Official Site of IRVAN SEPTYAN MULYANA -...

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

mailto:[email protected],%[email protected]


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


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


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]


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.


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.


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


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.


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 )


= 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


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


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


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

)


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


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)


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 %



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)


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 )



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


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



simulasi kecepatan angin 4 m/s dengan

kecepatan turbin 28 rpm terjadi lose

wind yang besar pada hasil simulasi


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.


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.


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


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.


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


[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

Official Site of IRVAN SEPTYAN MULYANA -...

Documents

Transcript of Official Site of IRVAN SEPTYAN MULYANA -...