## INOVASI DAN DESAIN TURBIN HIDROKINETIK DARRIEUS BERDASARKAN BENTUK DISTRIBUSI KECEPATAN ALIRAN

## INNOVATION AND DESIGN OF DARRIEUS HYDROKINETIC TURBINES BASED ON THE SHAPE OF FLOW VELOCITY DISTRIBUTION
Citra Sari Wardani 1 , Dwi Anung Nindito *2 , Allan Restu Jaya 3
Program Studi Teknik Sipil, Jurusan Teknik Sipil, Universitas Palangka Raya *Korespondensi: dwi_anungnindito@eng.upr.ac.id

## ABSTRAK
Turbin Darrieus menggunakan blade dengan bentuk hidrofoil, sehingga kemampuan putarannya dipengaruhi oleh gaya lift . Hal ini menyebabkan kemampuan awal putarannya sangat rendah bila dibandingkan dengan tipe turbin yang dipengaruhi oleh gaya drag . Distribusi kecepatan aliran pada arah vertikal menunjukkan kecepatan penampang  aliran  yang  kecil  mendekati  dasar  saluran,  kemudian  meningkat  menuju  permukaan.  Turbin Spinning  Top  Darrieus merupakan  hasil  inovasi  dan  desain  berdasarkan  konsep  distribusi  kecepatan  aliran tersebut. Blade turbin Spinning  Top  Darrieus berbentuk circular-arc (lengkung) dan  garis  lurus,  dengan menyesuaikan profil distribusi kecepatan aliran di 0,2H, 0,6H dan 0,8H dari bagian atas turbin. Pada studi ini dilakukan  perbandingan  kinerja  antara  turbin Darrieus dengan Spinning  Top  Darrieus .  Turbin Darrieus menghasilkan nilai RPM dan torsi masing-masing 54,59 – 67,90 dan 0,014 – 0,029 Nm. Turbin Spinning Top Darrieus menghasilkan  nilai RPM dan  torsi  masing-masing  69,24 –  82,02 dan 0,012  –  0,020  Nm.  Turbin Spinning Top Darrieus memiliki  RPM  yang  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan  turbin Darrieus .  Peningkatan RPM pada desain turbin Spinning Top Darrieus meningkatkan pengaruh gaya lift (meningkatnya nilai λ ). Hal ini  menghasilkan  laju  putaran  yang  tinggi,  akan  tetapi  memerlukan self  starting yang  tinggi  pula  untuk melakukan siklus rotasi turbin.
Kata Kunci: Hidrokinetik, Darrieus, Spinning Top Darrieus, Distribusi Kecepatan Aliran

## ABSTRACT
Darrieus  turbine  use  blades  with  a  hydrofoil  shape,  so  the  rotational  ability  is  influenced  by  lift  force.  This caused the initial rotation capability to be very low when compared to the drag turbine type. The flow velocity distribution  in  the  vertical  direction  indicates  a  small  cross-sectional  speed  of  flow  approaching  the base  of the  flow  channel,  then  rising  towards  the  surface.  Darrieus  Spinning  Top  turbine  is  the  result  of  innovation and design based on the concept of  flow velocity distribution. Darrieus Spinning Top turbine’s blade shapes are circular-arc and straight-line, adjusting flow velocity distribution of 0.2H, 0.6H and 0.8H from the top of the turbine. In this study, a performance comparison was conducted between  Darrieus  turbine and Spinning Top  Darrieus.  Darrieus  turbines  produce  RPM  and  torque  values  of  54.59  –  67.90  and  0.014  –  0.029  Nm, respectively.  Darrieus  Spinning  Top  turbines  produce  RPM  values  and  torque  of 69.24  – 82.02  and  0.012  – 0.020  Nm  respectively.  The  Darrieus  Spinning  Top  Turbine  has  a  higher  RPM  compared  to  the  Darrieus turbine  RPM  improvements  in  Darrieus  Spinning  Top  turbine  design  increase  the  influence  of  lift  force (increased  λ  value).  This  results  in  a  high  lap  rate,  but  requires  a  high  self  starting  to  perform  the  turbine rotation cycle.
Keywords: Hydrokinetic, Darrieus, Spinning Top Darrieus, Flow Velocity Distribution

## MEDIA ILMIAH TEKNIK SIPIL
Volume 9 Nomor 1 Desember 2020 Hal. 32-43

## PENDAHULUAN
Energi  hidrokinetik  merupakan  kajian  yang baru  dalam  bidang  teknologi  energi  terbarukan (Yuce dan Muratoglu, 2015). Indonesia merupakan negara maritim yang memiliki potensi pemanfaatan renewable  energy sangat  besar,  hal ini  dapat  dilakukan  dengan  memanfaatkan  energi hidrokinetik  yang  dihasilkan  dari  sungai  ataupun aliran  pasang  surut  (Behrouzi,  Maimun  dan Nakisa,  2014).  Turbin  tipe cross-flow dapat digunakan  sebagai  teknologi  tepat  guna  bagi masyarakat  tepi  sungai  dalam  perencanaan  PLTA (Pembangkit  Listrik  Tenaga  Air)  skala  kecil (Nindito and Kamiana, 2010).
Turbin Darrieus merupakan  salah  satu  tipe turbin  yang  dipengaruhi  gaya lift akibat  bentuk hidrofoilnya (Khan, Iqbal dan Quaicoe, 2006). Hal ini  menyebabkan  kemampuan  awal  putarannya sangat rendah bila dibandingkan dengan tipe turbin drag .
Pada  komponen  horizontal  saluran  (arah memanjang),  kecepatan  minimum  terjadi  di  dekat dasar  saluran  kemudian  bertambah  besar  menuju permukaan (Nindito, 2009). Berdasarkan pernyataan  tersebut,  maka  dilakukan  inovasi  dan desain  turbin  hidrokinetik  yang  didasarkan  dari bentuk distribusi kecepatan aliran. Turbin Spinning Top Darrieus merupakan turbin hasil pengembangan  dari  bentuk  distribusi  kecepatan dengan  desain  awal  dari  turbin Darrieus .  Pada desain  turbin Spinning  Top  Darrieus, dimensi straight-line dan circular-arc disesuaikan  dengan bentuk distribusi kecepatan aliran pada 0,2H, 0,6H dan 0,8H dari atas turbin.

## TINJAUAN PUSTAKA
Studi  Nindito,  Istiarto  dan  Kironoto  (2009) menunjukkan pola distribusi kecepatan aliran pada komponen  horizontal  dan  vertikal  ditampilkan melalui  vektor  kecepatan.  Komponen  horizontal menunjukkan  kecepatan  aliran  dari  bagian  hulu menuju  hilir  nilanya  mengecil.  Kecepatan  aliran horizontal  mendekati  dinding  batas  semakin  kecil dan  maksimum  terjadi  pada  bagian  tengah (y/B=0,5).
Kironoto dan Walter (1994) melakukan studi karakteristik  turbulen  pada  penampang  kasar saluran terbuka. Untuk melihat perbedaan karakteristik  yang  dihasilkan,  maka  dilakukan pengamatan pada dua tipe penampang kasar.
Gambar  1. Profil  kecepatan  penampang  rerata pada rough plate Sumber: Kironoto and Walter (1994)
Hasil pengamatan pada Gambar 1 menunjukkan  karakteristik  kecepatan  penampang rerata  yang  dihasilkan  dari  tipe  penampang rough plate . Berdasarkan Gambar 1 , bagian inner region menunjukkan  pada  dasar  saluran  kecepatan penampang  rerata  aliran  adalah  kecil  kemudian meningkat  menuju  ke  bagian  atas.  Bagian outer region yang  dihasilkan  menunjukkan  bahwa kecepatan  penampang  aliran  terus  meningkat hingga permukaan.
Wang et  al. (2016)  melakukan  pengamatan performa  turbin Darrieus akibat  pengaruh vortex pada blade.
Gambar  2. Perbandingan  hasil  performa C p dan λ pada masing-masing kecepatan aliran Sumber: Wang et al. (2016)
Model  turbin  menggunakan  NACA  0018 dengan  panjang chord 200  mm  dengan  3  buah blade . Berdasarkan Gambar 2 , diketahui pengurangan kecepatan aliran menghasilkan
peningkatan  perolehan coefficient  of  power ( C p ) pada turbin Darrieus . Karakteristik performa yang dihasilkan menunjukkan peningkatan C p pada awal tip  speed  ratio ( λ )  kemudian  mulai  menurun dengan  bertambahnya λ. Pada  kecepatan  2  m/s, nilai optimum C p 37 % (0,37) dicapai saat tip speed ratio 2,2.
Balduzzi et al. (2016) melakukan pengamatan critical  issues pada  turbin  angin
Darrieus. Pengamatan dilakukan
dengan menggunakan CFD ( Computational Fluid
Dynamics )  dengan  membandingkan  hasil  numerik dengan data eksperimen.
Gambar  3. Grafik  performa C p dan λ hasil  CFD dengan eksperimen Sumber: Balduzzi et al. (2016)
Berdasarkan Gambar  3 ,  data  perhitungan simulasi  CFD  ( Computational  Fluid  Dynamics ) menghasilkan pola grafik yang cukup baik dengan data  hasil  eksperimen  pada  turbin  angin Darrieus . Perbedaan  karakteristik  terlihat  pada  nilai  puncak C p, dengan  nilai  optimum C p yang  dihasilkan  dari simulasi Computational  Fluid  Dynamics (CFD) lebih tinggi daripada hasil data eksperimen. Hal ini dapat  terjadi  karena  desain  antara  model  turbin pada  simulasi  CFD  tidak  dapat  dikondisikan  sama persis  dengan  model  turbin Darrieus yang  diuji coba.
Torresi,  Fortunato  dan  Camporeale  (2013) melakukan  studi  numerik  dalam  pengamatan karakteristik  aliran  dan  performa  yang  dihasilkan dari model turbin Darrieus .
Gambar  4. Dimensi  dan  skema  turbin Darrieus Sandia Sumber: Torresi, Fortunato dan Camporeale (2013)
Gambar  4 menunjukkan  dimensi  yang digunakan  pada  turbin Darrieus Sandia.  Tinggi rotor (2 Z max ) mencapai 17,08 m, dengan maksimum  diameter  (2 R max )  16,73  m.  Nilai R menunjukkan  radius circular  arc .  Desain  ini ( Gambar  5 )  menggunakan  2  buah blade dengan profil NACA 0015.
William  Beans  (1987)  melakukan  analisa desain  pada  kinerja aerodynamic turbin Darrieus dengan multi-blade . Analisa pada model didasarkan  pada  asumsi  yaitu  bentuk airfoil dikategorikan  dengan  mengamati constant  slope pada kurva gaya lift dan constant value pada kurva gaya drag .  Bentuk blade dibuat  berdasarkan bentuk circular-arc dan straight-line .
Gambar  5. Perbandingan  hasil  analisa  model dengan turbin Darrieus (3 blades ) Sumber: William Beans (1987)
Circular-arc Straight-line Straight-line
Gambar  5 menunjukkan coefficient  of power ( C p )  dan tip  speed  ratio ( λ )  hasil  analisa model.  Performa  yang  dihasilkan  hasil  analisa model  berada  pada  daerah  ( region )  yang  sama dengan  turbin Darrieus (3 blades )  lainnya  dengan nilai optimum C p yang lebih baik.
Studi  terhadap  performa  turbin Darrieus dengan  berbagai  bentuk airfoil dilakukan  oleh Mohamed  (2012).  Bentuk airfoil yang  diujikan terbagi atas 2 jenis yaitu simetric dan non-simetric. Pada airfoil dengan bentuk simetris digunakan tipe NACA  0021,  NACA  0018,  NACA  0015,  dan NACA 0010.
Gambar  6. Perbandingan  penampang airfoil simetris Sumber: Mohamed (2012)
Gambar  6 merupakan  bentuk  simetris airfoil yang  digunakan  pada  studi  turbin  angin
Darrieus . Pengujian dilakukan dengan menggunakan CFD ( Computational Fluid
Dynamics )  untuk  melihat  perbandingan  kinerja power  coefficient dan speed  ratio yang  dihasilkan
dari masing-masing bentuk airfoil.
Gambar 7. Perbandingan kinerja power coefficient dan speed ratio untuk masing-masing airfoil Sumber: Mohamed (2012)
Gambar  7 menunjukkan  kinerja  turbin angin Darrieus dengan  menggunakan airfoil bentuk  simetris  (NACA  0010,  NACA  0015, NACA  0018  dan  NACA  0021).  Pada  hasil pengujian, power  coefficient maksimum  yang mampu dicapai NACA 0018 mencapai 0,2964. Studi Shaheen dan Abdallah (2017) melakukan  pengamatan  pada  konfigurasi  posisi penempatan turbin angin Darrieus apabila dipasang berdekatan.
Gambar 8. Perbandingan  grafik hubungan C p dan λ hasil data eksperimen dengan hasil numerik Sumber: Shaheen dan Abdallah (2017)
Gambar 8 menunjukkan hubungan power coefficient dan tip  speed  ratio dari  hasil perhitungan  numerik  dengan  hasil  eksperimental pada turbin angin Darrieus . Berdasarkan Gambar 6 ,  perhitungan  numerik  model  K-omega  SST menghasilkan  nilai  prediksi  yang  lebih  rendah daripada  model Transition SST  dan  hasil  data eksperimen. Power coefficient ( C p ) yang dihasilkan berkisar di 0,345 pada tip speed ratio ( λ ) 2,6.
NACA 0021 NACA 0018 NACA 0015 NACA 0010
Parameter perhitungan kinerja
Turbin
Darrieus
Menurut  López et  al. (2016)  kinerja  turbin hidrokinetik  secara  umum  dapat  diamati  melalui karakteristik  yang  dihasilkan  dari  kecepatan  sudut ( )  , power  coefficient ( ) p C dan tip  speed  ratio
( )  .
Kecepatan  sudut ( )  dapat  dikonversi  dari nilai  rotasi  per  menit  (Febrianto  and  Santoso, 2017).
60 2 RPM   =   (1)
Dengan  adalah  kecepatan  sudut  dan RPM adalah Rotasi Per Menit.
Koefisien  daya/ power  coefficient ( ) p C didefinisikan  sebagai  total  daya  air  yang  melalui swept area turbin (Sahim et al. , 2014).
3 5 , 0          = Cp (2)
Dengan  adalah  torsi,  adalah  massa jenis  air, A adalah swept  area dan v adalah kecepatan aliran.
Nilai tip speed ratio ( )  adalah perbandingan antara kecepatan tangensial di ujung rotor  terhadap  kecepatan  fluida  yang  mengaliri turbin tersebut. (Hantoro et al. , 2018).
    = r (3)

## METODE PENELITIAN
Turbin Spinning  Top  Darrieus merupakan hasil  inovasi  dan  desain  dari  turbin Darrieus . Dasar  pembuatan  bentuk Spinning  Top  Darrieus
terinspirasi berdasarkan bentuk distribusi kecepatan aliran.
Pada  studi  Simamora  dan  Nindito  (2009) mengenai  kajian  distribusi  kecepatan  dijelaskan bahwa  mendekati  dasar  saluran  kecepatan  aliran mengecil  dan  semakin  meningkat  ke  arah permukaan.  Berdasarkan  hal  ini  kemudian  desain dari  turbin Spinning  Top  Darrieus dilakukan. Penamaan  tersebut  berasal  dari  bentuk  distribusi aliran yang menyerupai gasing ( Spinning Top ).
Gambar  9. Dimensi  turbin Darrieus yang digunakan dalam pengujian
Gambar  9 menunjukkan  parameter  desain turbin Darrieus yang  digunakan  pada  pengujian. Jumlah  bilah  yang  digunakan  adalah  2  buah dengan  bentuk profil  blade yaitu  NACA  0018. Dari  bagian  atas  ke  bawah blade ,  bentuk straight-line bagian  atas  dibuat  dari  0 H –  0,2 H. Bagian  tengah blade dibuat  bentuk circular-arc dengan  radius α dari  0,2 H –  0,8 H. Bagian  bawah 0,8 H – 1,0 H, bentuk blade dibuat straight-line.
Gambar  10. Bentuk  profil blade NACA  0018 pada desain turbin hidrokinetik dalam pengujian
Bentuk  profil  NACA  0018  ( Gambar  10 ) memiliki  bentuk  yang  simetris.  Bentuk airfoil simetric menghasilkan  kemampuan  daya  yang lebih  tinggi  dibandingkan  bentuk non-simetric (Mohamed,  2012).  Hal  ini  yang  menjadi  dasar pemilihan jenis profil blade tersebut.
Tabel 1. Dimensi hidrofoil NACA 0018 Turbin Parameter Dimensi Darrieus y/c 1,8 cm x/c 10 cm
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0,0 0,1 0,2 0,1 0,2 x/c y/c
Spinning Top Darrieus y/c 1,2 cm x/c 6 cm
Tabel  1 menunjukkan  parameter  dan dimensi  yang  digunakan  pada  masing-masing turbin  hidrokinetik  yang  diujikan.  Parameter y/c merupakan  tebal  profil  NACA  0018  yang digunakan,  sedangkan  parameter x/c merupakan panjang chord dari blade .
Gambar  11. Tampak  depan  turbin Darrieus pada masing-masing sudut.
Gambar  11 menunjukkan  tampak  depan dari  desain  turbin Darrieus pada  masing-masing sudut  putar.  Dari  perbandingan  tersebut  ( Gambar 11 )  dapat  diamati  perbedaan swept  area ( A )  yang dihasilkan pada masing-masing sudut putar turbin. Pada  tampak  depan  sudut  0°  merupakan  luas tangkapan  terkecil  dengan  hanya  sisi  depan blade saja  yang  menerima  tangkapan  aliran.  Pada  sudut 60°  menunjukkan  luas  tangkapan  ( swept  area )
terbesar  dengan  sisi  lebar  kedua  buah blade menerima daya aliran.
Gambar  12. Hasil  desain  turbin Darrieus pada pengujian
Gambar  12 merupakan  hasil  desain  dan pemasangan komponen turbin Darrieus . Komponen  utama  yaitu  2  buah blade turbin  yang terhubung  dengan shaft turbin  (tiang  sumbu) menggunakan  pelat  besi. Shaft berfungsi  sebagai fondasi  bagi  turbin  dan  menjadi  poros  putaran turbin.
(a) Tampak  depan pada sudut 0° (b) Tampak depan pada sudut 30° (c) Tampak  depan pada sudut 60° (d) Tampak  depan pada sudut 90° (a) Tampak  depan pada sudut 0° (b) Tampak depan pada sudut 30 o (c) Tampak depan pada sudut 60 o (d) Tampak depan pada sudut 90 o
Gambar  13. Inovasi  dan  parameter  desain  turbin

## Spinning Top Darrieus
Desain  turbin Spinning  Top  Darrieus ( Gambar  13 ) memiliki 4 buah blade yang  terbagi atas  bagian  dalam  dan  bagian  luar.  Komponen utama  turbin Spinning  Top  Darrieus terdiri  atas  2 buah blade pada  bagian  luar  dan  2  buah blade tambahan pada bagian dalam. Penambahan jumlah blade pada  bagian  dalam  bertujuan  menangkap potensi distribusi kecepatan aliran terbesar (tengah penampang).
Tabel 2. Dimensi turbin Spinning Top Darrieus
Parameter Dimensi H 0,38 m Hk 3/5 H R 0,15 m Rk 1 2, 2 R Jumlah bilah 4 buah
Bentuk blade turbin Spinning  Top  Darrieus ( Gambar  13 )  dari  bagian  atas  hingga  bawah terbagi menjadi 3 bagian. Bentuk blade turbin pada range 0 H –  0,2 H dibuat straight-line, dilanjutkan menjadi  bentuk circular  arc pada  0,2 H –  0,6 H . Bagian bawah blade pada 0,6H – 1H dibuat bentuk straight-line.
Gambar  14. Tampak  depan  turbin Spinning  Top Darrieus pada masing-masing sudut putar.
Berdasarkan  perbandingan  tampak  depan pada  masing-masing  sudut  putar  turbin Spinning Top Darrieus ( Gambar 14 ) , diketahui bahwa luas tangkapan  ( swept  area )  yang  dihasilkan  terjadi akibat  tangkapan blade bagian  luar  ditambah dengan bagian dalam.
(a) Tampak depan pada sudut 0° (b) Tampak depan pada sudut 30 o (b) Tampak depan pada sudut 60 o
(d) Tampak depan pada sudut 90 o
(a) Tampak  depan pada sudut 0°
(b) Tampak  depan pada sudut 60 o
Gambar  15. Hasil  desain  turbin Spinning  Top Darrieus pada pengujian
Gambar  15 merupakan  hasil  desain  dan pemasangan  komponen  turbin Spinning  Top Darrieus .  Komponen  utama  yaitu  2  pasang blade turbin  masing  yang  terhubung  dengan shaft turbin (tiang  sumbu)  menggunakan  pelat  besi. Shaft berfungsi  sebagai  fondasi  bagi  turbin  dan  menjadi poros putaran turbin.

## Metode pengujian turbin hidrokinetik
Gambar  16. Skema  pengujian  turbin hidrokinetik pada saluran.
Gambar  16 menunjukkan  skema  pengujian turbin Darrieus dan turbin Spinning Top Darrieus. Perbedaan  tinggi  ( H t )  antara  muka  air  tandon dengan  saluran  menghasilkan  tekanan  aliran menuju inlet. Tekanan  aliran  yang  mengalir menuju  turbin  menyebabkan  putaran  awal  turbin. Sebelum melakukan pengambilan data, kedalaman saluran  diatur  pada  kondisi steady dengan mengatur  bukaan  pada movable  weir .  Pengukuran data rotasi per menit ( RPM ) diperoleh menggunakan alat tachometer, sedangkan pengambilan  data  torsi  ( τ )  dilakukan  dengan mengalikan  nilai  gaya  yang  diukur  neraca  pegas dengan nilai lengan gayanya.
Current  meter berfungsi  dalam  memetakan distribusi  kecepatan  aliran  yang  dihasilkan  dari pengujian.  Hal  ini  dilakukan  dengan  cara mengamati  kecepatan  penampang  aliran  dari  nilai rasio y/D, di  mana y adalah  posisi  kedalaman current  meter dari  dasar  saluran  dan D adalah kedalaman maksimum saluran.
Gambar 17. Tampak depan posisi turbin Spinning Top Darrieus pada saluran prismatik ( flume )
Gambar  17 menunjukkan  turbin Spinning Top  Darrieus yang  ditempatkan  pada  saluran prismatik  ( flume ).  Pengujian  yang  dilakukan  pada studi  ini  merupakan  perbandingan  kinerja  antara turbin Darrieus dengan  turbin Spinning  Top Darrieus secara eksperimental.
(c) Tampak  depan pada sudut 30 o (d) Tampak  depan pada sudut 90 o

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  pengambilan  data  kecepatan  aliran yang  dihasilkan  oleh  saluran  prismatik  ( flume ) menghasilkan  kecepatan  aliran  ( v )  0,188  m/s sampai  0,222  m/s.  Profil  distribusi  aliran dihasilkan dari pengamatan current meter pada tiap kedalaman saluran.
Gambar  18. Distribusi  kecepatan  aliran  ( v )  pada setiap kedalaman
Berdasarkan Gambar  18 ,  diketahui  bahwa hasil  yang  ditunjukkan  memiliki  korelasi  dengan hasil  studi  Nindito,  Istiarto  dan  Kironoto  (2009) dan  Kironoto  dan  Walter  (1994).  Pada  dasar saluran  kecepatan  penampang  aliran  adalah  kecil, kemudian  meningkat  hingga  tengah  penampang (y/D  =  0,7).  Kecepatan  penampang  aliran kemudian  menurun  menuju  ke  permukaan. Berdasarkan  distribusi  kecepatan  aliran  yang dihasilkan  dari  pengujian,  potensi  tangkapan ( swept  area )  terbesar  terjadi  di  daerah  tengah penampang.  Hal  ini  sejalan  dengan  tujuan  inovasi dan  desain  yang  dilakukan  pada  turbin Spinning Top Darrieus.
Gambar  19 menunjukkan  grafik  hubungan rotasi  per  menit  ( RPM )  terhadap  pengaruh penambahan  kecepatan  aliran  dari  0,188  m/s sampai  0,222  m/s.  Turbin Darrieus menghasilkan rotasi  per  menit  ( RPM )  54,59  –  67,90,  sedangkan turbin Spinning Top  Darrieus menghasilkan  rotasi per menit ( RPM ) 69,24 – 82,02.
Gambar  19. Grafik  RPM  terhadap  kecepatan penampan aliran rerata
Berdasarkan Gambar  19 ,  turbin Spinning Top  Darrieus menghasilkan  putaran  turbin  yang lebih tinggi dibandingkan turbin Darrieus. Gambar 20. Grafik pengaruh torsi pada peningkatan kecepatan penampang aliran rerata.
Gambar  20 menunjukkan  hasil  pengujian turbin Darrieus dan  turbin Spinning Top  Darrieus pada  pengambilan  data  torsi  ( τ ).  Turbin Darrieus menghasilkan  torsi  ( τ )  0,014  –  0,029  Nm.  Turbin Spinning  Top  Darrieus menghasilkan  torsi  ( τ ) 0,012 – 0,020 Nm. Berdasarkan perbandingan torsi ( τ )  yang  dihasilkan,  turbin Darrieus menghasilkan torsi  ( τ )  yang  lebih  tinggi  dibandingkan  turbin Spinning  Top  Darrieus. Peningkatan  torsi  ( τ ) terhadap penambahan kecepatan penampang aliran rerata pada turbin Darrieus lebih tinggi dibandingkan dengan turbin Spinning Top Darrieus.
Gambar  21. Perbandingan coefficient  of  power ( C p )  dan tip  speed  ratio ( λ )  antara  turbin Darrieus dengan Spinning Top Darrieus
Gambar  21 menunjukkan  grafik  performa yang  dihasilkan  dari  pengujian  turbin Darrieus dengan  turbin Spinning  Top  Darrieus. Pengujian turbin Darrieus menghasilkan coefficient of power ( C p ) 0,21 – 0,35 dan tip speed ratio ( λ ) 4,50 – 4,89. Turbin Spinning  Top  Darrieus menghasilkan coefficient  of  power ( C p )  dan tip  speed  ratio ( λ ) masing-masing 0,17 – 0,25 dan 5,75 – 5,92.
Berdasarkan
perbandingan performa pengujian turbin pada kecepatan aliran 0,188 m/s – 0,222  m/s  ( Gambar  21) ,  turbin Spinning  Top Darrieus menghasilkan tip  speed  ratio ( λ )  yang lebih  tinggi dibandingkan dengan  turbin Darrieus. Berdasarkan Persamaan  1 dan Persamaan  3 , dijelaskan  bahwa  nilai tip  speed  ratio ( λ ) dipengaruhi  oleh  kecepatan  aliran  ( v )  dan  Rotasi Per  Menit  ( RPM ). Gambar  19 menunjukkan  nilai RPM yang  dihasilkan  dari  turbin Spinning  Top Darrieus lebih tinggi daripada turbin Darrieus. Hal ini  menunjukkan  bahwa  desain  turbin Spinning Top  Darrieus meningkatkan  pengaruh  gaya lift (meningkatnya nilai λ ).
Berdasarkan  perbandingan coefficient  of power ( C p )  yang  ditunjukkan  pada Gambar  21 , turbin Spinning  Top  Darrieus menghasilkan coefficient  of  power ( C p )  yang  lebih  rendah daripada turbin Darrieus. Berdasarkan Persamaan 2 ,  nilai coefficient  of  power ( C p )  berbanding  lurus dengan  torsi  ( τ ).  Gambar  20  menunjukkan  nilai torsi  ( τ )  yang  dihasilkan  masing-masing  turbin. Turbin Spinning  Top  Darrieus menghasilkan  torsi ( τ ) yang lebih rendah daripada turbin Darrieus. Hal ini  menunjukkan  bahwa  turbin Spinning  Top Darrieus menghasilkan  laju  putaran  yang  tinggi, akan  tetapi  memerlukan self  starting yang  tinggi pula untuk melakukan siklus rotasi turbin.
Gambar  22. Perbandingan  hasil  pengujian  turbin Spinning  Top  Darrieus dengan  hasil  studi sebelumnya.
Berdasarkan Gambar  22 ,  turbin Spinning Top  Darrieus hasil  pengujian  pada  kecepatan aliran  0,188  m/s  sampai  0,222  m/s  menunjukkan performa coefficient of power ( C p ) 0,17 – 0,25 dan tip speed ratio ( λ ) 5,75 – 5,92.
Turbin Spinning Top Darrieus menghasilkan nilai range  tip  speed  ratio ( λ )  yang  sama  dengan hasil  analisa  model  turbin  pada  studi  William Beans  (1987),  namun  performa coefficient  of power ( C p )  turbin Spinning  Top  Darrieus lebih kecil.
Desain  turbin  pada  studi  Balduzzi et  al.
(2016) merupakan turbin angin Darrieus . Perbandingan  terhadap  turbin Spinning  Top Darrieus menunjukkan bahwa turbin Spinning Top Darrieus yang  diujikan  pada  aliran  memerlukan self  starting lebih  tinggi  dibandingkan  turbin Darrieus yang  ada  pada  aliran  angin  (Balduzzi et al. ,  2016).  Hal  ini  terlihat  dari  perbandingan tip speed  ratio ( λ )  yang  dihasilkan  ( Gambar  22 ) dengan turbin Spinning Top Darrieus
menghasilkan tip speed ratio ( λ ) yang lebih tinggi. Performa coefficient of power ( C p ) turbin Spinning Top  Darrieus sedikit  lebih  tinggi  dibandingkan turbin  angin Darrieus pada  studi  Balduzzi et  al. (2016).
Perbandingan  terhadap  desain  turbin  angin Darrieus pada  studi Shaheen  dan  Abdallah  (2017) diamati  terhadap  profil blade yang  digunakan.
Pada  desain  turbin  Shaheen  dan  Abdallah  (2017) menggunakan NACA 0021, sedangkan pada turbin Spinning  Top  Darrieus menggunakan  NACA 0018.  Hasil  perbandingan  performa  ( Gambar  22 ) menunjukkan bahwa coefficient of power ( C p ) yang dihasilkan  turbin Spinning  Top  Darrieus lebih rendah  dari  studi  Shaheen  dan  Abdallah  (2017), sedangkan tip speed ratio ( λ ) yang dihasilkan lebih tinggi. Pada hasil studi Mohamed (2012) mengenai perbandingan  performa  masing-masing airfoil NACA  ( Gambar  4 ),  hasil  performa  turbin  angin Darrieus dengan  NACA  0018  dan  NACA  0021 menghasilkan pola grafik yang tidak jauh berbeda. Pada perbandingan pengujian antara studi Shaheen dan  Abdallah  (2017)  dengan  turbin Spinning  Top Darrieus ( Gambar  22 )  diketahui  bahwa  dengan profil  NACA  yang  sama,  pengujian  turbin hidrokinetik  yang  dilakukan  di  aliran  air menghasilkan coefficient  of  power ( C p )  yang  lebih rendah daripada pengujian di aliran udara.

## PENUTUP

## Kesimpulan
Hasil pengamatan terhadap distribusi kecepatan  aliran  menunjukkan  bahwa  pada y/D = 0,0  –  0,4  kecepatan  penampang  aliran  meningkat dari  dasar  saluran,  kemudian  pada  bagian  tengah ( y/D = 0,5 – 0,7) merupakan kecepatan penampang aliran  optimum.  Pada  bagian  tengah  hingga  ke permukaan ( y/D = 0,7 – 1,0) kecepatan penampang aliran  mengalami  penurunan  kecepatan.  Potensi tangkapan  ( swept  area )  terbesar  terjadi  di  daerah tengah  penampang  (kecepatan  penampang  aliran terbesar). Hal ini sejalan dengan tujuan inovasi dan desain  yang  dilakukan  pada  turbin Spinning  Top Darrieus.
Turbin Darrieus menghasilkan  nilai RPM dan torsi masing-masing 54,59 – 67,90 dan 0,014 – 0,029  Nm.  Turbin Spinning  Top  Darrieus menghasilkan  nilai RPM dan  torsi  masing-masing 69,24  –  82,02  dan  0,012  –  0,020  Nm.  Turbin Spinning  Top  Darrieus menunjukkan  putaran turbin  yang  lebih  tinggi  dibandingkan  turbin Darrieus, akan  tetapi  torsi  yang  dihasilkan  lebih rendah.
Turbin Darrieus menghasilkan coefficient of power ( C p ) 0,21 – 0,35 dan tip speed ratio ( λ ) 4,89 –  4,50.  Turbin Spinning  Top  Darrieus dengan profil blade NACA 0018, menghasilkan coefficient of  power ( C p )  0,17  –  0,25  dan tip  speed  ratio ( λ ) 5,75  –  5,92.  Turbin Spinning  Top  Darrieus
menghasilkan  performa coefficient  of  power ( C p ) yang  sama  baiknya  dengan  turbin Darrieus yang diujikan pada aliran angin.  Desain turbin Spinning Top  Darrieus menghasilkan  pengaruh  gaya lift yang  meningkat.  Hal  ini  dapat  dilihat  pada tip speed  ratio ( λ )  yang  dihasilkan,  turbin Spinning Top Darrieus memerlukan self starting yang tinggi untuk memulai gerak rotasi.

## Saran
Pada  studi  berikutnya  pengujian  terhadap turbin Spining  Top  Darrieus dapat  diamati mengenai konfigurasi posisi blade apabila dilakukan  dengan  bentuk  menyilang  ( cross section ). Pengamatan dapat pula dilakukan dengan melihat  pengaruh  profil blade bentuk  simetris (NACA  0021,  NACA  0015  dan  NACA  0010). Diharapkan  pengujian  dapat  diujikan  pada  profil distribusi  kecepatan  dengan range yang  bervariasi untuk  melihat  performa  yang  dihasilkan  pada bentuk yang berbeda.

## DAFTAR PUSTAKA
Balduzzi,  F. et  al. (2016)  ‘Critical  Issues  in  The CFD Simulation Of Darrieus Wind Turbines’,
Renewable Energy , 85, pp. 419–435.
Behrouzi,  F.,  Maimun,  A.  and  Nakisa,  M.  (2014) ‘Review of Various Designs and Development  in  Hydropower  Turbines’, World  Academy  of  Science,  Engineering  and Technology , 8(2), pp. 293–297.
Febrianto,  A.  and  Santoso,  A.  (2017)  ‘Analisa Perbandingan  Torsi  dan  RPM  Turbin  Tipe Darrieus  Terhadap  Efisiensi  Turbin’, Jurnal Teknik ITS , 5(2).
Hantoro,  R. et  al. (2018)  ‘Innovation  in  Vertical Axis  Hydrokinetic  Turbine  -  Straight  Blade Cascaded (VAHT-SBC) design and testing for low current speed power generation’, Journal of Physics: Conference Series , 1022(1). Khan, M. J., Iqbal, M. T. and Quaicoe, J. E. (2006) ‘Design  Considerations  of  A  Straight  Bladed Darrieus  Rotor  for  River  Current  Turbines’, IEEE  International  Symposium  on  Industrial Electronics , 3(2), pp. 1750–1755.
Kironoto,  B.  A.  and  Walter  H.  Graf  (1994) ‘Turbulence Characteristics in Rough Uniform  Open-Channel’,  in Proc.  Instn  Civ. Engrs Wat., Marif. &Energy , pp. 333–334.
López,  O. et  al. (2016)  ‘Computational  Study  of Transient  Flow  Around  Darrieus  Type  Cross
Flow  Water  Turbines’, Journal  of  Renewable and Sustainable Energy , 8(1). Mohamed, M. H. (2012)
‘Performance
Investigation  of  H-Rotor  Darrieus  Turbine with  New  Airfoil  Shapes’, Energy ,  47(1),  pp. 522–530.
Nindito,  D.  A.  (2009)  ‘Pengaruh  Profil  Distribusi
Kecepatan Terhadap Hasil Perhitungan Kecepatan  Gesek  pada  Aliran  Bersedimen  di Lokasi  Pengukuran  Arah  Transversal  Saluran Tampang  Segiempat’, Jurnal  PROTEKSI (Program Studi Teknik Sipil) , pp. 8–15. Nindito, D. A., Istiarto, I. and Kironoto, B. (2009) ‘Simulasi  Numeris  Tiga  Dimensi  Kantong Lumpur Bendung Sapon’, Forum Teknik Sipil . Nindito,  D.  A.  and  Kamiana,  I.  M.  (2010) ‘Perencanaan  Model  PLTA  Skala  Kecil
Berbasis Teknologi Lokal di Daerah
Pemukimam Tepi Sungai’, PROTEKSI , 2, pp. 1–7. Sahim,  K. et  al. (2014)  ‘Experimental  Study  of
Darrieus-Savonius Water Turbine with Deflector:  Effect  of  Deflector  on  The Performance’, International Journal of
Rotating Machinery , 2014.
Shaheen,  M.  and  Abdallah,  S.  (2017)  ‘Efficient Clusters  and  Patterned  Farms  for  Darrieus
Wind Turbines’, Sustainable Energy Technologies  and  Assessments ,  19,  pp.
125–135.
Simamora,  Y.  and  Nindito,  D.  A.  (2009)  ‘Kajian
Profil  Distribusi  Kecepatan  dan  Distribusi
Konsentrasi  Sedimen  Suspensi  untuk  Kondisi Aliran Seragam Terhadap Lokasi Pengambilan Sampel Sedimen Arah
Transversal’, Rekayasa  Rancang  Bangun ,  10, pp. 17–26.
Torresi,  M.,  Fortunato,  B.  and  Camporeale,  S.  M. (2013) ‘An Efficient 3D CFD Model For The Analysis Of The Flow Field Around Darrieus Rotors’, in Proceedings of ASME Turbo Expo 2013:  Turbine  Technical  Conference  and Exposition , pp. 1–14. Wang,  Y. et  al. (2016)  ‘Effect  of  blade  vortex interaction  on  performance  of  Darrieus-type cross flow marine current turbine’, Renewable Energy , 86, pp. 316–323. William Beans, E. (1987) ‘Approximate Aerodynamic Analysis for Multi-Blade
Darrieus  Wind  Turbines’, Journal  of  Wind Engineering  and  Industrial  Aerodynamics , 25(2), pp. 131–150. Yuce, M. I. and Muratoglu,  A. (2015) ‘Hydrokinetic Energy Conversion Systems: A
Technology  Status  Review’, Renewable  and Sustainable Energy Reviews , 43, pp. 72–82.