## PENGARUH TWIST ANGLE BLADE TURBIN SAVONIUS BERPENGARAH ALIRAN APLIKASI PADA TURBIN AIR

## Rendi dan Abdurahim Sidiq
Program Studi Teknik Mesin Universitas Islam Kalimantan
Email: rendi.teknikmesin@gmail.com

## ABSTRACT
Water  turbine  is  one  of  the  mechanical  equipment  that  functions  to  generate energy into mechanical energy. There are types of water turbines one of which  is the  Savonius  water  turbine.  Savonius  water  turbines  have  the  advantage  of  other turbines,  namely  installation  in  rivers  that  do  not  damage  the  environment,  are able  to  work  and  do  not  require  special  maintenance  as  well  as  providing weaknesses that can affect the positive force and the negative force on the rotor is still  small.  This  turbine  has  never  been  widespread.  To  make  this  turbine  it  is possible to conduct research to improve its performance, especially in the turbine rotor. In these words we will try the rattan turbine by  varying the blade's turning angle  from 0 0 , 30 o , 60 o , 90 o and  120 o and  adding  ½  and ¼  opening  flow  guides. Based on the results of the research that we have done, we can say the difference in blade angle and flow guide to turbine performance. The variation of twist angle and  flow  controller  that  provides  the  most  appropriate  turbine  performance  is  a 90 o swivel with turbine flow guide openings ¼. At the swivel angle 120 o the wave guide is not as wide.
Keywords: Savonius turbine, Twist angle blade, Flow guide

## ABSTRAK
Turbin  air  adalah  salah  satu  peralatan  mekanik  yang  berfungsi  untuk membangkitkan energy air menjadi energy mekanik. Ada berbagai macam  turbin air  salah  satunya  adalah  turbin  air    rotor  Savonius.  Turbin  air  rotor  Savonius memiliki  keunggulan  dibandingkan  dengan  turbin  lain  yaitu  pemasangan  di sungai  tidak  merusak  lingkungan,  mampu  beroperasi  di  irigasi  dan  tidak membutuhkan  perawatan  khusus  selain  keunggulan  juga  memiliki  kelemahan yaitu  selisih  gaya  positif  dan  gaya  negatife  pada  rotor  masih  kecil  sehingga menyebabkan  kinerja  turbin  tidak  maksimal  sehingga  turbin  ini  belum  banyak digunakan  secara  luas.  Untuk  menjadikan  turbin  ini  layak  digunakan  secara  luas maka  perlu  dilakukan  penelitian  untuk  memperbaiki  kinerjanya  terutama penelitian  pada  bagian  rotor  turbin.  Pada  penelitian  ini  kami  mencoba  meneliti bagian rotor turbin dengan memvariasikan twist  angle blade dari 0 o , 30, 60 o , 90 dan  120 o dan  penambahan  pengarah  aliran  bukaan  ½  dan  ¼.  Berdasarkan  hasil penelitian  yang  telah  kami  lakukan  dapat  dikatakan  bahwa  variasi twist  angle
blade dan pengarah aliran berpengaruh terhadap kinerja turbin. Variasi twist angle dan pengrah aliran yang  memberikan kinerja turbin paling maksimal adalah swist 90 o dengan  bukaan  pengarah  aliran  ¼  diameter    turbin.  Pada  twist  angle  120 o penambahan  pengarah aliran tidak begitu berpengaruh.
Kata kunci : Turbin Savonius , Twist angle blade, Pengarah Aliran

## 1. PENDAHULUAN
Turbin  air  rotor  Savonius  memiliki  bentuk  yang  sangat  sederhana  dan konstruksi  mudah dibuat. Memiliki karekteristi torsi yang besar bisa beroperasi di aliran  lambat  (Mabrouki,  Driss  and  Abid,  2014),  (Hayashi,  Li  And  Hara,  2005). Rotor  Savonius  adalah  salah  satu  jenis  rotor  yang  dikembangkan  untuk  turbin hidrokinetik  (Thakker,  2016).  Selain  keunggulan-keunggulan  diatas,  rotor Savonius  memiliki  beberapa  kelemahan.  yaitu,  variasi  torsi  yang  cukup  besar menyebabkan  getaran  pada  rotor  akibatnya  menurunkan  daya  ketahanan ( durability ) pada rotor,  beberapa posisi arah angular memiliki torsi statik bernilai negatif atau sangat rendah (Damak, Driss and Abid, 2013), (Ariyadi, M.H  2011)
Turbin  rotor  savonius  harus  mampu  memanfaatkan  energi  kinetik  aliran air  sebanyak  mungkin  supaya  dapat  menghasilkan  putaran  dan  tenaga  sebesar mungkin  untuk  memutar  generator  turbin.  Hal  ini  mempunyai  arti  bahwa  turbin rotor  savonius  harus  mempunyai  rancangan  sistem  yang  baik  pada  tiap komponennya    terutama  pada  sudu  supaya  tekanan  statis  bernilai  negarif  lebih kecil  agar  turbin  dapat  bekerja  secara  maksimal.  Secara  umum  turbin  rotor savonius terdiri dari 3 komponen utama antara lain : Rotor (terdiri dari sudu poros dan endplate) , Sistem Tranmisi dan Generator.
Ada  beberapa  parameter  yang  menentukan  diantaranya  adalah  Rasio Overlap,  Aspek  Rasio,  Jumlah  Sudu  dan  Tingkatan  sudu.  Menurut  beberapa penelitian, kinerja turbin rotor savonius masih dapat diperbaiki. Dalam penelitian ini  kami  mengusulkan  menggunakan  rotor  helikal  dengan  twis  angle.  Rotor  ini bisa  memberikan  koefesien  torsi  statis  yang  positif.  Helik  dapat  didefinisikan sebagai  sudu  turbin  yang  di  puntir  dengan  sudut  puntiran  tertentu.  Dalam penelitian  ini  kami  tertarik  untuk  meneliti  pengaruh  perubahan  twis  angle  blade (sudu)    pada  rotor  savonius  yang  diaplikasikan  pada  turbin  air.  Dalam  hal  ini
penelitian  dilakukan  secara  eksperimen  dengan  membandingkan  rotor konvensional.

## 2.  METODOLOGI
Penelitian  ini menggunakan metode eksperimental  yaitu dengan membuat turbin dengan sfesifikasi sebagai berikut :
Profil turbin air tipe Savonius sebagai berikut :
Diameter (D)  : 400 mm Tinggi (H) : 800 mm Diameter Overpal : 50 mm
Radius kelengkungan sudu : 180 derajat
Gambar 1. Profil Turbin Savonius
Pengujian dilakukan desa tebing tinggi kabupaten balangan. Variabel yang duiji  adalah  variasi  twist  angle  yaitu  0  °,  30  °,    60  °,    90  °  dan  120  °  dan penambahan pengarah aliran bukaan ½ dan ¼ diameter turbin.

## 3  HASIL DAN PEMBAHASAN
Tabel 1. Data Percobaan Tampa Pengarah Aliran
No Twist Angle ( o ) Putaran Turbin (RPM) Percobaan I Percobaan II Percobaan III 1 0 10 10 10 2 30 10 11 10 3 60 15 15 16 4 90 24 24 24 5 120 27 26 26
Gambar 2. Tanpa Pengarah Aliran
Tabel 2 Data Percobaan dengan pengarah aliran 1/2  diameter
No Twist Angle ( o ) Putaran Turbin (RPM) Percobaan I Percobaan II Percobaan III 1 0 15 14 15 2 30 16 15 15 3 60 20 20 21 4 90 28 28 28 5 120 27 27 27
Gambar 3. Pengarah Aliran 1/2 diameter turbin
Tabel 3. Data Percobaan dengan pengarah aliran 1/4  diameter
No Twist Angle ( o ) Putaran Turbin (RPM) Percobaan I Percobaan II Percobaan III 1 0 19 19 19 2 30 19 20 20 3 60 25 25 25 4 90 29 29 29 5 120 28 28 28
Gambar 4. Pengarah aliran 1/4 diameter
Variasi  penggunaan  pengarah  aliran  menyebabkan  terjadi  perbedaan kecepatan  putaran  turbin  (rpm)  hal  ini    disebabkan  karena  berbedan  gaya  positif dan gaya  negatif   hal tersebut dikarenakan gaya yang di terima oleh sudu turbin berbeda-beda karena  pengaruh  geometri  sudu  yang  bervariasi.  Kemudian  dengan adanya    pengarah  arah  aliran  air  menyebabkan  aliran  air  langsung  mengarah  ke
sudu  turbin  cekung/positif  dan  beban  putar  sudu  (cembung/negatif)  menjadi ringan.
Gamabr 5. hubungan antara RPM terhadap twist
kecepatan  putaran    turbin  paling  tinggi  yaitu  pada  twist  90 o rata-rata  29 rpm  pada  bukaan  pengarah  aliran  ¼  diameter  turbin.  Jadi  dapat  dikataknabahwa denga  danya  pengarah  aliran  dapat  meningkatkan  kecepatan  putaran  turbin  hal tersebut  bisa  terjadi  karena  aliran  air  yang  melewati  pengarah  aliran  akan langsung  masuk ke rotor bagian cekung sedangkan  pada bagian cembung aloran air  akan  terhalang  oleh  pengarah  aliran  sehingga  mengakibatkan  terjadi  selisih gaya  antara  cembung  dan  kekung  lebih  besar  yang  menyebabkan  turbin  berputar lebih cepat.

## 4  KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  telah  kami  lakukan  dapat  dikatakan bahwa variasi twist angle blade dan pengarah aliran berpengaruh terhadap kinerja turbin.  Variasi  twist  angle  dan  pengrah  aliran  yang    memberikan  kinerja  turbin paling  maksimal  adalah  swist  90 o dengan  bukaan  pengarah  aliran  ¼  diameter turbin.  Pada  twist  angle  120 o penambahan    pengarah  aliran  tidak  begitu berpengaruh.

## DAFTAR PUSTAKA
Bhatt,  H.  and  Jani,  S.  (2014)  ‘Energy  Generation  in  Water  Pipe  Lines  Savonius Water  Turbine  Power’, International  Journal  of  Research  in  Advent Technology , 2(12), pp. 2321–9637.
Bhaumik, T. (2010) ‘Performance measurement of a two bladed helical Savonius rotor’, Proc. 37th International & 4th National Conference on … , 4(1). Damak,  A.,  Driss,  Z.  and  Abid,  M.  S.  (2013)  ‘Experimental  investigation  of helical  Savonius  rotor  with  a  twist  of  180??’, Renewable  Energy .
Elsevier Ltd, 52(April), pp. 136–142. doi: 10.1016/j.renene.2012.10.043.
Deb,  B.,  Gupta,  R.  and  Misra,  R.  D.  (2013)  ‘Performance  analysis  of  a  helical Savonius rotor without shaft at 45?? twist angle using CFD’, Journal of Urban  and  Environmental  Engineering ,  7(1),  pp.  126–133.  doi: 10.4090/juee.2013.v7n1.126133.
Debnath,  P.  and  Gupta,  R.  (2013)  ‘Flow  Physics  Analysis  of  Three-Bucket Helical  Savonius  Rotor  at  Twist  Angle  Using  CFD’, International Journal  of  Modern  Engineering  Research ,  3(2),  pp.  739–746.  doi: 10.5539/mer.v3n1p118.
Gad,  H.  E.,  El-hamid,  A.  A.  A.  and  Nasef,  M.  H.  (2014)  ‘A  New  Design  of Savonius Wind Turbine : Numerical Study’, CFD Letters , 6(December), pp. 144–158.
Golecha, K., Eldho, T. I. and Prabhu, S. V. (2011) ‘Influence of the deflector plate on the performance of modified Savonius water turbine’, Applied Energy ,
88(9), pp. 3207–3217. doi: 10.1016/j.apenergy.2011.03.025.
Hasan,  O.  D.  S.,  Hantoro,  R.  and  Nugroho,  G.  (2013)  ‘Studi  Eksperimental Vertical Axis Winmd Turbine Tipe Savonius dengan Variasi Jumlah Fin pada Sudu’, Jurnal Teknik POMITS , 2(2), pp. 350–355.
Hayashi, T., Li, Y. And Hara, Y. (2005) ‘Wind Tunnel Tests on a Different Phase Three-Stage  Savonius  Rotor’, JSME  International  Journal  Series  B , 48(1), pp. 9–16. doi: 10.1299/jsmeb.48.9.
Iio, S. et al. (2011) ‘Influence of setting condition on  characteristics of Savonius hydraulic turbine with a shield plate’, Journal of Thermal Science , 20(3), pp. 224–228. doi: 10.1007/s11630-011-0462-9.
Irsyad, M.  (2010)  ‘Kinerja  turbin  air  tipe  darrieus  dengan  sudu  hydrofoil  standar naca 6512’, Ilmiah Teknik Mesin , 1(2), pp. 91–97.
Kadam,  A.  and  Patil,  S.  (2013)  ‘A  Review  Study  on  Savonius  Wind  Rotors  for Accessing the Power Performance’, IOSR jurnal of mechanical and civil engineering , (September 2015), pp. 18–24.
Kailash, G., Eldho, T. I. and Prabhu, S. V. (2012) ‘Performance study of modified savonius  water  turbine  with  two  deflector  plates’, International  Journal of Rotating Machinery , 2012. doi: 10.1155/2012/679247.
Kamoji,  M.  A.,  Kedare,  S.  B.  and  Prabhu,  S.  V.  (2009)  ‘Experimental investigations on single stage modified Savonius rotor’, Applied Energy ,
86(7-8), pp. 1064–1073. doi: 10.1016/j.apenergy.2008.09.019. Khana,  P.  (2011)  ‘Rancang  bangun  turbin  air  poros  vertikal  sudu  bergerak’,
Jurnal rekayasa daerah , X(1), pp. 1390–1404.
Kurniawan,  I.  (2014)  ‘Kajian  Eksperimental  dan  Numerikal  Turbin  Air  Helikal
Gorlov Untuk Twist Angle 60’, Jurnal Teknobiologi , 5(1), pp. 7–13. Lee,  J.  H.,  Lee,  Y.  T.  and  Lim,  H.  C.  (2016)  ‘Effect  of  twist  angle  on  the performance of Savonius wind turbine’, Renewable Energy , 89, pp. 231– 244. doi: 10.1016/j.renene.2015.12.012.
Mabrouki, I., Driss, Z. and Abid, M. S. (2014a) ‘Experimental Investigation of the Height  Effect  of  Water  Savonius  Rotors’, International  Journal  of Mechanics and Applications , 4(1), pp. 8–12. doi: 10.5923/j.mechanics.20140401.02.
Mabrouki, I., Driss, Z. and Abid, M. S. (2014b) ‘Performance Analysis of a Water Savonius  Rotor:  Effect  of  the  Internal  Overlap’, Sustainable  Energy , 2(4), pp. 121–125. doi: 10.12691/rse-2-4-1.
Mohamed,  M.  H.  A.  (2011)  ‘Design  optimization  of  Savonius  and  Wells turbines’, pp. 1–198. Available at: http://edoc.bibliothek.uni- halle.de/receive/HALCoRe_document_00010715?lang=de.
Muliawan,  A.  and  Yani,  A.  (2016)  ‘Analisis  Daya  Dan  Efisiensi  Turbin  Air
Kinetis Akibat’, Journal Of Sainstek , 8(1), Pp. 1–9.
Mulkan,  I.,  Hantoro,  R.  and  Nugroho,  G.  (2012)  ‘Analisa  Performansi  Turbin Arus  Sungai  Vertikal  Aksis  Terhadap  Penambahan  Variasi  Panjang’, Jurnal Teknik Pomits , 1(1), Pp. 1–5.
Pietersz,  Richard  ,  Rudy  Soenoko,  S.  W.  (2013)  ‘Pengaruh  Jumlah  Sudu Terhadap’, Jurnal Rekayasa Mesin , 4(2), pp. 93–100.
Purnama,  A.  C.,  Hantoro,  R.  and  Nugroho,  G.  (2013)  ‘Rancang  Bangun  Turbin Air Sungai Poros Vertikal Tipe Savonius dengan Menggunakan Pemandu Arah Aliran’, Jurnal Teknik ITS , 2(2), pp. B278–B282.
Prasetya,  C,  Arif.R  and  Yemba.Y.E.  2013.  “Analisa  desain  eksperimen Pembuatan  Batako  Berbahan  Alternatif  Lumpur  Lapindo  dan Fly  Ash Metode  Thaguchi”. Jurnal  Rekayasa  dan  Menejemen  Industri, 1  (1).pp  . 57-65
Putra,M.A.P, et al 2011. “Uji Experimental Rotor Helical Savonius dibandingkan dengan  rotor  Savonius. Seminar  Nasional  Teknik  Mesin  6 .  16  Juni 2011.Surabaya.Indonesia.