KAJIAN EKSPERIMENTALPENGARUH JUMLAH SUDU TERHADAP TORSI

DAN PUTARAN TURBIN SAVONIUS TYPE UZulfikar(1), Nusyirwan(1), Rakiman(1).

(1)Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Padang,

ABSTRACT

Wind energy is one type of energy that is expected to reduce our dependence on fossil fuels,which are increasingly reduced in number, in the utilization of wind turbine technology isrequired conformity with the characteristics of wind turbine where it is used. For it hasbeen tested against U-type Savonius turbine with two blades and three rotor blades, todetermine the effect of rotor blade against rotation and torque and power that is able toproduce. Test results showed that: At no load condition, the rotor blades savonius twostarts spinning at a lower wind speed (0.5 m / s) and has a rotational speed higher than thethree rotor blades at the same wind speed. Three blade Savonius rotor was startedgenerating torque and power at lower wind speeds (1.8 m / s) than the two rotor blades andproduces more power at the same wind speed. Power that can be raised Savonius rotordiameter of 40 cm and a height of 60 cm on average wind speed - average Indonesia (

Jurnal Teknik Mesin Vol. 8, No. 2, Desember 2011 ISSN 1829-8958

104

Sesuai Tabel (1), potensi angin yang dapatdimanfaatkan untuk pembangkit listrik adalah anginkelas 3 sampai angin kelas 8 ( 3,4 20,7) m/ssedangkan potensi angin rata rata yang kita milikiadalah angin kelas 2 sampai kelas 3 (2,7 4,5) m/s.

Terlihat bahwa kecepatan angin yang dapatdimanfaatkan sebagai sumber energi adalah padakecepatan 3,4 4,5 m/s. Dengan keterbatasantersebut, maka diperlukan usaha sungguh sungguh,agar energi angin yang tergolong pada anginberkecepatan rendah (berkecepatan 2,7 m/s) dapatdimanfaakan menjadi energi listrik

Tabel 1 Tabel kondisi angin

Energi Angin

Angin adalah fluida homogen yang bergerak dengankecepatan tertentu, Energi kinetik yang tersimpandalam suatu blok udara dengan masa (m) dankecepatan (v) yang bergerak sepanjang sumbu xdapat dirumuskan sebagai :

E = 0,5 m v2 ... (1)

dimana :E = Energi kinetik (joule)m = massa (kg)v = Kecepatan angin (m/det)

Bila blok udara mempunyai penampang A (m2),dengan kecepatan v (m/det), maka jumlah massayang melewati suatu tempat adalah :

m = A . v . (Kg/det) ... (2)

dimana,

A = penampang (m2)v = kecepatan angin (m/det ) = kepadatan udara (Kg/m3)

Daya didefinisikan sebagai energi kinetik per satuanwaktu. Dari Persamaan (1) dan (2) dapat dihitungdaya yang dihasilkan dari energi angin sebagaiberikut :

P = 0,5 . . A . v3 ... (3)

dimana :

P = Daya (watt)

= kepadatan udara (kg/m3)

A = penampang (m2)

v = kecepatan angin (m/det)

Daya Rotor

P = T.

dimana,

P = Daya (Watt)

T = Torsi (Nm)

= Kecepatan angular (rpm)

Turbin Angin Savonius

Turbin Savonius adalah jenis turbin angin yangpaling sederhana, dapat berputar karena adanya gayatarik/drag (Gambar (1)), dengan efisiensi sekitar30%. Turbin Savonius dapat berputar danmenghasilkan energi listrik pada kecepatan anginyang rendah dan tidak terpengaruh arah angin. Makaturbin ini sangat sesuai untuk dikembangkan danditeliti sesuai dengan potensi angin yang ada.

Gambar 1 Rotor Savonius Type U dua sudu (Sumber :aerostellar.quasar.co.id/index.php/component/.../55-aerostellar)

Desain sudu rotor Savonius yang umum digunakanadalah Savonius type U (Gambar (2a), (2b)) danSavonius type L (Gambar (2c)).

(a) (b)

(c)

Gambar 2 Sudu Rotor Savonius (Sumber : Membuat TurbinAngin Savonius sederhana, Lance Turner)

Eksperimen yang dilakukan Barrabasky terhadaprotor Savonius type U, menunjukkan bahwa rotorSavonius type U dengan dua sudu menghasilkan

Kajian Eksperimental Pengaruh Jumlah Sudu terhadap Torsi dan Putaran Turbin Savonius Type U (Zulfikar)

105

kecepatan putar yang sedikit lebih tinggi dibandingrotor Savonius tiga sudu.

Desain rotor Savonius Type U[5] dua sudu memilikikelemahan, yaitu putaran rotor kurang stabil. Untukmengatasi hal tersebut dapat dibuat rotor Savoniustiga sudu, berjarak masing-masing 1200.

Pengaruh overlap sudu terhadap torsi yang dihasilkanturbin savonius type U, menghasilkan bahwa padakecepatan angin yang semakin tinggi torsi yangdihasilkan tinggi pada overlap sudu (s) rata rata (70 76) % dari diameter sudu, pada daya yangoptimal[2].

Prototype rotor

Prototype rotor savonius type U yang akan di uji,dirancang mengikuti hasil penelitian dan eksperimenyang telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya,sehingga parameter desain dapat menghasilkanenergi maksimum.

3. METODE PENELITIAN

Metode yang digunakan adalah eksperimen, dimanaprototipe rotor Savonius type U dua sudu dan tigasudu, dirancang, dibuat dan diuji dilaboratorium,dengan alur penelitian sebagai berikut :

Gambar 3 Diagram Alur Penelitian

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Rotor yang di uji adalah sebagai berikut :

Gambar 4 Gambar Rotor dua sudu dan tiga sudu

Dimensi utama rotor adalah :Jumlah sudu : 2 Jumlah sudu : 3Diameter rotor 40 cmTinggi rotor 60 cm.Offset e : 10 cm.

Diameter rotor 40 cmTinggi rotor 60 cm.Offset e : 10 cm.Sudut 1200

Material dan Berat Rotor

Rotor dibuat dengan plat aluminium 0,75 mmuntuk sudu dan 1,8 mm untuk plat. Berat rotor dua

Jurnal Teknik Mesin Vol. 8, No. 2, Desember 2011 ISSN 1829-8958

106

sudu adalah 2,23 kg dan berat rotor tiga sudu adalah2,92 kg.

Pengujian rotor :

Rotor diuji di labor dengan membuat pengarah angin,kecepatan angin didapat dari kipas (vane). Mekanismepengujian adalah sebagaimana terlihat pada Gambar(5).

Gambar 5 Mekanisme pengujian

Pengambilan Data :

1. Pengujian rotor dilakukan pada kecepatan angin 0,5- 5 m/det (sesuai dengan kecepatan angin rata-ratayang kita miliki).

2. Pengukuran kecepatan angin ratarata v (m/det),dilakukan pada lima titik didepan rotor denganmenggunakan Flowmeter.

3. Pengukuran kecepatan putar rotor n (rpm),dilakukan dengan menggunakan tachometer.

4. Pengukuran Torsi T (Nmm) dilakukan denganmenggunakan sistem rem proni dan dinamometeruntuk mengukur gaya.

5. Kecepatan angin, kecepatan rotor dan torsi yangdihasilkan diukur secara bersamaan.

6. Untuk mengetahui daya rotor dihitung dengan

rumus P = (watt)

Data Hasil Pengujian Dan PengolahanTabel 2 Data Pengujian Kecepatan Rotor

Tabel 3 Data Pengujian Torsi dan Daya Rotor

Hubungan Kecepatan Angin dengankecepatan Rotor

Dari hasil percobaan diketahui bahwa RotorSavonius dua sudu mulai berputar (Cut-in)pada kecepatan angin 0,5 m/det sedangkanRotor dengan tiga sudu mulai berputar padakecepatan angin 0,7 m/det.

Dari hasil pengolahan dan grafik hubungankecepatan angin vs kecepatan rotor (Gambar(6)) terlihat bahwa kecepatan putar rotorberbanding lurus dengan kecepatan angin.

Secara keseluruhan dapat dilihat bahwa rotorSavonius dua sudu menghasilkan putaran yangsedikit lebih tinggi dari pada rotor tiga sudu,dimana kecepatan tertinggi rotor dua suduadalah 127 rpm pada kecepatan angin 4,8m/det dan 120 rpm pada kecepatan angin 4,8m/det untuk rotor tiga sudu.

Hubungan Kecepatan Angin dengan TorsiRotor

Walaupun memiliki kecepatan putar yanglebih tinggi, ternyata rotor dua sudu tidaklangsung mampu menghasilkan torsi (tenaga).Rotor dua sudu baru menghasilkan torsi padakecepatan angin 2,06 m/met, sedangkan rotortiga sudu sudah menghasilkan torsi padakecepatan angin yang lebih rendah, yaitu padakecepatan 1,8 m/det.

Pada kecepatan angin dibawah 3 m/det rotordua sudu menghasilkan torsi yang lebih kecil.Hasil pengujian menunjukkan bahwa rotor duasudu menghasilkan torsi yang sedikit lebihbesar dibanding rotor tiga sudu padakecepatan angin diatas 3 m/det, tetapi terjadipada kecepatan rotor (rpm) yang lebih rendah.

Perbedaan torsi yang dihasilkan ini (torsi rotordua sudu lebih besar dari torsi rotor tiga sudu)terjadi dengan bentuk hubungan yang linier,sebagaimana ditunjukkan pada Gambar (7).

Kajian Eksperimental Pengaruh Jumlah Sudu terhadap Torsi dan Putaran Turbin Savonius Type U (Zulfikar)

107

Grafik hubungan kecepatan angin dengan torsirotor.

Hubungan Kecepatan Angin dengan Daya Rotor

Dari pengolahan data hasil pangujian diketahuibahwa rotor dua sudu mulai menghasilkan dayapada kecepatan angin 2,06 m/det, sebesar 0,14 watt.Sedangkan rotor tiga sudu mulai menghasilkan dayapada kecepatan angin yang lebih rendah, yaitu padakecepatan angin 1,8 m/det, sebesar 0,12 watt.

Dari grafik hubungan kecepatan angin dengantorsi rotor (Gambar (8)) terlihat bahwa dayarotor baik dua sudu maupun tiga sudu akanmeningkat seiring dengan bertambahnyakecepatan angin, namun peningkatan daya padarotor dua sudu menunjukkan gradien yanglebih kecil dibanding rotor tiga sudu. Artinyapada kecepatan angin yang semakin tinggimaka kecenderungan peningkatan daya padarotor tiga sudu lebih besar dibandingpeningkatan daya pada rotor dua sudu.

Gambar 6 Grafik hubungan kecepatan angin terhadap putaran rotor

Gambar 7 Grafik Hubungan Kecepatan Angin Terhadap Torsi Rotor

Gambar 8 Grafik Hubungan Kecepatan Angin Terhadap Daya Rotor

Jurnal Teknik Mesin Vol. 8, No. 2, Desember 2011 ISSN 1829-8958

108

5. PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari hasil Percobaan dan analisis yang telah dilakukandapat disimpulkan hal hal sebagai berikut :

1. Pada kondisi tanpa beban rotor savonius dua sudumulai berputar pada kecepatan angin yang lebihrendah dan memiliki kecepatan putar yang lebihtinggi dibanding rotor tiga sudu pada kecepatanangin yang sama.

2. Rotor Savonius tiga sudu ternyata mulaimenghasilkan daya pada kecepatan angin yanglebih rendah dibanding rotor dua sudu danmenghasilkan daya yang lebih besar pada kecepatanangin yang sama.

3. Besarnya daya yang mampu dibangkitkan rotorSavonius dengan diameter 40 cm, tinggi 60 cm,diameter sudu 25 cm, dan offset 10 cm dan diujipada kecepatan angin rata rata Indonesia, ternyatasangat kecil dan tidak dapat dimanfaatkan sebagaisumber energi.

5.2 Saran

Untuk memanfaatkan energi angin sebagai pembangkitlistrik tenaga angin dengan rotor Savonius type U,disarankan agar dilakukan dengan menggunakan rotordengan dimensi yang lebih besar dan jumlah sudu yanglebih banyak, sesuai diameter sudu.

UCAPAN TERIMAKASIH

Terimakasih kami sampaikan kepada PimpinanPoliteknik Negeri Padang atas dukungan dana penelitianini, kepada Ka. Labor Fisika Politeknik Negeri Padangatas dukungan sarana / peralatan pengujian dan saudaraRadius Perdana atas peran aktifnya dalam penelitian ini.

PUSTAKA

1. Barrabasky, Savonius vs Tripala vs Sandia,http://www.youtube.com/watch?v=YMK_nyLJNrE& feature=related, maret 2010.

2. Karwono, Pengaruh perubahan overlap suduterhadap torsi yang dihasilkan turbin savonius typeU, Majalah Ilmiah STTR Cepu, nomor 8, 6 11,2008

3. R.N. Hidayatullah dkk, Desain Alat KonversiAnergi Angin Type Savonius Sebagai PembangkitListrik Pada Pulau Bawean, Jurusan TeknikKelautan ITS, Surabaya, 1 10 , 2010

4. T.A. Fauzi Soelaiman dkk, Perancangan,Pembuatan dan Pengujian Prototipe SKEAMenggunakan Rotor Savonius dan Windside untukPenerangan Jalan Tol, Pusat Rekayasa IndustriProgram Studi Teknik Mesin, Institut TeknologiBandung , 2007.

5. Tedjo Narsoyo Reksoatmodjo, Vertical-AxisDifferential Drag Windmill, Jurnal TeknikMesin Vol. 6, No. 2, 65 70, 2004.

CURRICULUM VITAE

Zulfikar, ST., MT., Lahir di Tarung-tarung, 2Oktober 1959. Lulus S1 Teknik Mesin STTPPadang tahun 1996 dan S2 Teknik MesinUniversitas Gajah Mada, tahun 2007, Bekerjasebagai Pengajar di Jurusan Teknik MesinPoliteknik Negeri Padang (Tahun 1987 sekarang).Email: zulfikarmansyur@yahoo.com.

Nusyirwan, ST., MT., Lahir di Padang, 15November 1966. Lulus S1 Teknik Mesin STTPPadang tahun 1996 dan S2 Teknik Mesin ISTNJakarta Bidang Teknik Pemeliharaan, tahun 2009,Bekerja sebagai Pengajar di Jurusan Teknik MesinPoliteknik Negeri Padang (Tahun 1989 sekarang)

Rakiman, ST., MT., Lahir di Padang, 15November 1966. Lulus S1 Teknik Mesin STTPPadang tahun 2000 dan S2 Teknik Mesin ITS Surabaya Tahun 2007, Bekerja sebagai Pengajardi Jurusan Teknik Mesin Politeknik NegeriPadang (Tahun 1989 sekarang)