L dengan kecepatan angina 8 m/s.

## Hasil dan Pembahasan
Data  hasil  pengukuran  turbin  angin savonius dengan  variasi  jumlah  sudu  dan diameter seperti  Tabel 1.
Tabel 1. Nilai Unjuk Kerja Turbin Angin

## Savonius
No  Variasi Turbin BHP Torsi Efisiensi 1 20 cm dan 2 sudu 1,166 0,017 1,512 2 20 cm dan 4 sudu 1,66 0,014 2,153 3 40 cm dan 2 sudu 2,602 0,116 1,7 4 40 cm dan 4 sudu 3,352 0,111 2,17
Dari  Tabel  1  diketahui  bahwa dengan  bertambahnya  jumlah  sudu  dan diameter  dapat  meningkatkan  BHP  dan torsi turbin angin savonius dengan kecepatan  angin  tetap  yakni  8  m/s  yang dimana  terjadi  kenaikan  BHP  sangat signifikan pada variasi diameter 40 cm dan sudu  4.  Sedangkan  untuk  efisiensi  terjadi perubahan  pada  saat  menggunakan  turbin dengan 4 sudu.
Hubungan  antara  daya  dengan  variasi diameter  dan  jumlah  sudu  dapat  dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Hubungan variasi diameter dan sudu terhadap daya
Gambar 6 menunjukkan hasil penelitian  dapat  diketahui  bahwa  daya dengan  nilai  tertinggi  didapat  dengan variasi  turbin  angin  diameter  40  cm  dan  4 sudu. Akan tetapi tegangan terbesar didapat dari  variasi  20  cm  dan  4  sudu.  Dari  data diatas  dapat  diketahui  bahwa  jumlah  sudu di  masing-masing  diameter  mempengaruhi tegangan dan arus yang dihasilkan.
Hal  ini  menunjukkan  bahwa  nilai self  starting dari  turbin  angin  savonius dengan jumlah sudu yang berbeda mempengaruhi  jumlah  tegangan  yang dihasilkan oleh system turbin angin. Setiap jumlah  sudu  memiliki  massa  yang  berbeda sehingga  mempengaruhi  besarnya  inersia dan  kecepatan  putaran  turbin  sehingga menghasilkan  tegangan  yang  berbeda. Akan  tetapi  karena  perbedaan  diameter sehingga  turbin  angin  yang  memiliki diameter lebih besar menghasilkan
tegangan yang lebih kecil karena bertambahnya massa yang lebih besar [4].
Ada  pengaruh  geometri  yang  dapat mempengaruhi daya yang dihasilkan seperti halnya  perbedaan  diameter  pada  sudu turbin  angin.  Dimana  semakin  lebar diameter  turbinnya  daya  yang  dihasilkan pun juga meningkat [2].
Hubungan  antara  BHP  dengan variasi  diameter  dan  jumlah  sudu  seperti Gambar 7.
Gambar 7. Hubungan Variasi Diameter dan Sudu Terhadap BHP
Berdasarkan  grafik  di  atas  dapat diketahui  bahwa  dengan  bertambahnya jumlah sudu dan diameter dapat meningkatkan  BHP  turbin  angin  savonius dengan  kecepatan  angin  tetap  yakni  8  m/s yang  dimana  terjadi  kenaikan  BHP  sangat signifikan pada variasi diameter 40 cm dan sudu 4. Kecepatan angin juga mempengaruhi BHP yang dihasilkan dengan  catatan  turbin  angin  yang  sama. Sedangkan  hasil  diatas  dengan  kecepatan angin  yang  sama  dan  jumlah  sudu  dan diameter berbeda [9].
Dari  grafik  di  atas  dapat  diketahui bahwa  BHP  tertinggi  didapat  oleh  variasi diameter  40  cm  dan  4  sudu.  Hal  ini dikarenakan  bidang  luas  sapuan  angin berpengaruh  terhadap  daya  putar  poros sehingga  turbin  dengan  diameter  lebih besar mampu enghasilkan BHP lebih besar.
Hubungan  antara  torsi  dengan variasi  diameter  dan  jumlah  sudu  dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8. Hubungan Variasi Diameter dan Sudu Terhadap Torsi
Berdasarkan  gambar  8  di  atas  kita dapat kita lihat bahwa torsi yang dihasilkan oleh  variasi  turbin  diameter  40  dan  sudu  2 mendapatkan torsi tertinggi dengan kecepatan  angin  yang  sama.  penyebabnya adalah  arah  angin  keluar  sudu  tidak kembali  lagi  menumbuk  atau  mendorong sudu yang arah hadapannya terbalik dengan arah datangnya angin [9].
Maka dari itu turbin dengan jumlah sudu  2  lebih  besar  torsi  yang  dihasilkan karena angin yang datang akan  mendorong sudu yang arahnya sama dengan datangnya angin.  Begitupun  dengan  diameter  yang lebih  besar  akan  menghasilkan  torsi  yang besar  pula  hal  ini  karena  daerah  luasan sapuan  angin  yang  lebih  besar  sehingga mampu  menghasilkan  daya  dorong  yang lebih besar pula.
Hubungan  antara  efisiensi  dengan variasi  diameter  dan  jumlah  sudu  seperti Gambar 9.
Gambar 9. Hubungan Variasi Diameter dan Sudu Terhadap Torsi
Bedasarkan  Gambar  9  dapat  dilihat bahwa  turbin  angin  dengan  variasi  20  cm
0 1 2 3 4 20 cm dan 2 sudu 20 cm dan 4 sudu 40 cm dan 2 sudu 40 cm dan 4 sudu BHP 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 20 cm dan 2 sudu 20 cm dan 4 sudu 40 cm dan 2 sudu 40 cm dan 4 sudu Torsi 0 0,5 1 1,5 2 2,5 20 cm 2 sudu 20 cm
4 sudu 40 cm 2 sudu 40 cm 4 sudu efisiensi
dan  4  sudu  memiliki  efisiensi  yang  hampir sama  dengan  turbin  variasi  40  cm  dan  4 sudu.  Yang  dimana  turbin  dengan  variasi 20 cm  dan 4 sudu  memiliki efisiensi 2,153 %  sedangkan  turbin  dengan  variasi  40  cm dan 4 sudu memiliki efisiensi 2,17 %.
Dari  hasil  di  atas  menunjukkan bahwa  turbin  dengan  variasi  40  cm  dan sudu  4  memiliki  daya  poros  atau  BHP tertinggi  sehingga  menghasilkan  efisiensi yang  tinggi  pula.  Sedangkan  pada  turbin variasi 20 cm dan 4 sudu hasil perbandingan  antara  daya  poros  atau  BHP dengan  dengan  daya  angin  tidak  terlalu jauh sehingga mampu menghasilkan efisiensi yang tinggi pula.

## Kesimpulan
Hasil penelitian menunjukkan bahwa turbin angin dengan variasi diameter 40 cm dan 4 sudu  memiliki kinerja terbaik dengan  menghasilkan  daya  1,676  watt, BHP  3,352  watt,  dan  efisiensi  2,17  % sedangkan torsi tertinggi diraih turbin angin dengan  variasi  diameter  40  cm  dan  2  sudu dengan torsi 0,116 Nm.

## Referensi
[1]. Tim  PNPM  Mandiri.  Buku  Panduan Renewable Energy.
[2]. Canra, Delfika. Suliono. 2019. “Pengaruh Busur Sudu Turbin Angin Savonius  Tipe  U  Menggunakan Perangkat  Lunak” . Jurnal  Politeknik Negeri Indramayu.
[3]. Daryanto.  2007.  “Kajian  Potensi Angin  Untuk  Pembangkit  Listrik Tenaga Bayu” . Balai PPTAGG -UPT
- LAGG, Yogyakarta.
[4]. Hiccary, dkk. 2016. “Analisis
Pengaruh  Jumlah  Sudu  Pada  Turbin AnginSavonius Sumbu Vertical Terhadap  Tegangan  dan  Arus  Di Dalam Proses Pengisian Akumulator”. Jurnal Universitas Telkom. Vol 3, (3) Desemeber 2016.
[5]. Laila,  Rachmawati  Mentari.  2010. “Rancang Bangun Kincir Agin Model Savonius Termodifikasi Sebagai Sumber Energi Terbarukan” . Fakultas MIPA, Universitas sebelas Maret.
[6]. Nanang, Rosidin. 2007. “Perancangan, Pengujian dan Pembuatan Prototipe SKEA
Menggunakan  Rotor  Savonius  dan Windside  Untuk  Penerangan  Jalan Tol” Tugas Sarjana.  Bandung : ITB.
[7]. Ully, Natahniel Dedi.
2017. “Pengaruh Pemasangan Sudu Pengarah  Dan  Variasi  Jumlah  Sudu Rotor  Terhadap  Performance  Turbin Angin  Savonius  Type  L” . Jurusan Teknik Mesin PNK, Kupang.
[8]. WWEA;  2011: 10th  World  Wind Energy  Conference  &  Renewable Energy  exhibition ;  World    Wind Energy  Association  WWEA  2011, Bonn.
[9]. Andri,  Kusbiantoro,  Rudy,  Soenoko, Sutikno, Djoko, Sutikno, 2009. Pengaruh  Panjang  Lengkungan  Sudu Terhadap  Unjuk  Kerja  Turbin  Angin Poros  Vertikal  Savonius. Jurnal Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Brawijaya, Malang.
[10]. Rosidin, Nanang. 2007. Perancangan, Pembuatan,  dan  Pengujian  Prototipe SKEA Menggunakan Rotor Savonius dan  Windside  Untuk  Penerangan Jalan Tol. Bandung: ITB