Analisa Perbedaan Kinerja Turbin Angin Tipe Savonius Dengan Savonius Helius Yuli Prasetyo, Teuku Multazam.
ANALISA PERBEDAAN KINERJA TURBIN ANGIN TIPE SAVONIUS DENGAN SAVONIUS HELIUS
COMPARISON ANALYSIS FOR PERFORMANCE SAVONIUS AND SAVONIUS HELIUS WIND TURBINE
Yuli Prasetyo 1 , Teuku Multazam 2
1 Politeknik Negeri Madiun, Jl. Serayu No 84, Madiun, Jawa Timur, Indonesia.
2 Universitas Iskandar Muda, Banda Aceh, Provinsi Aceh, Indonesia.
E-mail: yuliprasetyo2224@pnm.ac.id
Diterima: 14/08/2019; Disetujui: 31/08/2019

## ABSTRAK
Kemajuan  teknologi  telah  sampai  pada  penggunaan  energi  alternatif  sebagai pengganti sumber energi utama. Pemanfaatan sumber energi terbarukan antara lain energi  angin  sebagai  energi  alternatif  yang  dipakai  untuk  membangkitkan  energi listrik. Oleh karena itu, pada penelitian ini dirancang sebuah prototipe turbin angin dengan  poros  vertikal  (Vetical  Axis  Wind  Turbine)  tipe  Savonius  dan  Savonius Helius  sebagai  solusi  pemenuhan  listrik  dengan  pemanfaatan  energi  alternatif terbarukan.  Tahap  penelitian  meliputi  perencanaan,  pembuatan  prototipe,  dan pengujian  prototipe.  Proses  pengujian  prototipe  dilakukan  dengan  menggunakan variasi  kecepatan  angin  sebesar  2  m/s,  3  m/s,  4  m/s,  5  m/s  dan  membandingkan kecepatan  putaran  (Rpm)  antara  tipe  Savonius  dengan  tipe  Savonius  Helius. Hasilnya  menunjukkan  bahwa  turbin  angin  tipe  Savonius  memiliki  kecepatan putaran tertinggi sebesar 229,2 Rpm pada kecepatan angin 5,9 m/s dan tidak dapat berputar  pada  kecepatan  angin  2  m/s.  Sedangkan  tipe  Savonius  Helius  dengan variasi  sudut  per-blade  22,5°  menunjukkan  kecepatan  putaran  tertinggi  sebesar 222,4 Rpm pada kecepatan angin 5,9 m/s dan paling rendah sebesar 47,8 Rpm pada kecepatan  angin  2,0  m/s.  Berdasarkan  hasil  tersebut,  dapat  disimpulkan  bahwa turbin  angin  tipe  Savonius  Helius  dengan  variasi  sudut  per-blade  22,5°  mampu menghasilkan  kecepatan  putaran  yang  relatif  tinggi  dan  dapat  berputar  pada kecepatan angin yang rendah.
Kata  Kunci: Vertical  Axis  Wind  Turbine, Savonius,  Savonius  Helius,  Kecepatan putaran .
Analisa Perbedaan Kinerja Turbin Angin Tipe Savonius Dengan Savonius Helius Yuli Prasetyo, Teuku Multazam.

## ABSTRACT
Technological advances have arrived at the use of alternative energy as a substitute for the main energy source. The use of renewable energy sources includes wind energy as an alternative energy used to generate electricity. Therefore, in this study a prototype of Savonius  and  Savonius  Helius  type  vertical  shaft  wind  turbines  (Vetical  Axis  Wind Turbine) was designed as a solution for electricity fulfillment with the use of renewable alternative  energy.  The  research  phase  includes  planning,  prototyping,  and  testing prototypes.  The  prototype  testing  process  was  carried  out  using  variations  in  wind speed  of  2  m  /  s,  3  m  /  s,  4  m  /  s,  5  m  /  s  and  comparing  the  rotational  speed  (Rpm) between Savonius types and Savonius Helius types. The results show that the Savonius type wind turbine has the highest rotational speed of 229.2 Rpm at 5.9 m / s wind speed and  cannot  rotate  at  wind  speeds  of  2  m  /  s.  While  the  Savonius  Helius  type  with  a variation of per-blade angle 22.5 ° shows the highest rotational speed of 222.4 Rpm at wind speeds of 5.9 m / s and the lowest at 47.8 Rpm at wind speeds of 2.0 m / s. Based on these results, it can be concluded that the Savonius Helius type wind turbine with a 22.5 ° per-blade angle variation is capable of producing relatively high rotation speeds and can rotate at low wind speeds.
Keywords: Vertical Axis Wind Turbine, Savonius, Savonius Helius, Speed of rotation.

## PENDAHULUAN
Bentuk turbin angin yang banyak digunakan adalah turbin angin sumbu horizontal,  tetapi  turbin  angin  sumbu  vertikal bisa  menjadi  alternatif  untuk  menghasilkan energi  listrik.  Turbin  angin  vertikal  memiliki self  starting yang  baik  sehingga  mampu memutar rotor walaupun kecepatan angin relatif rendah  dan  torsi  yang  dihasilkan  relatif  tinggi [1]. Turbin angin sumbu vertical dapat berputar secara  efektif  dengan  dorongan  angina  dari segala  arah,  sehingga  sangat  cocok  untuk daerah  yang  arah  anginnya  tidak  menentu  [2]. Turbin  angin  sumbu  vertikal  memiliki  efisiensi yang  kecil  karena  memanfaatkan  gaya  drag. Daya  yang  diperoleh  berasal  dari  selisih  antara gaya  dua penggerak momen positif dan negatif yang  terjadi  pada  rotor  [3].  Turbin  angin Savonius  merupakan  salah  satu  tipe  turbin angin  poros  vertikal.  Turbin  ini  memiliki bentuk  dan  kontruksi  yang  sederhana  dan disusun menyerupai huruf “S”.
Penelitian  terdahulu  tentang  turbin  angin adalah  penelitian  oleh  [4].  Penelitian  ini mengenai  turbin  poros  vertical  dengan  tipe blade  helical.  Penelitian  ini  mendapatkan  rpm yang  kurang  maksimal.  Kemudian  penelitian oleh [5] tentang membuat turbin Savonius agar dapat  menerima  angin  dengan  maksimal. Peneliti  menganalisa  pengaruh  perbedaan kecepataan  angin  terhadap  putaran  turbin  dan perbandingan keluaran dari VAWT model “U” dan  “L”.  Kemudian  penelitian  oleh  [6]
mengenai  karakteristik  turbin  angin  sumbu vertical tipe savonius helius.
Sesuai uraian di atas maka pada penelitian ini  penulis  menggunakan  turbin  angin  vertikal menggunakan gabungan dari tipe Savonius dan Helix.  Dengan  turbin  tipe  Savonius  dan  Helix diharapkan  dapat  menghasilkan  putaran  dan torsi  yang  lebih  efisien  daripada  penelitian sebelumnya.  Hal  tersebut  mempertimbangkan rpm  dan  torsi  yang  sesuai  dengan  generator agar  output  generator  bisa  maksimal.  Hal  lain yang harus dipertimbangkan adalah penggunaan dari  bahan  yang  mampu  menerima  angin semaksimal  mungkin.  Penelitian  ini  juga membandingkan  kinerja  dari  turbin  angin  tipe savonius  dengan  turbin  angin  tipe  savonius helius.

## METODE PENELITIAN

## 1. Vertical Axis Wind Turbin (VAWT)
Gambar  1.  merupakan  turbin  angin  yang memiliki  sumbu  atau  poros  vertikal.  Turbin angin  poros vertikal  ini  sedikit  berbeda dengan horizontal  dilihat  dari  sumbu  atau  porosnya. Turbin  angin  jenis  ini  memiliki  blade  yang memanjang dari atas ke bawah. Dengan sumbu vertikal,  generator,  gearbox  dan  komponen lainnya  dapat  ditempatkan  dengan  permukaan tanah,  sehingga  memudahkan  dalam  hal perawatan.  Namun,  karena  tempatnya  tidak terlalu  tinggi  maka  energi  angin  yang  tersedia rendah.
Yuli Prasetyo, Teuku Multazam.
Turbin angin jenis vertikal mempunyai  beberapa  tipe  yang  masing  – masing  dari  tipe  tersebut  memiliki  ciri  khas tersendiri.  Berikut  merupakan  macam  – macam  tipe  Vertical  Axis  Wind  Turbine (VAWT).

## 1.1. Tipe Savonius
Salah satu jenis turbin angin sumbu vertikal  (VAWT)  yang  dapat  digunakan pada  angin  berkecepatan  rendah  adalah tipe Savonius. Turbin ini ditemukan oleh
sarjana Finlandia bernama Sigurd J.Savonius pada tahun 1922. Konstruksinya  tersusun  dari  dua  buah sudu setengah silinder. Pada perkembangannya turbin Savonius
banyak  mengalami  perubahan  bentuk rotor, seperti desain rotor berbentuk L.
(a) Tipe U (b) Tipe L
Gambar 2. Desain Turbin Savonius Tipe U dan L
Angin  yang  berhembus  dari  salah satu  bilah  rotor  diharapkan  lebih  banyak mengalir  ke  bilah  rotor  lainnya  melalui celah  di  sekitar  5  poros  sehingga menyediakan  daya  dorong  tambahan pada  bilah  rotor  ini,  akibatnya  rotor dapat  berputar  lebih  cepat.  Pada  bentuk rotor Savonius setengah lingkaran (Savonius  U),  aliran  udara  di  kedua  sisi bilah sama besar, sementara pada rancangan  kedua  (Savonius  L)  aliran udara  pada  sisi  bilah  yang  lurus  lebih besar  dibandingkan  pada  sisi  bilah lengkung seperempat lingkaran (Soelaiman, 2006).
Rotor Savonius U       Rotor Savonius L Gambar 3. Perbedaan Angin pada Rotor Savonius

## 1.2. Tipe Helical
Dengan keunikan blade yang dimiliki  oleh  turbin  angin  vertikal  tipe Helical  ini,  menjadikan  turbin  angin  tipe tersebut  banyak  dikembangkan  oleh Amerika  Serikat.  Bentuk  blade  yang dimiliki  oleh  turbin  angin  Helical  ini dapat  dilihat pada  Gambar  4.  Turbin  tipe ini menggunakan  dua  buah blade dengan helical twist 90 0 dengan  bagian  atas  dan bawah memiliki bentuk yang sama,
Gambar 1. Vertikal Axis Wind Turbine
Yuli Prasetyo, Teuku Multazam.
Gambar 4. Turbin Tipe Helical

## 2. Desain Turbin
Komponen  utama  dari  turbin  angin merupakan  blade.  Luas  sapuan  blade  sangat berpengaruh  terhadap  kecepatan  putaran (Rpm)  yang  dihasilkan  oleh  turbin.  Semakin besar  luas  sapuan  dari  blade  maka  semakin besar  pula  Rpm  yang  dilhasilkan.  Blade dibuat  seperti  gambar  5  karena  jika  angin menyapu  daerah  sapuan,  angin  ditampung oleh  kelengkungan  blade.  Jika  datar,  maka angin yang mengenai blade tidak sepenuhnya ditampung.  Dengan  perbedaan  sudut  antara blade  1  dengan  blade  yang  lain,  maka  sudut perputaran  per  blade  dibuat  sebesar  20 0 diukur  dari  blade  sebelumnya  menjadi  titik awal  perubahan  sudut  blade  yang  ada  di atasnya.  Perubahan  sudut  blade  seperti terlihat pada gambar 6.
Gambar 6. Perubahan Sudut Blade
Desain  keseluruhan  dari  turbin  ini menggunakan  kerangka  balok  dengan  sisi atas  yang  tertutup  untuk  melindungi  turbin dari  air  hujan  untuk  mencegah  korosi  pada poros  dan  bearing.  Desain  keseluruhan seperti terlihat pada gambar 7.
.
Gambar 7. Desain Turbin Secara Keseluruhan

## 3. Diagram Alir Penelitian
Diagram  Alir  dibuat  bertujuan  untuk memudahkan  pembaca  mengenai  proses  dari kerja  sebuah  alat  penelitian  ini. Pada  gambar 8  dijelaskan  bahwa  dengan  angin  menerpa blade kemudian blade akan bergerak menyesuaikan arah angin. Saat blade bergerak  dan  menggerakkan  poros  utama, maka  poros  berputar  yang  di  kopel  dengan gearbox dan menghasilkan kecepatan putaran,  kecepatan  putaran  diukur  oleh tachometer.
Gambar 5. Desain Blade Tampak dari Atas
Analisa Perbedaan Kinerja Turbin Angin Tipe Savonius Dengan Savonius Helius Yuli Prasetyo, Teuku Multazam.
Gambar 8. Diagram Alir Cara Kerja Turbin

## HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Pada  tahap  hasil  dan  pembahasan dilakukan pengujian pada alat untuk memperoleh data.

## 1) Pengujian Alat Tipe Savonius
Pada  proses  pengujian  turbin  angin tipe Savonius ini, blade dipasang  sejajar  dan tidak  terdapat  perbedaan  sudut.  Uji  coba dilakukan dengan dua metode, yaitu menggunakan  generator  dan  tanpa  generator. Turbin  angin  tipe  savonius  terlihat  seperti pada  gambar  9.  Kecepatan  angin  untuk pengujian antara 2 sampa 5 m/s.
Gambar 9. Turbin Angin Tipe Savonius
a. Tanpa Generator
Percobaan pertama turbin angin  tipe Savonius dilakukan  saat tanpa  beban.  Percobaan  dilakukan dengan  mengunakan  blower  sebagai input  untuk  mendapatkan  angin  yang stabil.  Data  hasil  pengujian  tanpa generator  untuk  turbin  angin  tipe Savonius terlihat seperti gambar 10.
Gambar 10. Hasil Tipe Savonius Tanpa Generator

## b. Dengan Generator
Pengujian  menggunakan  beban generator  dilakukan  dengan  memasang generator  pada  poros  sebagai  beban. Hasil  pengujian  tipe  Savonius  dengan generator terdapat pada gambar 11.

## 2) Pengujian Alat Tipe Savonius Helius
Proses pengujian
selanjutnya dilakukan  pada  turbin  angin  tipe Savonius Helius .  Pada  tipe  ini,  antar blade diatur dengan  variasi  sudut  sebesar  22,5°.  Turbin angin  tipe  savonius  helius  terlihat  seperti pada gambar 12.
Gambar 12. Turbin Angin Tipe Savonius Helius
a. Tanpa Generator
Data  hasil  pengujian  tanpa  generator untuk  turbin  angin  tipe Savonius  Helius terlihat seperti gambar 13.
Gambar 13. Hasil Tipe Savonius Helius tanpa Generator

## b. Dengan Generator
Data hasil pengujian dengan generator untuk  turbin  angin  tipe  Savonius  Helius terlihat seperti gambar 14.
Gambar 14. Hasil Tipe Savonius Helius dengan Generator

## 3) Hasil Perbandingan Pengujian Alat
Hasil  yang  diperoleh  dari  pengujian  turbin angin  tipe Savonius dan  tipe Savonius  Helius dapat dibandingkan  kecepatan  putarannya dengan  perbedaan  kecepatan  angin  yang  diatur pada setiap pengujian yang dilakukan. Perbandingan  kecepatan  putaran  tipe Savonius dan  tipe Savonius  Helius terlihat  seperti  pada gambar 15.
Gambar 15. Perbandingan Kecepatan Savonius dan Savonius Helius
Hasil  pengujian  yang  telah  diperoleh, diolah menjadi gambar yang menyajikan data tegangan  yang  dihasilkan  oleh  tipe  Savonius
Analisa Perbedaan Kinerja Turbin Angin Tipe Savonius Dengan Savonius Helius Yuli Prasetyo, Teuku Multazam.
dan Savonius Helius. Tegangan yang
dihasilkan berupa tegangan AC dari generator. Perbandingan antara hasil
tegangan  AC  tipe  Savonius  dan  Savonius Helius terlihat pada gambar 16.
Gambar 16. Perbandingan Tegangan AC
Savonius dan Savonius Helius

## Dari  hasil  perbandingan  antara  tipe
Savonius dan  tipe Savonius  Helius terlihat
jelas pada perbedaan kecepatan putaran dan tegangan AC yang dihasilkan.

## KESIMPULAN
Hasil yang dapat diambil dari penelitian ini adalah  turbin  angin  dapat  memutar  rotor  secara maksimal  apabila  lubang  dan  poros  memiliki tingkat  keakuratan  yang  tinggi.  Perbandingan analisa  kinerja  dari  dua  tipe  turbin  angin  ini adalah  turbin  angina  tipe  Savonius  Helius  dapat menghasilkan  kecepatan  putar  yang  relative tinggi dan mampu berputar pada kecepatan  angin yang rendah daripada tipe Savonius.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Putra,  M.  Alexin  dkk.  2011.  Uji  Experimental  Rotor  Helical  Savonius  Dibandingkan  dengan  Rotor Savonius. Seminar Nasional Teknik Mesin 6, Surabaya, 16 Juni 2011: 101-103
[2]  Angkasa,  Tauqit.  2016.  Perancangan  Turbin  Heliks  Vertikal  dengan  Jumlah  Blade  pada  VAWT. Laporan Tugas Akhir, Politeknik Negeri Madiun
[3]  Santoso,  Tosy  Purbo.  2017.  Perancangan  Turbin  VAWT  Model  Savonius  Cembung.  Laporan  Tugas Akhir, Politeknik Negeri Madiun
[4]  Affifudin,  M.A,  dkk.  2010.  Studi  Eksperimental  Performasi  Vertical  Axis  Wind  Turbine  (VWAT) dengan Variasi Desain Turbin. Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
[5]  Latif,  Melda.  2013.  Efisiensi  Prototipe  Turbin  Savonius  pada  Kecepatan  Angin  Rendah.  Jurnal Rekayasa Elektronika, Vol.10, No. 3, April 2013:147-151
[6]  Prasetyo,  Yuli,  dan  H.,  Nur  Asyik.  2019.  Analisa  Karakteristik  Turbin  Angin  Sumbu  Vertikal  Tipe Savonius Helius. Journal of Electrical Electronic Control and Automotive Engineering (JEECAE), Vol. 4, No.1, Mei 2019. pp 241-244.