Jurnal Teknovasi

Volume 04, Nomor 02, 2017, 1 – 14

ISSN : 2540-8389

1

DESIGN AND MANUFACTURE OF PROTOTYPES

DUA TIPE ROTOR TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL SEBAGAI

OBJEK PENELITIAN STUDI EKSPERIMENTAL

Ahmad Marabdi Siregar1*

1Dosen Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik

University of Muhammadiyah Sumatera Utara

Jalan Kapten Muchtar Basri No.3 Medan 20238 Telp. (061) 6622400

*Email: ahmadmarabdi@umsu.ac.id

ABSTRAK

Design and manufacture adalah rancangan dan pembuatan. Prototype merupakan bentuk awal dan

sebuah prototype dibuat khusus untuk pengembangan sebelum dibuat dalam skala sebenarnya.

Dengan bantuan media prototype maka akan dapat meningkatkan daya kreatifitas peneliti maupun

mahasiswa dalam bereksperimen serta untuk lebih berinovasi lagi khususnya dalam

mengembangkan pemanfaatan energy terbarukan dari angin mengingat krisis energy yang mulai

terasa akhir-akhir ini. Turbin angin adalah mengubah energi gerak angin menjadi energi putar pada

kincir, lalu putaran kincir digunakan untuk memutar generator. Perancangan poros pada turbin

nantinya akan mendukung Studi ekperimental untuk melihat dan mengamati amplitudo getaran

poros turbin angin sumbu vertikal sebagai pembangkit listrik alternatif, maka penelitian dan studi

eksperimental tersebut akan membutuhkan prototype turbin angin yang akan diuji pada alat uji

wind tunnel. Untuk itu akan dirancang dan dibuat prototype dua tipe rotor turbin angin sumbu

vertikal yang ukuran rotornya berdiameter 350 mm dan tinggi rotornya 540 mm, serta daya 10

Watt, dan diameter poros turbin 8 mm. Kedua tipe rotor ini berdimensi diameter dan tinggi rotor

yang sama.

Kata kunci : Turbin angin, Poros rotor, Sudu rotor.

PENDAHULUAN

Tenaga angin merupakan energi yang berguna dari angin. Tenaga angin salah satu sumber

energi terbarukan yang melimpah dinegeri kita dan ramah lingkungan karena menekan emisi gas

CO2, oleh karena itu kita dapat memperoleh listrik murah yang tidak terbatas dari energy angin,

(Sumiati, R. 2013). Pembangkit listrik tenaga angin mengkonversikan tenaga angin menjadi energi

listrik dengan menggunakan kincir angin atau turbin angin. Cara kerjanya cukup sederhana yaitu

putaran turbin yang disebabkan oleh angin diteruskan ke rotor generator dimana generator ini

memiliki lilitan tembaga yang berfungsi sebagai stator.

Semakin besar sudut kelengkungan turbin, semakin besar jari-jari turbin, akibatnya gaya

hambat yang dialami turbin semakin besar sehingga kecepatan putar turbin berkurang. Kecepatan

putar turbin bertambah sebanding dengan bertambahnya kecepatan angin. Semakin besar jari-jari

turbin, semakin besar pula torsinya, namun putaran yang dihasilkan turbin semakin kecil,

(Dewi,2010). Putaran rotor helical savonius lebih tinggi dari pada rotor savonius. Daya yang dihasilkan oleh

rotor helical savonius juga lebih baik dibandingkan rotor savonius. Semakin besar kecepatan angin

akan semakin besar selisih kinerja daya antara rotor helical savonius dengan savonius, (Alexin, M.

2011).

Oleh karenanya diperlukan kajian sumber-sumber energi alternatif, salah satunya adalah energi

angin. Dan terus mengembangkan dan menerapkan ilmu yang telah diperoleh, khususnya mengenai

perancangan mekanis, dan konversi energi. Serta merancang dua tipe prototype turbin angin sumbu

vertikal yang akan memberikan manfaat sebagai alat dan objek studi eksperimen.

Jurnal Teknovasi

Volume 04, Nomor 02, 2017, 1 – 14

ISSN : 2540-8389

2

Perancangan dan pembuatan turbin angin meliputi turbin angin sumbu vertikal berjenis

savonius yang menggunakan rotor yang berbeda tipe, yaitu rotor tipe-U dan rotor tipe-Helix,

namun kedua sudu rotor memiliki diameter dan tinggi yang sama. Perancangan dan pembuatan ini

dilakukan karena untuk dua tipe rotor dengan diameter dan tinggi rotor yang sama tidak ada dijual

dipasaran.

Kemudian untuk memastikan desing and manufacture of prototypes turbin angin savonius

sumbu vertikal ini berfungsi, maka akan dilakukan pengujian awal pada wind tunnel dengan

menggunakan alat Anemometer untuk mengukur kecepan angin dan alat ukur multitester untuk

mengukur arus dan tegangan listrik.

Turbin Angin

Turbin angin merupakan alat yang digunakan dalam sistem konversi energi angin. Turbin angin

adalah sistem yang berfungsi merubah energi kinetik angin menjadi energi mekanik berupa putaran

poros. Putaran poros digunakan sesuai dengan kebutuhan seperti memutar dinamo atau generator

untuk menghasilkan listrik dan menggerakkan pompa untuk pengairan.

Penggunaan kincir sederhana telah dimulai sejak permulaan abad ke-7 dan tersebar diberbagai

negara seperti Persia, Mesir, dan Cina dengan berbagai desain. Di Eropa, kincir angin mulai

dikenal sekitar abad ke-11 dan berkembang pesat saat revolusi industri pada awal abad ke-19,

(Daryanto, Y., 2007).

Berdasarkan orientasi putaran rotornya, wind turbine dibagi dua jenis yaitu sumbu horizontal

dan vertikal. Rotor sumbu horizontal putarannya sejajar dengan arah datangnya angin, sedangkan

sumbu vertikal berlawanan dengan arah datangnya angin. Rotor sumbu horizontal berbasis gaya

angkat, sudu yang ramping, dan kecepatan putar yang tinggi. Rotor sumbu vertikal berbasis gaya

hambat, sudu yang lebar dan kecepatan putar yang rendah. Aplikasi turbin angin dapat dilihat pada

Gambar dibawah ini.

Gambar 1. Turbin angin sumbu vertikal (Mittal, Neeraj. 2001)

Turbin Angin Savonius

Salah satu jenis turbin angin sumbu vertikal yang dapat digunakan pada angin kecepatan

rendah adalah turbin angin Savonius. Turbin ini ditemukan oleh sarjana Finlandia bernama Sigurd

J. Savonius pada tahun 1922. Konstruksi turbin sangat sederhana, tersusun dari dua buah sudu

setengah silinder. Pada perkembangannya turbin Savonius ini banyak mengalami perubahan bentuk

rotor, seperti yang terlihat pada Gambar dibawah ini.

Gambar 2. Jumlah dan perubahan bentuk rotor

Jurnal Teknovasi

Volume 04, Nomor 02, 2017, 1 – 14

ISSN : 2540-8389

3

Jenis savonius memiliki kemampuan self-starting yang bagus, sehingga hanya membutuhkan

angin dengan kecepatan rendah untuk dapat memutar rotor turbin. Selain itu, torsi yang dihasilkan

turbin angin jenis savonius relatif tinggi, (Sargolzaei, J. 2007). Turbin angin savonius memiliki rotor, dan rotor merupakan elemen utama turbin angin. Adapun

tenaga total aliran angin yang mengalir adalah sama dengan laju energi kinetik aliran yang datang

yang dirumuskan dengan, (Napitupuluh, F. H. 2013). ;

𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 1

2𝑔𝑐 𝜌𝐴𝑉𝑖3

Dimana:

ρ : Massa jenis angin = 1,1514 (kg/m3)

A : Luas rotor turbin (m2)

Vi : Kecepatan aliran angin (m/s)

gc : Vaktor konversi = 1,9 kg/(N.s2)

Ptot : Tenaga total (Watt)

Tenaga maksimum turbin savonius

𝑃𝑚𝑎𝑥 = 8

27 𝑥 𝑔𝑐 𝜌𝐴𝑉3

Luasan rotor turbin angin savonius

A = D x t

Dimana:

A : Luas penampang rotor

D : Diameter rotor

t : Tiggi rotor

Poros Turbin Angin Savonius

Poros satu bagian yang penting dari setiap mesin (Sularso dan Kiyokatsu Suga. 2004). Pada

turbin angin poros berfungsi sebagai tempat kedudukan sudu, dan juga berfungsi sebagai alat

penghubung utama terjadinya perubahan energi, dari energi kenetik menjadi energi listrik yang

sebelumnya melalui generator (Putranto, A. 2011).

Secara umum poros digunakan untuk meneruskan daya dan putaran. Poros turbin savonius

kedudukannya vertikal sehingga akan mengalami beban puntir. Berdasarkan jenis poros, turbin

angin savonius menggunakan jenis poros transmisi yang mengalami beban berupa momen puntir

dan momen lentur. Daya dapat ditransmisikan melalui kopling, roda gigi, dan belt.

Daya rencana poros (Sularso dan Kiyokatsu Suga. 2004), turbin angin savonius

Pd = fc x P

Dimana:

Pd : daya rencana

fc : factor koreksi

P : daya (kW)

Momen puntir (disebut juga sebagai momen rencana ) adalah T (kg.mm) maka

T = 9,74 x 105 𝑃𝑑

𝑛

Bila momen rencana T (kg.mm) dibebankan pada suatu diameter poros ds (mm), maka tegangan

geser 𝜏 (kg/mm2) yang terjadi adalah

𝜏 = 𝑇

( 𝜋𝑑𝑠3

16 ) =

5,1 𝑇

𝑑𝑠3

Jurnal Teknovasi

Volume 04, Nomor 02, 2017, 1 – 14

ISSN : 2540-8389

4

Tegangan geser ijin (𝜏𝑎) untuk bahan poros dapat dihitung dengan persamaan

𝜏𝑎 = 𝜏𝑏

𝑆𝑓1 𝑥 𝑆𝑓2

Diameter poros ds (mm) di hitung dengan rumus ;

ds = [5,1

𝜏𝑎 𝐾𝑡 𝐶𝑏 𝑇]1/3

METODE PENELITIAN

Dalam rancangan ini akan dibuat turbin angin savonius tipe-U serta Savonius tipe-Helix seperti

terlihat pada Gambar tiga dimensi dibawah ini.

a b

Gambar 3. Turbin angin savonius ; a. Tipe-Helix, b. Tipe-U

Parameter Awal Rotor Turbin Angin Savonius

Metode menentukan parameter permulaan rotor turbin angin sumbu vertikal tipe savonius

sudah di kembangkan. Dengan daya dan kecepatan angin tertentu, maka kisaran luas, diameter,

tinggi dan kecepatan putar rotor dapat diketahui. Luas rotor sangat dipengaruhi oleh koefisien daya,

Cp. Kecepatan putar rotor rancangan dapat dihitung setelah diameter rotor dihitung dan Tip Speed

Ratio (TSR) ditentukan. Untuk merancang rotor, maka dibutuhkan beberapa parameter awal yaitu:

1. Daya rancangan

2. Kecepatan angin rancangan

3. Luas penampang rotor

4. Diameter rotor

5. Tinggi rotor

6. Kecepatan putar rotor rancangan

Parameter awal tersebut berhubungan satu sama lain. Apabila seluruh parameter awal telah

ditetapkan dan dihitung, maka pekerjaan perencanaan serta analisis rotor akan lebih mudah

(Sulistyo Atmadi, Ahmad Jamaludin Fitroh. Peneliti Pusat teknologi Dirgantara Terapan

(LAPAN)). Dimensi kedua turbin ini sama dan yang membedakannya hanya bentuk penampang

sudu. Bahan kedua turbin ini jga sama, antara lain:

1. Dudukan lengan sudu. 5. Bantalan

2. Lengan sudu. 6. Transmisi daya

3. Sudu 7. Generator listrik

4. Poros 8. Bola lampu dan wayar

Untuk memastikan desing and manufacture of prototypes turbin angin savonius sumbu vertikal

ini berfungsi, maka akan dilakukan pengujian awal pada wind tunnel dengan dukungan dan

menggunakan alat Anemometer untuk mengukur kecepan angin dan alat ukur multitester untuk

mengukur arus dan tegangan listrik yang dihasilkan.

Jurnal Teknovasi

Volume 04, Nomor 02, 2017, 1 – 14

ISSN : 2540-8389

5

HASIL DAN PEMBAHASAN

Perencanaan Poros dan Dimensi Sudu Turbin Angin Savonius

Untuk memenuhi studi eksperimental nantinya, maka dirancang poros dan dua tipe sudu turbin

angin savonius yang berbeda, yaitu:

1. Rotor savonius type-U dengan 2 sudu dan

2. Rotor savonius type-Helix dengan 2 sudu.

Berikut ini adalah beberapa komponen rotor yang dirancang:

a. Poros

b. Lengan sudu rotor

c. Dudukan lengan sudu rotor

d. Sudu rotor type U dan type helix

e. Duukan rotor

Pada penelitian ini dibuat dua jenis tipe rotor turbin angin savonius yaitu sudu type U dan sudu

type helix, yang membedakan dari kedua tipe rotor ini hanya bentuk penampang sudunya saja,

sedangkan untuk poros, lengan sudu, dan dudukan lengan sudunya sama. Pertama adalah sudu

bentuk hampir setengah lingkaran berpenampang type U, dan yang kedua sudu bentuk hampir

setengah lingkaran yang dipuntir 900 sehingga berpenampang Helix, masing-masing dua sudu.

Untuk perencanaan rotor turbin angin savonius dalam eksperimen dibutuhkan data-data yang

diketahui, dipilih serta diharapkan seperti :

Direncanakan ;

P = Daya = 10 Watt = 0,01 kW

n = Putaran Poros = 50 rpm

fc = Faktor Koreksi = 1,2

untuk nilai fc dapat kita lihat pada tabel dibawah ini [3]

Tabel 1. Faktor Koreksi daya yang akan ditranmisikan, 𝒇𝒄.

Daya yang akan ditranmisikan

c

Daya rata – rata yang diperlukan Daya maksimum yang diperlukan Daya normal

1,2 - 2,0 0,8 - 1,2 1,0 - 1,5

Dengan menggunakan persamaan diatas, maka daya rencana (Pd) kW;

Pd = fc x P

Dimana ;

Pd : daya rencana

fc : factor koreksi = 1,2

P : daya = 0,01 kW

Maka daya rencana ;

Pd = 1,2 x 0,01 = 0,012 kW

Jika momen puntir (disebut juga sebagai momen rencana ) adalah T (kg.mm), dengan

menggunakan persamaan diatas, maka

T = 9,74 x 105 𝑃𝑑

𝑛

T = 9.7400 x 0,012

50 = 9.74000 x 0,00024 = 233,76 kg.mm

Bila momen rencana T (kg.mm) dibebankan pada suatu diameter poros ds (mm), dengan

menggunakan persamaan diatas, maka tegangan geser 𝜏 (kg/mm2) yang terjadi adalah :

Jurnal Teknovasi

Volume 04, Nomor 02, 2017, 1 – 14

ISSN : 2540-8389

6

𝜏 = 𝑇

( 𝜋𝑑𝑠3

16 ) =

5,1 𝑇

𝑑𝑠3 dan terlebih dahulu dicari diameter poros.

Perancangan Poros

Poros yang akan digunakan pada turbin savonius ini akan mengalami beban puntir dan beban

lentur, akan tetapi yang paling besar adalah beban puntir yang disebabkan putaran. Bahan untuk

poros turbin savonius dipilih dari bahan baja khrom (JIS G 4104) SCr22 dengan perlakuan panas

dan pengerasan kulit , sebab bahan tahan dengan keausan dan banyak dijual dipasaran. Kekuatan

tariknya 𝜎𝐵= 58 kg/mm2 , pemilihan bahan dapat kita lihat pada tabel dibawah ini (Sularso dan

Kiyokatsu Suga. 2004).

Tabel 2. Baja paduan untuk poros.

Standar dan macam Lambang Perlakuan panas Kekuatan tarik

𝜎𝐵 (kg/mm2)

SNC 2 - 85

Baja khrom nikel SNC 3 - 95

(JIS G 4102) SNC21 Pengerasan kulit 80

SNC22 “ 100

SNCM 1 - 85

SNCM 2 - 95

Baja khrom nikel molibden SNCM 7 - 100

(JIS G 4103) SNCM 8 - 105

SNCM22 Pengerasan kulit 90

SNCM23 “ 100

SNCM25 “ 120

SCr 3 - 90

SCr 4 - 95

Baja khrom SCr 5 - 100

(JIS G 4104) SCr21 Pengerasan kulit 80

SCr22 Pengerasan kulit 85

SCM 2 - 85

SCM 3 - 95

SCM 4 - 100

Baja khrom mplibden SCM 5 - 105

(JIS G 4105) SCM21 Pengerasan kulit 85

SCM22 “ 95

SCM23 “ 100

Untuk bahan S-C factor keamanan Sf1 = 6,0 dan Sf2 = 1,3 – 3,0, diambil (2). Maka tegangan

geser ijin (𝜏𝑎) untuk bahan poros dapat dihitung dengan persamaan (2.14)

𝜏𝑎 = 𝜎𝐵

𝑆𝑓1 𝑥 𝑆𝑓2 =

58

6 𝑥 2 = 4,8333 kg/mm2

Keadaan momen puntir harus ditinjau. Factor koreksi yang dianjurkan oleh ASME juga akan

dipakai, factor ini dinyatakan dengan Kt (factor koreksi terhadap momen puntir) yang besarannya

1,0 jika beban dikenakan halus, 1,0 – 1,5 jika terjadi sedikit kejutan, dan 1,5 – 3,0 jika dengan

kejutan besar. Diambil Kt = 1,5

Jurnal Teknovasi

Volume 04, Nomor 02, 2017, 1 – 14

ISSN : 2540-8389

7

Diperkirakan akan terjadi pemakaian dengan beban lentur, maka akan dipakai pertimbangan

pemakaian factor Cb yang harganya antara 1,2 sampai 2,3, dan yang digunakan nilai Cb = 2. Dari

persamaan didapat rumus menghitung diameter poros ds (mm) ;

ds = [5,1

𝜏𝑎 𝐾𝑡 𝐶𝑏 𝑇]1/3 = [

5,1

4,8333 1,5 𝑥 2 𝑥 233,76]1/3

ds = [ 739,9713 ]1/3 = 7,2571 8 mm

karena harga terdahulu lebih kecil yaitu 7,2571 mm, maka harga dari tabel diameter poros diambil

8 mm (Sularso dan Kiyokatsu Suga. 2004), diameter poros diperlihatkan pada tabel dibawah ini.

Tabel 3. Diameter poros ( Satuan mm )

4 10 *22,4 40 100 *224 400 24 (105) 240 11 25 42 110 250 420 260 440

4,5 *11,2 28 45 *112 280 450 12 30 120 300 460 *31,5 48 *315 480

5 *12,5 32 50 125 320 500 130 340 530 35 55

*5,6 14 *35,5 56 140 *355 560 (15) 150 360

6 16 38 60 160 380 600 (17) 170

*6,3 18 63 180 630 19 190 20 200 22 65 220

7 70 *7,1 71

75

8 80

85 9 90 95

Keterangan : 1. Tanda * menyatakan bahwa bilangan yang bersangkutan dipilih dari bilangan standar.

2. Bilangan didalam kurung hanya dipakai untuk bagian dimana akan dipasang bantalan

gelinding

Setelah diameter poros diperoleh, maka tegangan gesernya (𝜏) adalah ;

𝜏 = 𝑇

( 𝜋𝑑𝑠3

16 ) =

5,1 𝑇

𝑑𝑠3 = 5,1 𝑥 233,76

83

= 1192,1760

1,8660 = 638,8713 kg/mm2

Perhitungan dan Perencanaan Luas Rotor

Turbin angin savonius memiliki rotor, dan rotor merupakan elemen utama turbin angin.

Adapun tenaga total aliran angin yang mengalir adalah sama dengan laju energi kinetik aliran yang

datang yang dirumuskan dengan persamaan (Napitupulu, F.H. 2013) ;

𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 1

2𝑔𝑐 𝜌𝐴𝑉3

Dimana :

𝜌 : massa jenis angin = 1,1514 (kg/m3)

Jurnal Teknovasi

Volume 04, Nomor 02, 2017, 1 – 14

ISSN : 2540-8389

8

A : luas rotor turbin (m2)

V : kecepatan aliran angin = 6 m/s (asumsi)

gc : factor konversi = 1,9 kg/N.s2)

Ptot : Daya = 10 Watt

10 = 1

2 𝑥 1,9 1,1514 𝑥 𝐴 𝑥 63

A = 2 𝑥 1,9 𝑥 10

1,1514 𝑥 216 =

38

248,70 = 0,15 m2

Jadi luas rotor turbin savonius adalah 0,15 m2

Perhitungan Tenaga Maksimum Turbin Savonius

Dengan menggunakan persamaan, kita dapatkan tenaga maksimumnya, yaitu :

𝑃𝑚𝑎𝑥 = 8

27 𝑥 𝑔𝑐 𝜌𝐴𝑉3

𝑃𝑚𝑎𝑥 = 8

27 𝑥 1,9 1,1514 𝑥 0,15 𝑥 216

= 298,44

51,3 = 5,82 Watt

maka perhitungan Efisiensi teoritis ideal rotor

𝜂𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛 = 𝑃𝑚𝑎𝑥

𝑃𝑡𝑜𝑡 =

5,82

10 = 0,58

Dapat dikatakan turbin angin savonius mengkonversikan tidak lewat dari 60% dari daya total angin

menjadi tenaga berguna.

Perhitungan Dimensi Sudu

Rancangan sudu pada turbin angin savonius ini ada 2 bagian yaitu diameter rotor dan panjang

rotor ( D dan t ). Untuk rancangan ini dipilih perbandingan diameter rotor dengan tinggi rotor (D/t)

sebesar 0,8 (Napitupulu, F.H. 2013).

Dengan diameter rotor yang lebih kecil kesanggupan start up juga lebih kecil. Dalam hal ini

diambil rasio diameter terhadap tinggi rotor, D/t sama dengan 0,8 (Atmadi, S. 2008).

Luasan rotor turbin angin adalah 0,15 m2, yang dirumuskan dengan persamaan:

A = D x t

Dimana :

A : luas rotor = 0,15 m2

D : diameter rotor

t : tinggi rotor

jadi :

0,15 = D x t

Yang mana D/t = 0,8

D = 0,8 t

0,15 = 0,8 t x t

0,15 = 0,8 t2

t2 = 0,15

0,8 = 0,19

maka : t = √0,19 = 0,44 m = 44 cm = 440 mm

dan diameter turbin angin adalah ;

D = 0,8 x t

D = 0,8 x 0,44 = 0,35 m = 35 cm = 350 mm

Jurnal Teknovasi

Volume 04, Nomor 02, 2017, 1 – 14

ISSN : 2540-8389

9

Perencanaan poros dan kedua tipe rotor ini dibuat terlebih dahulu dengan Autocad 2007,

selanjutnya akan dibuat bentuk nyata dari rotor. Citra foto gambar teknik dapat dilihat pada

Gambar dibawah ini.

Gambar 4. Citra Gbr. Teknik Savonius type U dan type Helix

Pembuatan dan perakitan turbin angin savonius di lakukan di rumah. Rotor turbin angin ini

memmpunyai beberapa komponen yang bahannya di beli di toko dan dibuat untuk kemudian

disesuaikan dengan rancangan, yaitu:

a. Dimensi rotor turbin angin diperlihatkan pada Gambar dibawah ini.

Gambar 5. Dimensi rotor

b. Poros rotor dibeli baja khrom dengan pengerasan kulit dengan tinggi 535 mm serta

berdiameter 8 mm, bentuknya dapat dilihat pada Gambar dibawah ini.

Jurnal Teknovasi

Volume 04, Nomor 02, 2017, 1 – 14

ISSN : 2540-8389

10

Gambar 6. Poros rotor

c. Lengan Sudu rotor, dibuat dari bahan pelat besi, dengan ketebalan 0,7 mm, bentuk

jadinya dapat dilihat pada Gambar dibawah ini.

Gambar 7. Lengan Sudu

d. Dudukan Sudu, dibuat dari bahan besi yang dibubut berbentuk silinder dengan

diameter luar 20 mm, diameter dalam 10 mm dan ketebalannya 10 mm. Bentuk

jadinya dapat dilihat pada Gambar dibawah ini.

Gambar 8. Dudukan sudu

e. Sudu, yang dibentuk dari bahan pelat aluminium tebal 0,3 mm. Bentuk jadinya dapat

dilihat pada Gambar dibawah ini.

a. b. c.

Gambar 9. Sudu

a. Bahan,

b. Sudu penampang “Helix”

c. Sudu penampang “U”

f. Dudukan Rotor Turbin Angin. Dudukan rotor ini setelah diukur dan disesuaikan

dengan wind tunnel ditempah dibengkel las, alat ini nantinya akan diletakkan pada test

saction pada wind tunnel, seperti pada Gambar dibawah ini.

Jurnal Teknovasi

Volume 04, Nomor 02, 2017, 1 – 14

ISSN : 2540-8389

11

Gambar 10. Dudukan Rotor Turbin Angin

Komponen Tambahan

a. Bantalan

Bearing (bantalan) adalah elemen mesin yang menumpu poros yang mempunyai beban,

sehingga putaran atau gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus, aman, dan

mempunyai umur yang panjang. Bearing harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros

serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik. bearing ini dibeli di toko bearing yang

ada di kota medan dan disesuaikan dengan ukuran poros seperti pada Gambar dibawah ini.

Gambar 11. Bantalan

b. Transmisi daya

Dalam penelitian ini rodagigi digunakan untuk mentransmisikan daya dan putaran.

Rodagigi memiliki gigi di sekelilingnya, sehingga penerusan daya dilakukan oleh gigi-gigi

kedua roda yang saling berkait. Diameter luar roda gigi pada poros 120 mm, dan diameter

luar roda gigi pada poros motor DC 10 mm, seperti pada Gambar dibawah ini.

(a) (b)

Gambar 12. Roda gigi pada Poros turbin

a. Pada poros turbin

b. Pada poros motor DC

c. Generator listrik

Generator listrik yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah 12V- 100mA, seperti

Gambar dibawah ini.

Jurnal Teknovasi

Volume 04, Nomor 02, 2017, 1 – 14

ISSN : 2540-8389

12

Gambar 13. Generator listirk

d. Bola lampu dan wayar

Bola lampu yang akan digunakan adalah jenis bola lampu LED seperti pada Gambar

dibawah ini.

Gambar 14. Lampu LED dan wayar kecil

Rakitan Rotor Savonius Tipe- Helix

Komponen komponen rotor savonius helix yang sudah dirancang dan dibentuk disatukan dan

dirakit seperti yang terlihat pada Gambar dibawah ini.

Gambar 15. Rotor Savonius Type Helix

Rakitan Rotor Savonius Tipe-U

Komponen komponen rotor savonius type U yang sudah dirancang dan dibentuk disatukan dan

dirakit seperti yang terlihat pada Gambar dibawah ini.

Jurnal Teknovasi

Volume 04, Nomor 02, 2017, 1 – 14

ISSN : 2540-8389

13

Gambar 16. Rotor Savonius Type U

Unjuk kerja dan pengambilan data awal

Prototype turbin angin savonius yang sudah selesai akan diuji pada wind tunnel, hal ini

dilakukan untuk memastikan kedua prototype berfungsi dan layak untuk menjadi objek

eksperimen. Pada pengujian yang telah dilakukan diperoleh data-data awal seperti tabel dibawah

ini.

Tabel 4. data pada Tipe-Helix Tabel 5. data pada Tipe U

Setelah pengamatan awal pada kecepatan angin 4 m/s, 4,5 m/s, dan 5 m/s, maka dari kedua tipe

dapat kita lihat grafik hubungan perbandingan kecepatan angin dengan voltase yang dihasilkan,

seperti terlihat pada Gambar dibawah ini.

Gambar 17. Grafik kecepatan angin terhadap voltase

KESIMPULAN

2.2

2.642.91

1.972.23

2.71

1.5

2

2.5

3

4 4.5 5Te

ga

ng

an

(V

olt

)

Kecepatan angin (m/s)

Kecepatan angin vs Voltase

Tipe Helix

Tipe U

No. Kecepatan

angin (m/s) Tegangan

(Volt)

1. 4 2,20

2. 4,5 2,64

3. 5 2,91

No. Kecepatan

angin (m/s) Tegangan

(Volt)

1. 4 1,97

2. 4,5 2,23

3. 5 2,71

Jurnal Teknovasi

Volume 04, Nomor 02, 2017, 1 – 14

ISSN : 2540-8389

14

Dari desing and manufacture of prototypes turbin angin savonius sumbu vertikal yang telah

dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Dimensi dan spesifikasi kedua rotor turbin angin

a. Diameter rotor = 350 mm

b. Tinggi rotor = 440 mm

c. Diameter Poros = 8 mm

d. Daya rotor = 10 Watt

e. Efisiensi teoritis ideal rotor = 0,58

2. Dalam pengujian awal untuk kelayakan turbin angin diperoleh ;

a. Untuk tipe helix pada kecepatan angin 4 m/s turbin angin menghasilkan tegangan

listrik 2,20 volt, pada kecepatan angin 4,5 m/s menghasilkan 2,64 volt, dan pada

kecepatan angin 5 m/s turbin angin menghasilkan tegangan listrik 2,91 volt.

b. Sedangkan untuk tipe U pada kecepatan angin 4 m/s turbin angin menghasilkan

tegangan listrik 1,97 volt, pada kecepatan angin 4,5 m/s menghasilkan 2,23 volt, dan

pada kecepatan angin 5 m/s turbin angin menghasilkan tegangan listrik 2,71 volt.

3. Hubungan kecepatan angin dengan tegangan listrik yang dihasilkan oleh kedua turbin

adalah semakin naik kecepatan angin yang mengggerakkan turbin maka semakin tinggi

tegangan listrik yang dihasilkan.

4. Dari kedua tipe rotor ini, dan dengan kecepatan angin yang sama saat menggerakkan

turbin, turbin angin tipe helix lebih tinggi menghasilkan tegangan listrik bila dibandingkan

dengan turbin angin tipe U.

DAFTAR PUSTAKA

Sumiati, R., Aidil Zambi. (2013). Rancang Bangun Miniatur Turbin Angin Pembangkit Listrik

untuk Media Pembelajaran. Jurnal Teknik Mesin Vol. 3, No. 2. 1-8.

Dewi, Marizka Lustia. (2010). Analisa Kinerja Turbin Angin Poros Vertikal Dengan Modifikasi

Rotor Savonius L Untuk Optimasi Kinerja Turbin. Mahasiswa FMIPA Universitas Sebelas

Maret Surakarta.

Alexin, M., Putra, Mulyadi, Ganjar Pribadi, Taufiq Mawardinata, dan Tito Santika. (2011). Uji

Experimental Rotor Helical Savonius Dibandingkan Dengan Rotor Savonius. Mahasiswa

Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Nasional.

Daryanto, Y. (2007). Kajian Potensi Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu. Balai

PPTAGG-UPT-LAGG.

https://elkace.files.wordpress.com/2008/02/kincir_angin.pdf

Sargolzaei, J. (2007). Prediction of the power ratio and torque in wind turbine Savonius rotors

using artificial neural networks. Department of chemical engineering. Ferdowsi university

of Mashhad. Iran.

Mittal, Neeraj. (2001). Investigation of Performance Characteristics of a Novel VAWT. Thesis.

UK: Departement of Mechanical Engineering University of Strathclyde

Napitupuluh, F.H., Surya Siregar. (2013). Perancangan Turbin Vertikal Axis Savonius dengan

menggunakan 8 buah Sudu lengkung. Jurnal Dinamis. 3 Vol. I,No.13,.ISSN 0216-7492

Sularso dan Kiyokatsu Suga. (2004). Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta :

PT. Pradnya Paramita, pp:7-9

Putranto, A., Prasetyo, A., & Zatmiko, A. (2011). Rancang Bangun Turbin Angin Vertikal untuk

Penerangan Rumah Tangga. Universitas Diponegoro.

Atmadi, S., & Fitroh, A. J. (2008). Pengembangan Metode Parameter Awal Rotor Turbin Angin

Sumbu Vertikal Tipe Savonius. Peneliti Pusat teknologi Dirgantara Terapan (LAPAN).

Jurnal Teknologi Dirgantara Vol.6 No.6. 41-50