## SIMULASI HORIZONTAL AXIS WATER TURBINE TIPE SAVONIUS PADA ALIRAN AIR DALAM PIPA MENGGUNAKAN APLIKASI SOLID WORK
Alpriza Sakti Kusuma Putra 1 , Syamsul Hadi 1 , Dominicus Danardono Dwi Prija Tjahjana 1
1 Jurusan Teknik Mesin, Universitas Sebelas Maret, Telp. 0271632163
Email: alprizaputra@gmail.com

## ABSTRACT
The potential energy available in the abundant water in Indonesia can be used as electrical energy resources such as pico hydro. Savonius turbines installed at picohydro power plant contained in the flow of water in the pipe. This study uses a turbine that has angle of attack of 80  , 90  , 100  , 110  , the  blade  number  of  2,  4,  6,  8,  and  blocking  angle  system  of  20  ,  30  ,  40  and  50  .  SolidWorks software is used to perform modeling and simulation in the Savonius turbine. Computational Fluid Design (CFD) is used to design analysis of the turbine. The obtained results are pressure distribution on the Savonius turbine blade, water flow and torque generated. The aims of this study are to obtain the best performance of the turbine design as pico hydro power plants (PLTPH). The results show that the blade number of 2 with the angle of attack about 80  and deflector angle of 50  have the highest torque about 1,766 Nm.
Keywords: Savonius turbine, variation, torque, simulation, SolidWorks fluid flow

## PENDAHULUAN
Saat ini manusia tidak lepas dengan listrik seiring dengan perkembangan jumlah penduduk di berbagai  bidang  seperti  ekonomi,  pertanian,  dan industri,  sehingga  diperlukan  tenaga  listrik  yang memiliki  kapasitas  untuk  mencukupi  kebutuhan tersebut.  Di  Indonesia  memiliki  energi  yang tergolong  melimpah,  salah  satunya  adalah  energi air.  Berbagai  penelitian  telah  dilakukan  untuk mengetahui  potensi  energi  air  ini.  Terdapat beberapa  cara  yang  bisa  kita  lakukan  untuk memanfaatkan  potensi  tersebut  yaitu  dengan menggunakan Pembangkit
Listrik Tenaga pycohydro (PLTPH).  Pembangkit  Listrik  Tenaga pycohydro dapat  mengeluarkan  tenaga  listrik sebesar 5 kW. Meskipun PLTPH hanya memiliki daya  berskala  kecil,  akan  tetapi  hal  tersebut diharapkan  mampu  menjadi  energi  alternatif terbarukan.  Dalam  sistem  pembangkit  jenis  ini, terdapat tiga komponen utama yaitu air, turbin dan generator  sebagai  pengubah  energi  mekanis  dari turbin menjadi energi listrik.
Saat  ini  telah  banyak  penelitian  mengenai pengembangan pembangkit listrik tenaga pycohydro, salah  satunya  adalah Vertical  Axis Water  Turbine (VAWT). Vertical  Axis  Water Turbine menggunakan  turbin  bertipe drag dan variasi  meliputi  jumlah  sudu  turbin  serta  bentuk blocking  system. Hasil  yang  didapat  adalah  daya optimal sebesar  88,2 W dengan kecepatan aliran air sebesar 1,5 m/s [1].
Penelitian  lain  dalam  hal  meningkatkan efisiensi  suatu  turbin  yaitu  dengan  memvariasi jumlah  sudu  turbin.  Percobaan  dilakukan  dengan membandingkan  2,  3,  dan  4 blade turbin  angin untuk  mengetahui Tip  Speed  Ratio secara eksperimental dan komputasi dengan menggunakan software ANSYS 13.0. Tujuan dari penelitian  tersebut  adalah  untuk  mengetahui pengaruh  jumlah blade pada  kinerja  model  jenis Savonius Turbine [2]. Upaya peningkatan efisiensi turbin terus dilakukan dengan beberapa penelitian dan eksperimen. Penelitian mengenai sudut blade pernah  dilakukan  dengan  pemodelan  numerik menggunakan software solidworks untuk mendapatkan sudut blade yang optimal. Penelitian dilakukan dengan mengamati pengaruh peningkatan  kelengkungan  sudut blade (ψ) terhadap  zona  depresi  dan  zona  percepatan  [3]. Studi simulasi aliran pada blade turbin juga dapat menggunakan aplikasi flow simulation solidworks . Penelitian  tersebut  menggunakan  parameter mass flow  rate sebesar  1.499  m 3 /s  sebagai  input  dan menghasilkan  distribusi  kecepatan  pada  turbin sebesar 10.949 m/s [4].
Simulasi  dinamika  fluida  dalam  penelitian ini  menggunakan  aplikasi software SolidWorks 2013 . Aplikasi software solidworks 2013 merupakan sebuah aplikasi yang dapat digunakan untuk menganalisa desain suatu produk yang akan peneliti  rancang.  Penggunaan  aplikasi  ini  untuk mendapatkan  data-data  dari  aliran  air  mengenai suatu turbin, seperti kecepatan, debit, tekanan, dan
torsi  turbin.  Perolehan  data-data  tersebut  dapat dipergunakan  untuk  menganalisa  variasi  sistem turbin yang paling baik.

## METODOLOGI PENELITIAN
Variasi  yang  akan  dilakukan  simulasi dalam  penelitian  ini  meliputi  variasi  turbin  dan variasi blocking  system .  Terdapat  tiga  komponen variasi  turbin  yang  direncanakan  yaitu    jumlah sudu  turbin,  sudut  kelengkungan  sudu  turbin  dan sudut bucket turbin.  Sedangkan  untuk blocking system hanya  terdapat  satu  jenis  dan  hanya divariasikan sudut kemiringannya. a. Variasi jumlah sudu turbin Jumlah sudu turbin yang divariasikan dalam penelitian ini terdapat empat, yaitu 2, 4 dan 6.
Turbin Savonius 2 Sudu Turbin Savonius 4 Sudu Turbin Savonius 6 Sudu Gambar 1. Desain Jumlah Sudu Turbin
b. Variasi sudut kelengkungan sudu turbin Sudut kelengkungan turbin yang divariasikan dalam  penelitian  ini  terdapat  empat,  yaitu 80°, 90°, 100° dan 110°.
Sudut kelengkungan 80º Sudut kelengkungan 90º Sudut kelengkunga n 100º
Gambar 2. Variasi sudut kelengkungan sudu turbin
c. Variasi sudut kemiringan blocking system Sudut  kemiringan blocking  system yang divariasikan  dalam  penelitian  ini  terdapat empat, yaitu 20°, 30°, 40° dan 50°.
Sudut deflektor 20º Sudut deflektor 30º Sudut deflektor 40º

## Gambar 3. Variasi sudut deflektor

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam  pembahasan  ini  akan  dianalisa mengenai  pengaruh  dari  keempat  parameter variasi terhadap nilai torsi turbin yang dihasilkan. Dengan  demikian  hasil  yang  didapatkan  adalah desain  turbin  terbaik  dengan  nilai  torsi  tertinggi, karena  dengan  nilai  torsi  yang  tinggi  maka  daya yang dihasilkan juga semakin tinggi.
Performa  desain  turbin  dapat  dilihat  dari Gambar  4  yang  menunjukkan  distribusi  aliran fluida  pada  aliran  tersebut.  Aliran  fluida  yang masuk  melewati  turbin  memiliki  kecepatan  yang rendah serta memiliki tekanan yang tinggi dengan torsi bernilai positif sementara pada bagian turbin lainnya  yang  terkena  aliran  fluida  memiliki  tren sebaliknya  yaitu  kecepatan  aliran  fluida  yang tinggi serta tekanan yang rendah.
Gambar 4. Kontur Kecepatan Air
Gambar 5. Grafik nilai torsi pada masing-masing variasi
Gambar 5 menunjukkan bahwa desain turbin terbaik  ada  pada  variasi  jumlah  sudu  turbin,  sudut kelengkungan  sudu  turbin  dan  sudut blocking system .  Hasil  analisa  menunjukkan  bahwa  turbin dengan jumlah sudu 2 , sudut kelengkungan 80˚ dan sudut blocking  system sebesar  40˚  menghasilkan torsi terbesar yaitu 1,714 Nm. Sehingga apabila kita mengkombinasikan  ketiga  variabel  tersebut  maka akan  dihasilkan  desai  turbin  yang  terbaik  dengan cara melihat torsi yang dihasilkan.

## KESIMPULAN
Desain  yang  terbaik  adalah  turbin  dengan jumlah  sudu  2,  sudut  kelengkungan  sudu  turbin sebesar 80˚ dan sudut blocking system dengan sudut kemiringan  sebesar  40˚  yang  menghasilkan  torsi sebesar 1,714 Nm

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Chen, J., H. X. Yang, C. P. Liu, C. H. Lau, dan M.  Lo,  2013,  “ A  Novel  Vertical  Axis  Water Turbine  for  Power  Generation  from  Water Pipelines. ” Energy, Vol. 54 pp. 184–193.
[2] Wenehenubun,  Frederikus,  Andy  Saputra,  dan Hadi Sutanto, 2015, “ An Experimental Study on the  Performance  of  Savonius  Wind  Turbines Related  with  the  Number  of  Blades. ”  Energy Procedia, Vol. 68 pp. 297–304.
[3] Driss,  Z.,  Mlayeh,  O.,  Driss,  D.,  Maaloul,  M., Abid, MS., 2015, Study of the Bucket Effect on the  Turbulent  Flow  Around  Unconventional Savonius  Wind  Rotors,  Elsevier  Inc.  Energy xxx: 1-2.
[4] Yu  War  Myint  dan  Htay  Htay  Win.  2014. “Design and Flow Simulation of Runner Blade for Propeller Turbine”, ISSN 2319-8885
-0,2 0,3 0,8 1,3 1,8 80 90 100 Deflektor 20 Sudu 2 Sudu 4 Sudu 6 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 80 90 100 Deflektor 30 Sudu 2 Sudu 4 Sudu 6 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 80 90 100 Deflektor 40 Sudu 2 Sudu 4 Sudu 6