Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
27 UG JURNAL VOL 11 NO.3
Perancangan Turbin Angin Vertikal Savonius Sebagai Sumber Energy
Untuk Penerangan Jalan Toll
Irvan Septyan Mulyana
[email protected], [email protected]
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Gunadarma
Jl. Margonda Raya No. 100 Pondok Cina, Depok 16424, Telp (021) 78881112 ext 403
ABSTRACT
Savonius turbine is a vertical axis turbine that can operate well at lower wind speeds. In
general, the performance of the turbine is influenced by several factors, one of which is the
aerodynamic shape of the turbine. Research on vertical turbine aims to apply vertical
turbine Savonius as an energy source for lighting the road toll by using wind energy
sources derived from wind gusts vehicles passing through the turbines or the wind potential
of nature. The results of the research design of prototype and vertical axis wind turbine
Savonius type turbines U high with the dimensions 2:05 am, 1:19 m wide and 0.91 m high
blade, after testing with three variations of such testing within the variation in wind turbine
rotor blade, and the blade number variation wind speed variation. The test results by using
these variations, at a distance or diameter of the rotor blade (D.1,14 m) with a second
turbine blade with a wind speed of 4 m / s 29 rpm and generate electrical power 12:37
Watt, whereas (D.1,14 m) on a 4 blade turbine with a wind speed of 4 m / s produces 38
rpm, and electric power 1:15 Watt, (D.1,04 m) on the second turbine blade with a wind
speed of 4 m / s 41 rpm and generate electric power 1:33 Watt, ( D.1,04 m), while the
fourth turbine blade with a wind speed of 4 m / s produces 59 rpm and 2.88 Watt efficiency
turbine at a wind speed of 4 m / s diameter D 1:14 m by 2 by 1.7% turbine blade diameter
D. 1.14 m with 4 blade by 2.7% m diameter D 1:04 with 2 blades for 6.2%, D.1,04 m
diameter turbine with 4 blades of 6.7%. The results of the analysis that the turbine diameter
(D.1.14 m) rotates more slowly compared with a turbine diameter (D.1.04 m) it is caused
by too great a distance between the blade and the blade shaft so that when the wind blows,
a lot of wind loss and not could push the turbine blades, the software simulation results also
proved that the distribution of the flow of wind turbine and inferential analysis of
experimental and simulation results are not much different as between the distribution of
average wind speed at the turbine and the average wind speed at the turbine rear.
Keywords: Savonius turbines, wind energy, alternative energy
28 UG JURNAL VOL 11 NO.3
ABSTRAK
Turbin Savonius merupakan turbin sumbu vertikal yang dapat beroprasi dengan
baik pada kecepatan angin rendah. Secara umum kinerja turbin dipengaruhi oleh beberapa
faktor, salah satunya adalah bentuk aerodinamis turbin. Penelitian pada turbin vertikal
bertujuan untuk mengaplikasikan turbin vertikal savonius sebagai sumber energi untuk
penerangan jalan toll dengan mengunakan sumber energi angin yang didapatkan dari
hembusan angin kendaraan yang melewati turbin atau potensi angin dari alam. Hasil
perancangan prototype dan penelitian turbin angin savonius sumbu vertical type U dengan
dimensi turbin tinggi 2.05 m, lebar 1.19 m dan tinggi blade 0,91 m, setelah melakukan
pengujian dengan tiga variasi pengujian diantaranya variasi jarak sudu pada rotor turbin
angin, variasi jumlah blade dan variasi kecepatan angin. Hasil pengujian dengan
mengunakan variasi tersebut, pada jarak sudu atau diameter rotor (D.1,14 m) dengan turbin
2 sudu dengan kecepatan angin 4 m/s menghasilkan 29 rpm dan daya listrik 0.37 Watt,
sedangkan (D.1,14 m) pada turbin 4 sudu dengan kecepatan angin 4 m/s menghasilkan 38
rpm, dan daya listrik 1.15 Watt, (D.1,04 m) pada turbin 2 sudu dengan kecepatan angin 4
m/s menghasilkan 41 rpm dan daya listrik 1.33 Watt, (D.1,04 m) sedangkan pada turbin 4
sudu dengan kecepatan angin 4 m/s menghasilkan 59 rpm dan 2.88 Watt Efisiensi turbin
pada kecepatan angin 4 m/s berdiameter D 1.14 m dengan 2 sudu sebesar 1,7 % turbin
berdiameter D.1,14 m dengan 4 sudu sebesar 2,7 % berdiameter D 1.04 m dengan 2 sudu
sebesar 6,2 %, turbin berdiameter D.1,04 m dengan 4 sudu sebesar 6,7 %. Hasil analisa
bahwa turbin yang berdiameter (D.1.14 m) berputar lebih lamban dibandingan dengan
turbin berdiameter (D.1.04 m) hal ini disebabkan oleh adanya jarak sudu yang terlalu besar
antara poros dan sudu sehingga ketika angin berhembus, banyak angin yang loss dan tidak
bisa mendorong sudu turbin, Hasil simulasi pada software juga membuktikan, distribusi
aliran angin pada turbin dan dapat disimpulkan Analisa experimental dan simulasi hasilnya
tidak berbeda jauh antra distribusi kecepatan angin rata-rata di depan turbin dan kecepatan
angin rata-rata di belakang turbin.
Kata kunci : Turbin Savonius, energi angin, energy alternative
I. PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi
menyebabkan meningkatnya kebutuhan
energi setiap tahun terus meningkat.
Keadaan tersebut menimbulkan
kebutuhan akan adanya sumber energi
baru sangat dibutuhkan untuk menunjang
kemajuan teknologi. Energi alternatif
sangat dibutuhkan untuk menguragi
pengunaan sumber energi yang sudah
ada, energi listrik tentu sangat dibutuhkan
untuk menunjang kemajuan suatu
teknologi.
Salah satu upaya untuk mengatasi
krisis energy adalah mengurangi
ketergantungan terhadap sumber energy
29 UG JURNAL VOL 11 NO.3
fosiil dengan cara memanfaatkan sumber
energy alternative salah satu energy
alternative yang dapat digunakan adalah
energy yang terdapat pada alam seperti
energy angin yang dapat dimanfaatkan
untuk pembangkit listrik tenaga angin.[1]
Pembangkin listrik tenaga angin
merupakan suatu metode untuk
membangkitkan energy listrik dengan
cara memutar turbin yang dihubungkan
ke generator sebagai pembangkit listrik,
kemudian energy listrik yang dihasilkan
oleh generator disimpan dalam elemen
penyimpanan energy listrik ( baterai ).
Energy listrik yang tersimpan dalam
baterai ini digunakan untuk menyalakan
beberapa peralalatan listrik elektronik
seperti lampu, televisi, radio dan beberapa
peralatan listrik yang memiliki kapasitas
daya listrik yang tidak terlalu besar.
Turbin angin yang dirancang dalam
penulisan ini bertujuan untuk sebagai
pembangkit listrik untuk penerangan jalan
hususnya jalan tol, banyak jalan tol
membutuhkan penerangan jalan, sekarang
ini banyak lampu lalu lintas yang
mengunakan energy alternatif
mengunakan energy tenaga matahari atau
lebih dikenal dengan power sell surya.
Tenaga surya merupakan sebuah
alternatif yang murah dan hemat untuk
digunakan sebagai sumber listrik
penerangan karena menggunakan sumber
energi gratis dan tak terbatas dari alam.[2]
Penelitian dibidang ini terus
berkelanjutan dan ada beberapa masalah
secara teknis salah satunya, kecepatan
angin dan jarak celah sudu pada turbin
berpengaruh terhadap unjuk kerja turbin
angin poros vertikal Savonius[3]. Masalah
ini yang menjadi perbedaan antara setiap
jenis turbin vertikal terhadap kerja turbin
tersebut maka harus dilakukan penelitian
agar jarak celah pada sudu turbin dicari
yang paling optimal untuk perancangan
desain ini.
II. METODE PENELITIAN
1. Konsep Desain
Win turbine savanius di desain untuk
menghasilkan energy listrik untuk
mengisi baterai dengan memanfaatkan
tenaga angin yang berasal dari alam dan
aktifitas kendaraan yang melewati jalan
tol, berdasarkan survei LAPAN kecepatan
angin di jalan tol cipularang berkisar
antara 3-5 meter per sekon.[4]
Desain ini diharapkan bisa
mengurangi ketergantungan terhadap
pengunaan energy listrik terhadap PLN (
Perusahaan Listrik Negara ) dengan
30 UG JURNAL VOL 11 NO.3
konsep desain ini pengunaan lampu jalan
bisa optimal dengan mengunakan dua
energy alternative antara energy angin
dan PTS ( Pembangkit Tenaga Surya )
atau dikenal dengan solar sell dengan
menggabungkan dua energy ini bisa
saling melengkapi disaat musim panas
yang jumlah angin yang sedikit dan disaat
musim penghujan jumlah energy angin
lebih banyak dan panas matahari
berkurang sehigga pengunaan energy
matahari berkurang bahkan tidak
berfungsi sama sekali. Dengan adanya
desain ini diharapkan akan melengkapi
kekurangan dari PTS ini.
Dengan dasar pemikiran dalam
perancangan alat ini adalah :
Mengurangi ketergantungan
terhadap pemakaian listrik Negara
Bisa saling melengkapi antara
pembangkit tenaga surya dan tenaga
angin.
Memanfaatkan angin yang
berhembus ketika kendaraan
melewati jalan dengan kecepatan
diatas 60 km/jam
Mendesain turbin angin yang dapat
berputar dengan kecepatan angin
yang rendah.
2. Desain Lampu Penerangan Jalan
Bagian dari bangunan pelengkap
jalan yang dapat diletakkan atau dipasang
di kiri atau kanan jalan dan atau di tengah
(di bagian median jalan) yang digunakan
untuk menerangi jalan maupun
lingkungan di sekitar jalan yang
diperlukan termasuk persimpangan jalan,
jalan layang, jembatan dan jalan di bawah
tanah, suatu unit lengkap yang terdiri dari
sumber cahaya, elemen optik, elemen
elektrik dan struktur penopang serta
pondasi tiang lampu.
Desain tiang lampu penerangan jalan
pada dasarnya sama dengan jenis yang
ada hanya memodifikasi dari tiang yang
sudah ada berikut adalah contoh tiang
lampu penerangan jalan yang
sederhana.[5]
31 UG JURNAL VOL 11 NO.3
Gambar 1. Tiang Lampu penerangan jalan di
tengah (median)[5]
Desain ini yang akan digunakan sebagai
konsep dasar yang akan dimodifikasi
sebagai pembangkit tenaga angin yang
dapat menghasilkan energy listrik yang
dapat dimanfaatkan sebagai lampu
penerangan jalan. Selain itu type lampu
jalan median ini dapat memanfaatkan
hembusan angin yang di lewati kendaran,
diharapkan hembusan angin tersebut bisa
memutar turbin angin.
Dari konsep awal ini pebuatan
prototype turbin adalah hal yang
terpenting sebelum melakukan
perancangan selajutnya karna putaran
turbin angin adalah salah satu dasar untuk
membangkitkan energy listrik sehingga
harus dilakukan pengujian untuk
mengetahui kecepatan turbin dan
seberapa besar daya yang mungkin
dihasilkan oleh turbin angin tersebut.
32 UG JURNAL VOL 11 NO.3
Gambar 2. Desain tiang lampu jalan
mengunakan turbin angin
3. Rangkayan Instalasi Listrik
Lampu Penerangan Jalan
Rangkaian instalasi penerangan dengan
menggunakan solar cell dapat diliahat
pada gambar 3.5. rangkayan instalasi
yang mengunakan solar cell masih
mengunakan listrik arus AC, arus AC ini
berasal dari PLN (Perusahaan Listrik
Negara) jika solar cell tidak berfungsi
maka akan di bantu mengunakan listrik
dari PLN. Supply listrik dari PLN
merupakan kekurangan dari lampu
penerangan jalan yang mengunakan solar
cell, dengan adanya kekurangan ini
desain yang dirancang mengunakan
turbin angin diharapkan bisa mengurangi
atau bahkan tidak menggunakan supply
dari PLN.
Gambar 3. Rangkaian instalasi menggunakan
solar cell
Rangkayan istalasi listrik Lampu
Penerangan Jalan solar cell dan wind
turbine dapat dilihat pada gambar 4 hasil
modifikasi dari rangkaian instalasi yang
menggunakan solar cell. Perbedaanya
adalah mengantikan supply listrik dari
PLN dengan generator yang berasal dari
wind turbine.
33 UG JURNAL VOL 11 NO.3
Gambar 4. Rangkaian instalasi menggunakan
solar cell dan wind turbine
4. Pembuatan Prototype turbine
angin
Desain tiang lampu jalan mengunakan
turbin angin, harus terlebih dahulu
mengetahui berapa energy yang
dihasilkan dari turbin tersebut sehingga
perlu membuat prototype dan
mengsimulasikan agar mengetahui
seberapa besar daya yang dihasilkan.
Pembuatan prototype harus
memperhitungkan daya yang akan
dihasilkan, kecepatan angin, kekuatan
poros turbin dan luas penanampang sudu.
a. Menentukan Tip Speed Ratio
Tip Speed Ratio merupakan
perbandingan antara kecepatan putar
turbin terhadap kecepatan angin. Semakin
besaar Tip Speed Ratio maka akan
semakin besar juga kecepatan putaran
turbin. Perhitungan Tip Speed Ratio pada
turbin adalah sebagai berikut :
Untuk turbin diameter besar :
Diketahui : D = 1,08 m
n = 35 rpm ( asumsi )
v = 4 m/s
Maka : =
=
= 0,494
Untuk turbin diameter kecil :
Diketahui : D = 0.89 m
n = 35 rpm ( asumsi )
v = 4 m/s
Maka : =
=
= 0,407
Dari hasil perhitungan maka desain turbin
dengan memperkirakan Tip Speed Ratio
untuk diameter besar 0.494 dan 0.407
untuk diameter kecil, hasil ini dapat
dilihat dari gambar 5 grafik hubungan
antara Tip Speed Ratio dan Rotor Torque
Coefisient, sehingga dapat gambaran pada
desain yang akan dibuat.
34 UG JURNAL VOL 11 NO.3
Gambar 5 Koefisien rotor dari beberapa
turbin angina[11]
Nilai Tip Speed Ratio dibawah 2 maka
turbin ini adalah turbin vertikal dengan
jumlah blade lebih dari 2 dan Rotor
Torque Coefisient berkisar antara 0
sampai dengan 0.6
b. Perhitungan diameter Poros
Turbin
a) Diameter Poros Turbin
Perhitungan poros dengan daya 28
watt, putaran poros turbin 35 rpm, dengan
faktor keamanan 2,0. Asumsi bahan
diambil AISI 1020 dengan tegangan geser
394.7 Mpa
P = 65 watt ( asumsi )
n = 35 rpm ( asumsi )
= 3
= 394.7 Mpa
Menghitung atau memperkirakan
diameter poros agar mempermudah
perancangan desain dan pemilihan
bahan untuk poros, berikut ini adalah
perhitungan diameter turbin vertikal
dengan mengunakan beberpa
persamaan, dengan menghitung torsi
pada poros dan menentukan diameter
poros. Persamaan 1.1 merupakan
persamaan untuk menghitung diameter
poros. [5]
….……… (1.1)
Dimana :
= torsi pada poros (N.m)
= tegangan geser ijin torsional
(N/m2)
= tegangan pada material Mpa
= Faktor keamanan
Sebelum menentukan diameter poros
dengan mengunakan persamaan 1.2 maka
harus mengetahui torsi pada poros
tersebut dengan mengunakan persamaan
berikut;[6]
……………. (1.2)
Dimana :
P = daya pada turbin ( Watt )
n = putaran turbin (rpm)
=
= 17.73 N.m = 17730
N.mm
35 UG JURNAL VOL 11 NO.3
Setelah mendapatkan nilai torsi maka
dapat dicari dengan mengunakan
persamaan berikut :[7]
do =√
……………...... (1.3)
Dimana: k = factor diameter (ratio) =
do = diameter luar poros ( mm )
di = diameter dalam poros ( mm)
do =√
do = 22.22 mm = 25 mm
di = do.05 = 20.0,5 =12.5 mm
Pada perancangan turbin ini
mengunakan poros berlubang dengan
diameter luar poros sebesar 25 mm dan
diameter dalam poros 12.5 mm dengan
factor keamanan sebesar 2.0 dan
mengunakan material AISI 1020. Dari
hasil perhitungan ini akan memudahkan
pemilihan maerial dan desain lebih
mudah.
5. Desain Prototype Turbin Angin
Desain prototype turbin angin verikal
ini untuk mengsimulasikan putaran dan
kerja turbin, sehingga desain prototype
turbin mendekati rancangan agar turbin
ini dapat di aplikasikan untuk desain
lampu penerangan jalan toll dengan
parameter-parameter yang telah dihitung
sebagai patokan desain dan pemilihan
material lebih mudah desain prototype
turbin juga di desain agar memudahkan
waktu proses manufaktur turbin ini
dengan bahan bahan pendukung yang
mudah di dapatkan. Pada gambar 6
merupakan desain prototype turbin.
Gambar 6. Desain prototype turbin angin
6. Variasi Pengambilan Data
Proses pengambilan data
memerlukan variasi-variasi untuk
mengetahui lebih banyak masalah-
masalah yang terjadi pada alat tersebut
agar mendapatkan hasil yang baik.
Adapun variasi pengambilan data sebagai
berikut :
1. Variasi diameter rotor wind turbine
Variasi perbedaan rotor wind turbine
bertujuan unntuk mengetahui
36 UG JURNAL VOL 11 NO.3
kecepatan putaran turbin dan torsi
jika diameter turbin di bedakan.
Dengan diameter 1.14 m dan 1.04 m
2. Variasi jumlah blade
Variasi jumlah blade secara teori
mempengaruhi kecepatan putaran
turbine maka untuk mengetahui mana
yang lebih optimal untuk
menghasilkan putaran yang paling
maksimal dilakukan variasi ini
dengan perbedan jumlah blade
dengan variasi blade 2 dan 4 blade
pada turbine angin
3. Variasi kecepatan angin
Variasi keceptan angin agar
mengetahui pada kecepatan angina
berapa turbine tersebut dapat
berputar sehingga bisa mengetahui
sepesifikasi turbine tersebut dan
dapat mengetahui kekurangan atau
kelebihan dari Prototype Turbine
III. PEMBAHASAN
a. Pengaruh Kecepatan Angin
Terhadap Putaran Turbin
Hasil dari beberapa variasi
percobaan terlihat perbedan diameter
turbin terhadap putaran turbin yang
dipengaruhi oleh kecepatan angin maka
dapat disimpulkan diameter turbin yang
lebih kecil lebih cepat menghasilkan
putaran. Perbedan kecepatan putaran
turbin diameter kecil (1,04 m) hampir dua
kali kecepatan turbin diameter besar (1.14
m) Pada asumsi awal seharusnya semakin
besar diameter blade semakin besar juga
keceptan turbin tetapi, pada kenyataanya
setelah melakukan pengujian diameter
turbin 1.04 m dengan jumlah sudu 4
memperoleh kecepatan yang paling cepat
dibandingkan dengan diameter 1.14 m,
penyebab perbedaan ini dikarnakan oleh
desain turbin yang memiliki celah antara
poros rotor turbin dan blade atau sudu
sehingga daerah tangkap angin menjadi
berkurang atau bisa dikatakan angin yang
didapatkan oleh sudu-sudu tersebut hilang
karena celah dari turbin tersebut.
Gambar 7. Celah pada Prototype Turbin
Celah pada
turbin
37 UG JURNAL VOL 11 NO.3
Pada gambar 8. Merupakan data
hasil pengamatan, pada turbin angin
bertambahnya kecepatan angin maka
akan bertambah kecepatan putaran turbin,
pada turbin 2 sudu dengan kecepatan
angin 4 m/s menghasilkan 29 rpm
sedangkan pada turbin 4 sudu dengan
kecepatan angin 4 m/s menghasilkan 38
rpm, dan pada kecepatan angin 1 m/s
turbin dengan 4 sudu dapat berputar
dengan menghasilkan putaran sebanyak 6
rpm, tetapi pada turbin 2 sudu dengan
kecepatan angin 1 m/s tidak
menghasilkan putaran. Hasil percobaan
deangan diameter turbin 1.04 m,
memperkecil diameter turbin dengan luas
penampang tetap. pada turbin 2 sudu
dengan kecepatan angin 4 m/s
menghasilkan 41 rpm sedangkan pada
turbin 4 sudu dengan kecepatan angin 4
m/s menghasilkan 59 rpm, dan pada
kecepatan angin 1 m/s turbin dengan 4
sudu dapat berputar dengan menghasilkan
putaran sebanyak 8 rpm, tetapi pada
turbin 2 sudu dengan kecepatan angin 1
m/s menghasilkan 6 rpm
Gambar 8. Grafik Perbandingan Jumlah Sudu
dan Pengaruh Kecepatan Angin Terhadap
Putaran Turbin Diameter (D 1.14 m ) dan ( D
1.04m )
b. Pengaruh diameter turbin
terhadap torsi
Dari gambar 9 grafik tersebut
dapat dilihat bahwa nilai torsi semakin
bertambah seiring dengan bertambahnya
sudut kelengkungan turbin atau diameter
turbin. Ini berarti semakin besar jari-jari
turbin, semakin besar pula torsinya,
namun putaran yang dihasilkan turbin
semakin kecil. Secara umum untuk turbin
tipe vertikal axis khususnya turbin
Savonius memiliki nilai torsi yang lebih
besar dibandingkan dengan turbin
horizontal axis. Turbin ini mampu
melakukan self start pada kecepatan
angin relatif rendah dengan nilai torsi
yang besar, turbin Savonius mampu
berputar secara optimal walaupun dengan
05
1015202530354045505560
0 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
4 suduD (1.14m)
2 suduD (1.14m)
Kecepatan angin (m/s)
kec
epa
tan
pu
tara
n t
urb
in (
rpm
)
38 UG JURNAL VOL 11 NO.3
kecepatan angin yang rendah. Untuk
mengetahui torsi dapat dihitung
mengunakan persamaan berikut :
………………......... (1.4)
Dimana kecepatan angin, R jari-jari
dan untuk Tip Speed Ratio turbin,
tentunya untuk mengetahui torsi terlebih
dahulu menghitung Tip Speed Ratio
(TSR) dengan mengunakan persamaan
berikut[8]
:
…………....... (1.5)
Dimana adalah kecepatan sudut,
kecepatan sudut di peroleh dari kecepatan
putaran turbin dari hasil pengukuran pada
saat pengujian, berikut pada gambar 9
adalah grafik Torsi terhadap Kecepatan
angin.
Gambar 9. Grafik Perbedaan Jumlah Sudu
dan Pengaruh Kecepatan Angin Terhadap
Torsi (Nm) Diameter Turbin
(D 1.14 m) dan (D 1.04 m)
Dengan mengunakan persaman tersebut
diperoleh torsi terbesar pada sudu 4
(D1.14 m) sebesar 8.74 Nm, pada sudu
2 (D1.14 m) sebesar 16.97 Nm dari hasil
perhitungan torsi turbin diameter kecil
(D1.04 m) dapat dilihat pada kecepatan
angin 4 m/s dengan jumlah blade atau
sudu 2 menghasilkan torsi 7,2 N/m
sedangkan pada jumlah sudu 4
menghasilkan torsi lebih kecil yaitu 3.4
N/m.
c. Pengaruh kecepatan angin (m/s)
Faktor daya (Cp)
Factor daya merupakan penentu berapa
besar energy angin yang dapat
dikonversikan menjadi energy mekanik,
untuk menghitung Faktor Daya dapat
menggunakan persamaan berikut[6]
:
……… (1.6)
Dimana kecepatan angina depan turbin
kecepatan angina setelah melewati
turbin, A luaspenampang sudu dan
kerapatan udara. Hasil perhitungan dapat
dilihat pada gambar 10 dan disimpulkan
bahwa factor daya terbesar didapatkan
oleh turbin dengan diameter kecil (D1.04
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
4 sudu D(1.14 m)2 sudu D(1.14 m)4 sudu D(1.04 m)2 sudu D(1.04 m)
Kecepatan angin
Tors
i (N
m)
39 UG JURNAL VOL 11 NO.3
m) dengan jumlah sudu 4 mepuyai factor
daya sebesar 0.56 jika di konversikan
menjadi daya sekitar 56 % maka turbin
ini hanya mampu mengkonversikan
energy angin menjadi energy mekanik
sebesar 56 %, jumlah sudu 2 dengan
diameter (D1.04 m) energy yang dapat
dikonfersikan sebesar 51 % dan untuk
turbin berdiameter besar (D1.14 m)
dengan 4 sudu sebesar 49 % dan turbin 2
sudu sebesar 29 %
Gambar 10. Grafik Perbedaan Jumlah Sudu
dan Pengaruh Kecepatan Angin Terhadap
Faktor Daya (Cp) Diameter Turbin (D 1.14
m) dan (D 1.04 m)
a. Daya Listrik ( Watt )
Daya listrik merupakan hubungan
antara arus dan tengangan listrik dari
generator yang diputarkan oleh turbin
dari hasil pengukuran listrik pada
generator diperoleh daya listrik
maksimal pada kecepatan angin 4 m/s
dengan diameter (D1.04 m) dengan
jumlah sudu 4 sebesar 2.8 Watt, pada
sudu 2 sebesar 1.33 Watt, sedangkan
pada turbin diameter (D1.14 m)
mendapatkan daya yang lebih kecil
yaitu sebesar 1.5 Watt dengan jumlah
sudu 4 dan 0.57 Watt dengan jumlah
sudu 2. Pada gambar 11 adalah grafik
Daya listrik yang dihasilkan. Listrik
yang dihasilkan relative kecil
disebabkan generator yang digunakan
tidak dibuat secara khusus sehingga
daya yang dihasilkan rendah.
Gambar 11. Grafik Perbedaan Jumlah
Sudu dan Pengaruh Kecepatan Angin
Terhadap Daya Listrik (Watt) Diameter (D
1.14 m) dan ( D 1.04 m
0
10
20
30
40
50
60
0.51.01.52.02.53.03.54.0
4 sudu D(1.14 m)
2 sudu D(1.14 m)
4 sudu D(1.04 m)
2 sudu D(1.04 m)
Kecepatan Angin m/s
Fak
tor
Da
ya
(C
p)
%
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
4 sudu D(1.14 m)
2 sudu D(1.14 m)
4 sudu D(1.04 m)
2 sudu D(1.04 m)
Da
ya
Lis
trik
(w
)
Kecepatan Angin ( m/s)
40 UG JURNAL VOL 11 NO.3
d. Efisiensi Turbin
Efisiensi Turbin merupakan
perbandingan antara Brake Horse
Power dengan Daya angina dapat
dihitung mengunakan persamaan
berikut[9]
:
………… (1.7)
Sedangkan untuk mencari nilai BHP
dapat mengunakan persaman 1.8
………………. ( 1.8 )
adalah Kecepatan sudut generator
dan adalah Torsi pada generator,
torsi generator merupakan
perbandingan daya generator atau
dengan putaran generator
sehinga dapat dicari mengunakan
persamaan 1.9 [10]
…………… ( 1.9 )
Gambar 12. Grafik Perbedaan Jumlah Sudu
dan Pengaruh Kecepatan Angin Terhadap
Efisiensi (%) Diameter Turbin (D 1.14 m)
dan ( D 1.04 m)
Hasil perhitungan diperoleh
hasil dan dapat dilihat gambar 12 turbin
berdiameter kecil (D.1.04 m) dan
jumlah sudu 4 dengan kecepatan angin
4 m/s mempunyai Efisiensi sebesar
6.75 % artinya energi angin yang bisa
di gunakan oleh turbin hanya berkisar
6.75 % ini dianggap wajar karna
maksimal dari turbin angin vertical
Savonius haya sebesar 20 % ,efisiensi
pada turbin berdiameter besar (D1.14
m) sebesar 2.7 % untuk turbin dengan
jumlah sudu 4 dan 1.7 % dengan
jumlah sudu 2 , tentunya turbin
berdiameter kecil lebih optimal untuk
memanfatkan energy angin.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
4 sudu D(1.14 m)
2 sudu D(1.14 m)
4 sudu D(1.04 m)
2 sudu D(1.04 m)
Efi
sien
si (
%)
Kecepatan Angin
41 UG JURNAL VOL 11 NO.3
e. Analisa distibusi kecepatan
angin
Untuk mengetahui distribusi
kecepatan angin pada turbin perlu
melakukan simulasi mengunakan
software solidwoks. Bertujuan untuk
membandingkan antara hasil simulasi
dan hasil kenyatan pada waktu
pengambilan data agar hasil penelitian
ini bisa lebih akurat dan dapat
dipercaya serta mempermudah secara
visual
Gambar 13 Hasil simulasi turbin sudu 4 (D
1.14 m ) kecepatan angin 4m/s dan
kecepatan turbin 35 rpm.
Pada gambar 13 merupakan hasil
simulasi jika kecepatan angin 4 m/s dan
putaran turbin sebesar 35 rpm. Sehinga
semakin jelas terlihat kerugian di turbin
tersebut maka prototype turbin ini perlu
di desain ulang agar mendapatkan daya
dorong angin yang lebih besar. Data
dari hasil pengukuran pada saat
pengujian kecepatan angin awal dan
kecepatan angin akhir tidak berbeda
jauh hasilnya dengan simulasi, hasil
pengukuran pada saat pengujian
kecepatan angin 4 m/s diawal ( dan
kecepatan angin di akhir ( berkisar
2.7 m/s
Tabel 1. Data Kecepatan Hasil Pengaamatan
Pada Sudu 4 (D 1.14 m)
Kecepatan
angin
(
Kecepatan
angin
(
Putaran
turbin
(rpm)
0.5 0 0
1 0.9 6
1.5 1.2 12
2 1.5 17
2.5 1.8 20
3 2.1 25
3.5 2.4 31
4 2.7 39
Gambar 14. Hasil simulasi turbin sudu 2 (D
1.14 m ) kecepatan angin 4m/s dan
kecepatan turbin 28 rpm.
Pada gambar 14 merupakan hasil
simulasi kecepatan angin 4 m/s dengan
kecepatan turbin 28 rpm terjadi lose
wind yang besar pada hasil simulasi
42 UG JURNAL VOL 11 NO.3
memperlihatkan semakin besar
celahnya dan berkurangnya hambatan
angin yang akan di manfaatkan menjadi
energy mekanik jarak celah antara sudu
satu dan sudu ke dua sebesar 40 cm,
celah ini seharusnya di diperkecil agar
daerah hambatan semakin besar. Hasil
pengukuran pada saat pengujian pada
kecepatan angin awal 4 m/s dengan
kecepatan angin akhir berkisar 3.3 m/s,
jika di bandingkan pada hasil simulasi
hasilnya juga tidak berbeda jauh pada
kecepatan angin 4 m/s dengan putaran
turbin 28 rpm maka kecepatan angin
akhir berkisar 2.5 m/s sampai 3.5 m/s
atau berada di zona hijau muda dan
kuning muda.
Tabel 2. Hasil Pengaamatan Pada Sudu 2 (D
1.14 m)
Kecepatan
angin
(
Kecepatan
angin
(
Putaran
turbin
(rpm)
0.5 0 0
1 1 0
1.5 1.3 6
2 1.7 10
2.5 2.1 15
3 2.5 19
3.5 2.9 22
4 3.3 28
Gambar 15. Hasil simulasi turbin sudu 4 (D 1.04
m ) kecepatan angin 4m/s dan kecepatan turbin
59 rpm.
Pada gambar 15 merupakan hasil
simulasi pada kecepatan angin 4 m/s
maka dapat dilihat hambatan angin dan
lose wind pada turbin sedangkan pada
gambar 15 merupakan hasil simulasi
dengan putaran turbin 59 rpm dan
kecepatan angin 4 m/s maka distribusi
kecepatan angin terlihat pada gambar
15. Jika dibandingkan dengan hasil
pengambilan data dengan hasil simulasi
tidak berbeda jauh pada kecepatan
angin awal v1 4 m/s dan dan kecepatan
akhir v2 sebesar 2 m/s, terlihat sama
pada hasil simulasi daerah yang
berwarna hijau muda merupakan
kecepatan angin yang sudah di lewati
atau bisa dikatakan sebagai kecepatan
akhir v2 berkisar antara 2 m/s sampai
dengan 3 m/s. Pada table 3 adalah data
hasil pengujian keceptan angin awal
dan akhir.
43 UG JURNAL VOL 11 NO.3
Tabel 3 Hasil Pengaamatan Pada Sudu 4 (D
1.04 m)
Kecepatan
angin
(
Kecepatan
angin
(
Putaran
turbin
(rpm)
0.5 0 0
1 0.7 8
1.5 1 14
2 1.2 21
2.5 1.4 31
3 1.6 39
3.5 1.8 48
4 2 59
Gambar 16. Hasil simulasi turbin sudu 2 (D
1.04 m ) kecepatan angin 4 m/s dan
kecepatan turbin 41 rpm.
Pada gambar 4.15 terlihat lebih jelas
distibusi kecepatan angin pada
kecepatan angin awal v1 sekitar 4 m/s
dan kecepatan akhir v2 sekitar 2.5 m/s
sampai 3-5 m/s sedangkan pada hasil
pegambilan data kecepatan akhir v2
sekitar 2.4 m/s ini membuktikan hasil
dari simulasi dan kenyataannya tidak
berbeda jauh dan hampir mendekati
sama untuk membandingan dapat
dilihat Pada tabel 4 adalah data
pengamatan 2 sudu ( D.1.04 )
Tabel 4 Hasil Pengamatan Pada sudu 2
(D 1.04 m)
Kecepatan
angin
(
Kecepatan
angin
(
Putaran
turbin
(rpm)
0.5 0 0
1 0.9 6
1.5 1.2 12
2 1.5 17
2.5 1.7 24
3 2 31
3.5 2.2 36
4 2.4 41
IV. PENUTUP
Hasil rancangan pada prototype
turbin vertikal savonius yang dapat
berputar pada kecepatan angin yang
rendah, turbin tersebut dapat berputar
pada kecepatan angin 1 m/s sampai 1.5
m/s turbin mampu berputar. Daya
listrik yang dihasilkan dari turbin
vertikal berdiameter (D 1.14 m) dengan
2 sudu = 0.37 Watt, turbin berdiameter
(D.1.14 m) dengan 4 sudu = 1.15 Watt,
sedangkan daya listrik yang dihasilkan
dengan kecepatan angin 4 m/s dari
turbin berdiameter (D 1.04 m) dengan 2
sudu = 1.33 Watt, turbin berdiameter
(D.1,14 m) dengan 4 sudu = 2.88 Watt.
44 UG JURNAL VOL 11 NO.3
Efisiensi turbin pada kecepatan
angin 4 m/s berdiameter (D 1.14 m)
dengan 2 sudu sebesar 1,7 % turbin
berdiameter (D.1,14 m) dengan 4
sudu sebesar 2,7 % Efisiensi turbin
pada kecepatan angin 4 m/s yang
dihasilkan dari turbin vertikal
berdiameter (D 1.04 m) dengan 2 sudu
sebesar 6,2 %, turbin berdiameter
(D.1.04 m) dengan 4 sudu sebesar 6,7
%. Hasil analisa bahwa turbin yang
berdiameter (D.1.14 m) berputar lebih
lamban dibandingan dengan turbin
berdiameter (D.1.04 m) hal ini
disebabkan oleh adanya jarak yang
terlalu besar antara poros dan sudu
sehingga ketika angin berhembus,
banyak angin yang loss dan tidak bisa
mendoorong sudu turbin. Hasil simulasi
pada software juga membuktikan
distribusi angin yang dapat di
mamanfaatkan oleh turbin hanya
sedikit, dari hasil analisa dapat
disimpulkan bahwa turbin dengan celah
lebih besar harus di desain ulang serta
harus membuat generator kusus dengan
desain yang disesuaikan agar energy
listrik dan torsi yang dihasilkan oleh
turbin dapat digunakan secara
maksimal untuk dikonversikan menjadi
energy listrik.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Nugroho Difi Nuary, Analisis
Pengisian Baterai Pada
Rancangan Bangun Turbin Angin
Poros Vertikal Tipe savonius
Untuk Pencatuan Beban Listrik.
Skripsi. Depok : Universitas
Indonesia, 2011.
[2] Sihmobing TB Donny, Ksim
Tarmizi Surya,. Penerangan Sistem
Penerangan Jalan Umum dan
Taman di Areal Kampus USU
Dengan Menggunakan Teknologi
Tenaga Surya ( Aplikasi di Area
Pendopo dan Lapangan. Parkir.
Jurnal : Universitas Sumatra Utara,
2013
[3] Marizka Lusia Dewi, Analisis
Kinerja Turbin Angin Poros
VertiKal Dengan Modifikasi Rotor
Savonius Untuk Optimasi Kinerja
Turbin. Skripsi. Surakarta :
Universitas Sebelas Maret,2010.\
[4] Angin sebagai Sumber Energi
Lampu Penerangan Jalan Tol.
Pusat Komunikasi Publik 230708
45 UG JURNAL VOL 11 NO.3
[5] Spesifikasi penerangan jalan di
kawasan perkotaan, SNI
7391:2008. Badan Standardisasi
Nasional.
[6] Reksoatmodjo, Tedjo Narsoyo.
Vertical Axis-Differential Drag
Windmill,Jurnal Teknik Mesin
Volume 6, No 2, Oktober 2004: 65
– 70
[7] Agustinus Purna Irawan, Diktat
Elemen Mesin, Teknik mesin
Fakultas Teknik Universitas
Taruma Negara
[8] Dutta, Animesh. 2006. Basics of
Wind Technology. Asian Institute
of Technology Thailand. 6 Juli
2006
[9] Angin sebagai Sumber Energi
Lampu Penerangan Jalan Tol.
Pusat Komunikasi Publik 230708
[10] Andreas Andi Setiawan dkk.
Pengaruh Jarak Celah Sudu
Terhadap Unjuk Kerja Turbin
Angin Poros Vertikal Savonius
[11] Khan, N.I., Iqbal, M.T., Hinchey,
Michael, dan Masek, Vlastimil.
Performance of Savonius Rotor As
A Water Current Turbine. Journal
of Ocean Technology. 2009. Vol.
4, No. 2, pp. 71-83