Studi Pengembangan Model Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) Savonius Tipe U dengan Penambahan Fin pada Sudu Menggunakan Pendekatan CFD

Transkripsi

1 1 Studi Pengembangan Model Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) Savonius Tipe U dengan Penambahan Fin pada Sudu Menggunakan Pendekatan CFD Wahyu Devi Hapsari Wijayanti, Ridho Hantoro dan Gunawan Nugroho Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 6111 hantoro@ep.its.ac.id gunawan@ep.its.ac.id Abstrak Penelitian ini difokuskan pada VAWT Savonius karena turbin angin ini dapat bekerja dengan baik dengan profil kecepatan angin di Indonesia yang rendah dan fluktuatif, namun efisiensi turbin ini masih rendah. Oleh karena itu dilakukan modifikasi dengan melakukan penambahan fin dengan variasi pemasangan secara horisontal dan secara vertikal. Penambahan fin diharapkan mampu meningkatkan nilai delta drag positif sehingga efisiensinya meningkat. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan pendekatan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk mengetahui distribusi tekanan, dan distribusi kecepatan serta efek wake pada turbin sehingga didapatkan variasi dengan performansi terbaik. Berdasarkan analisa yang telah dilakukan didapatkan bahwa performansi terbaik dari pemodelan VAWT Savonius dimiliki oleh variasi penambahan horisontal dengan nilai Cp maksimum mencapai Self-start terbaik dimiliki oleh variasi yang mampu melakukan self-start pada kecepatan 1.3 m/s. Distribusi tekanan di sekitar fin yang paling besar dimiliki oleh variasi penambahan fin secara vertikal, serta efek wake terbesar dimiliki oleh variasi yang disusun secara vertikal. Kata Kunci fin, Computational Fluid Dynamics (CFD), Cp, Savonius. P I. PENDAHULUAN ADA saat ini dunia sedang dilanda krisis energi. Permasalahan energi ini juga dialami oleh Indonesia. Cadangan minyak Indonesia adalah sekitar 9 miliar barel [1] dan diperkirakan akan segera habis apabila tidak dilakukan konversi bahan bakar minyak ke sumber energi lain. Salah satu jenis energi alternatif yang patut untuk mendapatkan perhatian adalah energi angin. Berdasarkan Blueprint Pengelolaan Energi Nasional 6-5, potensi energi angin di Indonesia adalah setara dengan 9,9 GW, sementara plant yang sudah ada saat ini baru berkapasitas,5 MW [1]. Nilai tersebut tentu saja jauh dari kapasitas potensi energi angin yang ada. Permasalahan yang ada di Indonesia adalah profil kecepatan anginnya yang rendah sehingga tidak memungkinkan untuk pembangkitan skala besar. Berdasarkan peta kelas kecepatan angin Indonesia (Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional / LAPAN), Indonesia memiliki kecepatan angin yang berkisar antara 5,6 m/s. Oleh karena itu diperlukan sistem konversi energi angin (SKEA) yang sesuai dengan profil kecepatan angin yang rendah. Penelitian ini difokuskan pada SKEA dengan VAWT Savonius karena turbin angin ini dapat bekerja dengan baik dengan profil kecepatan angin di Indonesia yang rendah dan fluktuatif. Turbin Savonius merupakan VAWT jenis drag device. Efisiensi tipe Savonius memang cukup rendah apabila dibandingkan dengan turbin angin lainnya, namun jenis VAWT ini memiliki beberapa keunggulan antara lain fabrikasi yang sederhana, dapat menerima angin dari segala arah, noise yang rendah dan tidak memerlukan komponen perlindungan terhadap kecepatan putar tinggi (overspeed rotation). Selain itu juga memiliki starting torsi yang baik dan kemampuan self-start yang baik untuk kecepatan angin yang rendah sehingga memiliki performansi yang baik untuk pembangkitan skala kecil [] [3] [4] [5]. Untuk mendapatkan efisiensi yang baik, telah dilakukan beberapa jenis modifikasi yang diantaranya adalah penambahan end plate, modifikasi pada geometri dan bentuk profil sudu, penambahan jumlah stage, penggunaan valve, dan lain sebagainya [4]. Dalam usulan penelitian tugas akhir ini digunakan VAWT Savonius dengan dua sudu dengan pengembangan berupa penambahan fin atau sirip pada sudu. Variasi yang dilakukan adalah pada jarak antar fin dan cara penyusunan fin yaitu secara horisontal dan vertikal. Penambahan fin ini diharapkan mampu memfokuskan tekanan pada sudu sehingga perbedaan tekanan antara kedua sudu dapat ditingkatkan. Tekanan pada kedua sudu tersebut berpengaruh pada net force yang terjadi pada turbin. Net force merupakan selisih antara gaya drag positif yang diekstraksi oleh sudu yang menghadap arah angin dengan drag negatif dari sudu yang memunggungi arah angin. Semakin besar nilai delta drag positif dari turbin tersebut, maka energi yang diekstraksi dari angin akan semakin besar pula. Dengan demikian dapat meningkatkan efisiensi turbin angin. Penelitian tugas akhir ini akan dilakukan melalui simulasi dengan menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD) dengan data awal yang berasal dari pengukuran langsung di

2 lapangan. CFD digunakan untuk memodelkan distribusi tekanan dan aliran udara pada turbin angin Savonius, yang kemudian digunakan untuk menganalisa performansi dari masing-masing variasi sehingga didapatkan konfigurasi yang paling optimal. Selain itu juga dilakukan analisa terhadap efek wake yang ditimbulkan oleh masing-masing variasi turbin angin tersebut. Efek ini diamati untuk memperhitungkan jarak pemasangan yang optimal apabila terdapat lebih dari satu turbin angin atau digunakan untuk windfarm. A. Alur Penelitian II. METODE PENELITIAN Langkah-langkah yang harus dilakukan dalam pengerjaan tugas akhir ini dimulai dengan studi literatur. Studi literatur dilakukan untuk mengetahui kemungkinan pemanfaatan energi angin di Indonesia, teori-teori yang berhubungan dengan pemodelan turbulensi angin dan modifikasi VAWT Savonius yang pernah dilakukan serta pengaruh masing-masing modifikasi pada performansi turbin angin. Hasil studi literatur yang telah dilakukan digunakan sebagai dasar penentuan geometri dan spesifikasi turbin angin Savonius. Dalam penelitian ini digunakan turbin angin dengan spesifikasi seperti yang ditunjukkan oleh Tabel 1 berikut ini. Tabel 1. Spesifikasi Turbin Angin Savonius Spesifikasi Nilai Tinggi sudu 1, meter Jari-jari dalam sudu,15 meter Tebal sudu,3 meter Endplate ratio 1,1 Overlap ratio % Massa masing-masing sudu 1,3 kg Bahan Sudu Komposit (Fiberglass, resin) Jumlah sudu buah Tinggi menara 3 meter Proses fabrikasi dilakukan di Workshop Energi Angin Bantul. Kemudian dilanjutkan dengan pengukuran kecepatan angin dan kecepatan angular dari purwarupa VAWT Savonius dilakukan di pinggir pantai lokasi PLTH Pantai Baru, Bantul, Jogjakarta. Lokasi ini dipilih karena terletak di pesisir selatan Pulau Jawa yang mempunyai kecepatan angin antara 4,4 5 m/s sehingga memungkinkan untuk digunakan sebagai lokasi Sistem Konversi Energi Angin (SKEA). Data hasil pengukuran kecepatan angin dan kecepatan angular tersebut selanjutnya digunakan untuk memodelkan turbin angin Savonius yang ditujukan untuk mengetahui distribusi tekanan dan aliran udara yang melewati VAWT Savonius serta menentukan nilai torsi dari turbin angin tersebut. Nilai torsi yang didapatkan dari simulasi digunakan untuk menghitung daya shaft yang dihasilkan dari putaran turbin yang didapatkan melalui persamaan (1) berikut ini, P (1) Dimana, adalah torsi dalam Nm dan adalah kecepatan putar dalam rad/s. Sedangkan energi total yang dapat diekstraksi dari angin ditunjukkan oleh persamaan () 1 3 P Av () Pada kenyataannya tidak semua daya angin yang tersedia dapat diekstrak menjadi energi mekanik. Terdapat batasan kemampuan ekstraksi energi angin dengan menggunakan turbin angin. Batasan tersebut dengan Betz limits atau Betz cofficient. Nilainya setara dengan 16/7 atau sekitar.593 yang menunjukkan bahwa turbin angin aktual tidak dapat mengekstraksi lebih dari 59,3 persen dari energi angin yang tersedia. Meskipun demikian pada prakteknya, fraksi daya yang mampu diekstraksi oleh turbin angin tidak dapat mencapai nilai tersebut [6]. Persen daya yang dapat diekstraksi oleh turbin didapatkan dari perbandingan antara daya mekanik pada shaft dengan daya angin yang kemudian disebut dengan coefficient of power. Nilai ini menunjukkan efisiensi dari turbin tersebut, atau dapat dituliskan dengan, Pshaft Cp (3) Pangin B. Simulasi CFD Tahap pre-processing Dalam tahap ini dilakukan pembuatan geometri turbin dengan menyesuaikan spesifikasi dari VAWT Savonius yang ditunjukkan oleh Gambar 1a. Turbin tersebut diletakkan didalam sebuah balok yang berfungsi sebagai boundary. Hasil dari proses pemodelan geometri ditunjukkan oleh Gambar 1b. (a) (b) Gambar 1. Pemodelan geometri turbin : (a) spesifikasi turbin, dan (b) hasil pemodelan geometri. Setelah melalui tahap pembuatan geometri dan meshing, dilakukan penentuan boundary condition dan continuum type seperti yang ditunjukkan oleh Tabel. Tahap penentuan boundary condition dan continuum type adalah tahap terakhir dalam proses pre-processing. Hasil proses ini selanjutnya diekspor ke dalam file mesh dengan ekstensi (.msh) yang akan dibaca dalam proses solving.

3 3 Tabel. Penentuan Boundary Condition dan Continuum Type Penentuan Boundary Condition Face Jenis Boundary Condition Sisi kiri boundary (input) Velocity_Inlet Sisi kanan boundary (output) Pressure_Outlet 4 sisi boundary Wall Semua sisi turbin Wall Penentuan Continuum Volume Jenis Continuum Boundary (boundary dengan Fluid rongga berupa turbin Savonius) Tahap solving Setelah dilakukan pembacaan mesh selanjutnya ditentukan parameter-parameter yang digunakan untuk menghitung kondisi-kondisi yang telah ditetapkan dalam proses pre-processing. Dalam tahap ini dilakukan penentuan satuan dan skala, penentuan jenis persamaan, penentuan material model VAWT Savonius, penentuan nilai kondisi batas, penentuan solver, penentuan error numerik (residual), serta kalkulasi sampai mencapai nilai konvergen. Solver yang digunakan adalah tipe pressure-based dan untuk velocity formulation dipilih Absolute. Simulasi dilakukan dalam keadaan transient atau berubah terhadap waktu. Tahap Post-processing Dalam tahap post-processing, hasil kalkulasi dari proses solving divisualisasikan dalam bentuk kontur, vektor, streamline, dan grafik. A. Verifikasi dan Validasi III. HASIL DAN DISKUSI Menurut Oberkampf dan Trucano (), verifikasi adalah kajian keakuratan hasil simulasi terhadap model persamaan yang digunakan, sedangkan validasi adalah kajian keakuratan hasil simulasi terhadap data eksperimen. Selain memastikan kesesuaian kondisi simulasi dengan kondisi eksperimen, proses verifikasi dan validasi juga dapat menghemat waktu dan daya komputasi dengan melakukan pemilihan jumlah grid yang sesuai. Apabila jumlah grid yang lebih besar memiliki perbedaan hasil simulasi dengan hasil eksperimen di bawah standar deviasi yang telah ditetapkan yaitu 5%, maka jumlah grid tersebut dapat digunakan [7]. Dalam penelitian tugas akhir ini, proses verifikasi dan validasi dilakukan melalui metode grid independence dan mesh sensitivity. Hasil proses ini ditunjukkan oleh Gambar di bawah ini. Berdasarkan hasil studi grid independence, dipilih persamaan k-epsilon sebagai model viscous. Model tersebut selanjutnya digunakan untuk melakukan mesh sensitivity. Jumlah grid yang memiliki deviasi paling kecil adalah 817 (interval size 1.) dan (interval size 18.) yaitu sebesar,7% dan,1935%. Meskipun jumlah grid 817 memiliki deviasi yang lebih kecil namun dalam penelitian tugas akhir ini digunakan jumlah grid Jumlah grid yang besar akan meningkatkan jumlah konsumsi waktu dan daya komputasi sehingga penggunaan grid akan lebih ekonomis dari segi waktu dan daya komputasi. deviasi (%) B. Drag, Lift, Torsi, dan Cp pada masing-masing Variasi Gaya yang diamati adalah yang searah dengan arah aliran angin atau Fx dan yang tegak lurus dengan arah datangnya angin atau Fy. Selain itu juga dilakukan analisa terhadap torsi dari masing-masing variasi. Dalam penelitian tugas akhir ini dilakukan penambahan variasi penyusunan fin secara vertikal, tujuannya adalah untuk mendapatkan prediksi gaya-gaya yang bekerja pada turbin apabila penyusunan fin-nya diubah. Variasi penyusunan fin secara vertikal difokuskan pada penambahan dan karena performansi fin tersebut dianggap paling baik. Nilai kecepatan angin dan kecepatan angular yang digunakan sebagai nilai input dalam penetapan kondisi simulasi juga menyesuaikan nilai kecepatan angin dan kecepatan angular dari variasi penyusunan dan secara horisontal. Perbandingan gaya Fx dari masing-masing variasi ditunjukkan oleh Gambar 3 di bawah ini. Gaya drag dari masing-masing variasi fin meningkat seiring dengan peningkatan. Secara umum dapat diamati bahwa variasi fin secara horisontal mampu menghasilkan gaya drag yang lebih baik daripada variasi fin vertikal. Nilai gaya drag terbaik dimiliki oleh variasi penambahan yang mencapai nilai.134 N pada kecepatan angin 5 m/s, dan mengalami selfstart pada kecepatan 1.7 m/s dengan gaya drag mencapai nilai 3.81 N. Fx (Newton) jumlah grid 3.5 mesh sensitivity Spalart-Allmaras k-epsilon standard k-epsilon RNG k-epsilon Realizable k-omega standard k-omega SST Gambar. Hasil studi grid independence. vertikal juta Gambar 3. Perbandingan gaya drag terhadap. Grafik perbandingan gaya lift dari masing-masing variasi ditunjukkan oleh Gambar 4. Sama halnya dengan gaya drag, gaya lift dari masing-masing variasi penambahan fin

4 4 meningkat seiring dengan peningkatan. Grafik gaya lift yang paling baik dimiliki oleh variasi, yang memiliki nilai N pada kecepatan 5 m/s, dan N pada kecepatan 1.3 m/s. Tanda minus menunjukkan bahwa arah vektor gaya berlawanan dengan sumbu y positif Torsi (Nm) vertikal Fy (Newton) Nilai gaya drag dan gaya lift tersebut selanjutnya digunakan untuk menentukan rasio Cd/Cl dari masing-masing variasi. VAWT Savonius merupakan jenis drag device sehingga diharapkan turbin tersebut mampu mengekstraksi gaya drag yang sebesar-besarnya dari angin. Sedangkan gaya lift yang bekerja diharapkan sekecil-kecilnya karena dapat mengganggu performansi turbin. Oleh karena itu, digunakan rasio Cd/Cl untuk menentukan variasi mana yang memiliki performansi yang paling baik seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 5. variasi penambahan secara horisontal memiliki rasio Cd/Cl yang paling besar, dengan nilai Cd/Cl maksimum pada saat kecepatan self start (1.7 m/s) atau =.11 yaitu sebesar 8.9. rasio Cd/Cl dari semua variasi memiliki nilai paling besar pada saat self start kemudian menurun terus dan mencapai nilai yang stabil setelah -nya mencapai nilai >.9. Nilai Cd/Cl ini juga berpengaruh kepada torsi yang dihasilkan oleh masing-masing variasi Cd/Cl Gambar 4. Perbandingan gaya lift terhadap. vertikal Gambar 5. Perbandingan rasio Cd/Cl terhadap. Grafik perbandingan torsi dari masing-masing variasi ditunjukkan oleh Gambar 6. Selain pada grafik gaya drag dan lift, kesamaan pola juga terjadi pada grafik perbandingan torsi dari masing-masing variasi fin. Pada Gambar 6 ditunjukkan bahwa variasi penyusunan secara horisontal memiliki torsi yang lebih baik daripada variasi penyusunan secara vertikal. Dimana torsi terbaik juga dimiliki oleh variasi yaitu Nm pada kecepatan 5 m/s atau = Gambar 6. Perbandingan torsi terhadap. Self start adalah kemampuan yang dimiliki oleh turbin untuk mulai berputar dengan sendirinya pada saat kecepatan angin mencapai kecepatan cut-in dari turbin. Dalam penelitian tugas akhir ini, penambahan fin memberikan peningkatan kemampuan self-start dari VAWT Savonius. Kemampuan self-start tertinggi dimiliki oleh variasi dan yaitu pada kecepatan 1.3 m/s. Hal ini disebabkan oleh peningkatan jumlah fin yang diikuti dengan peningkatan gaya lift yang bekerja pada turbin. Meskipun terjadi kenaikan kemampuan self-start, penambahan fin juga menurunkan kecepatan angular pada kondisi self-start. Penurunan kecepatan angular ini merupakan hal yang wajar terjadi karena dengan bertambahnya jumlah fin, massa turbin juga akan semakin berat sehingga kecepatan angularnya akan turun. Selain itu kecepatan angin yang digunakan untuk melakukan self-start yang juga semakin rendah oleh karena itu putarannya menjadi lebih pelan. Torsi yang paling tinggi dimiliki oleh variasi horisontal. Pada variasi horisontal, nilai torsi yang besar disebabkan oleh nilai gaya drag total yang besar akibat dari perbedaan tekanan yang besar antara bagian advancing dan returning dari turbin. Torsi merupakan hasil perkalian antara total gaya drag yang bekerja pada turbin dengan diameter turbin, dan karena diameter turbin konstan maka pada saat gaya drag meningkat, nilai torsinya akan semakin meningkat pula. VAWT Savonius merupakan jenis drag device sehingga diharapkan turbin tersebut mampu mengekstraksi gaya drag yang sebesar-besarnya dari angin. Sedangkan gaya lift yang bekerja diharapkan sekecil-kecilnya karena dapat mengganggu performansi turbin. Hubungan antara gaya lift dan drag diungkapkan dalam bentuk Cd/Cl. Semakin besar nilai Cd/Cl, semakin besar kemampuan turbin untuk mengekstraksi gaya drag dari angin. Nilai Cd/Cl yang paling besar dimiliki oleh turbin angin dengan penambahan horisontal. Oleh karena itu variasi ini mampu mengekstraksi gaya drag yang lebih besar daripada variasi lainnya. Semakin besar gaya drag, nilai kecepatan angular dan torsinya juga akan semakin tinggi, oleh karena itu nilai koefisien dayanya lebih tinggi. Grafik perbandingan nilai koefisien daya atau Cp dari masing-masing variasi penambahan fin ditunjukkan oleh Gambar 7 di bawah ini. Nilai Cp terbaik dimiliki oleh variasi 1 fin yaitu.1418 atau 14,18%, variasi dengan nilai

5 atau 1.834%, variasi dengan nilai.195 atau 1.95%, dengan nilai.185 atau 1.85%, dan Cp terendah dari variasi penyusunan fin secara horisontal dimiliki oleh variasi dengan nilai.974 atau 9.74%. Sedangkan pada variasi fin vertikal, nilai Cp paling tinggi dimiliki oleh variasi penambahan vertikal. Meskipun demikian nilainya masih jauh lebih rendah daripada penambahan fin horisontal dan variasi. Cp vertikal Hipotesa awal dari penelitian ini adalah dengan semakin meningkatnya jumlah fin, koefisien daya dari turbin juga akan meningkat. Namun dalam prakteknya, nilai Cp tertinggi dimiliki oleh variasi, diikuti oleh,,, dan. Rasio jarak antar fin dengan tinggi sudu (1. meter) pada masing-masing variasi horisontal adalah.5 untuk variasi,.33 untuk variasi,. untuk variasi, dan.15 untuk variasi. Dalam tugas akhir ini didapatkan bahwa rasio.5 memiliki koefisien daya yang paling baik. C. Drag, Lift, dan Torsi per Azimuth pada Variasi Penambahan secara Horisontal Variasi ini bertujuan untuk mengetahui fluktuasi gaya yang dialami turbin setiap berotasi sejauh 3 derajat. Dalam subbab ini analisa hanya dilakukan pada variasi karena memiliki nilai Cp terbaik. Grafik perbandingan gaya drag dan gaya lift per derajat azimuth dengan penambahan horisontal ditunjukkan oleh Gambar 8 dan Gambar 9. Karena turbin angin Savonius merupakan jenis drag device, diharapkan gaya lift yang terjadi pada turbin dapat ditekan sesedikit mungkin agar tidak menggangu performansi turbin. Oleh karena itu dalam simulasi ini variasi horisontal memiliki gaya drag yang paling tinggi. Fluktuasi gaya pada variasi ini menunjukkan bahwa pada sudut 9º dan 7º gaya drag yang pada turbin menunjukkan nilai paling rendah, hal ini diakibatkan karena posisi turbin segaris dengan arah angin sehingga turbin berada dalam kondisi stall. Sedangkan pada sudut º, 18º, dan 36º gaya drag berada pada puncaknya karena posisi turbin tegak lurus dengan arah datangnya angin sehingga gaya drag yang diekstraksi semakin besar. Pada Gambar 1 ditunjukkan bahwa nilai torsi tertinggi dimiliki oleh kecepatan 5 m/s yaitu pada sudut 1 dan 3 derajat dengan nilai 3,6795 Nm. Selain gaya drag dan gaya lift, torsi juga mengalami peningkatan pada saat kecepatan angin semakin meningkat. Gambar 7. Perbandingan Cp terhadap. Fx (Newton) Fy (newton) Gambar 9. Gaya lift per derajat azimuth pada turbin dengan penambahan horisontal. Torsi (Nm) Gambar 8. Perbandingan gaya drag per derajat azimuth pada turbin dengan penambahan horisontal azimuth (derajat) kecepatan 1.7 m/s kecepatan m/s kecepatan 3 m/s kecepatan 4 m/s kecepatan 5 m/s azimuth (derajat) kecepatan 1.7 m/s kecepatan m/s kecepatan 3 m/s kecepatan 4 m/s kecepatan 5 m/s Azimuth (derajat) Gambar 1. Grafik perbandingan torsi per derajat azimuth. D. Distribusi Tekanan, Kecepatan, dan Streamline kecepatan 1.7 m/s kecepatan m/s kecepatan 3 m/s kecepatan 4 m/s kecepatan 5 m/s Dari segi kontur kecepatan, aliran udara pada turbin yang langsung menuju ke udara eksternal yang paling kecil dimiliki oleh variasi horisontal. Hal ini disebabkan karena dengan semakin banyaknya jumlah fin, ruangan yang digunakan untuk menahan angin akan semakin banyak jumlahnya, sehingga udara yang keluar melewati end plate atas dan bawah dapat ditekan. Kecepatan aliran dan tekanan di sekitar fin yang paling tinggi dimiliki oleh variasi penambahan vertikal. Penyebabnya adalah dalam variasi penyusunan secara vertikal, setelah udara menabrak ruangan-ruangan yang disekat oleh fin

6 6 tidak terdapat saluran yang memungkinkan udara tersebut keluar menuju aliran di belakang turbin. Sehingga setelah menabrak turbin, aliran udara akan berbalik arah dan mengganggu aliran udara yang datang sesudahnya, oleh karena itu koefisien daya pada variasi ini paling rendah. Dalam simulasi ini, efek wake terjadi di sekitar bagian returning blade. Turbin merupakan penghalang pada aliran sehingga akan terjadi separasi aliran di belakang turbin dan mengakibatkan kecepatan aliran yang tidak sama pada masing-masing streamline, dimana streamline yang paling dekat dengan turbin memiliki kecepatan yang semakin besar, dan akan turun mendekati kondisi semula ketika semakin jauh dari turbin. Peningkatan kecepatan aliran di dekat turbin menyebabkan peningkatan nilai bilangan Reynolds, sehingga aliran yang awalnya laminar berubah menjadi turbulen dan mengakibatkan timbulnya pusaran atau vortex di belakang turbin. Vortex paling banyak terjadi pada variasi dengan penyusunan secara vertikal karena variasi ini memiliki geometri dengan efek penghalang yang paling besar pada aliran. Secara umum, penambahan fin secara horisontal memiliki performansi yang lebih baik apabila dibandingkan dengan penyusunan fin secara vertikal. Nilai gaya drag yang dimiliki oleh variasi vertikal memang lebih baik. Semakin besar gaya drag, semakin besar pula nilai kecepatan angularnya. Namun, posisi penyusunan fin tersebut menyebabkan gangguan pada gaya dorong angin yang datang sesudahnya sehingga gaya yang bekerja pada turbin akan jauh berkurang. Penurunan gaya yang bekerja pada turbin menyebabkan penurunan torsi. Hal ini juga mengakibatkan rendahnya nilai koefisien daya dari variasi penyusunan fin secara vertikal. (a) (b) (c) Gambar 11. Karakteristik aliran udara pada pada VAWT Savonius variasi penambahan horisontal : (a) distribusi kecepatan aliran udara, (b) distribusi tekanan, dan (c) streamline. IV. KESIMPULAN/RINGKASAN Berdasarkan hasil analisis data dan pembahasan, kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian tugas akhir ini adalah, 1) Performansi terbaik dimiliki oleh desain VAWT Savonius dengan penambahan fin horisontal yang memiliki rasio jarak antar fin dan tinggi turbin sebesar.5. ) Penambahan fin pada VAWT Savonius mengakibatkan kenaikan nilai Cp dan kemampuan self-start. Nilai Cp maksimum terbesar dimiliki oleh variasi penambahan 1 fin horisontal yaitu mencapai.1418 dan self-start terbaik dimiliki oleh variasi yang mampu melakukan selfstart pada kecepatan 1.3 m/s. 3) Distribusi tekanan yang paling besar dimiliki oleh variasi penambahan fin secara vertikal, namun turbulensi yang dihasilkan juga semakin besar. Sedangkan untuk variasi 1 fin horisontal, distribusi tekanan paling besar berada di daerah yang dekat dengan end plate dan kontur kecepatannya kembali normal pada jarak ± 5 meter dari turbin. 4) Wake terjadi pada bagian returning blade dan efek wake yang paling jelas teramati dimiliki oleh variasi yang disusun secara vertikal. DAFTAR PUSTAKA [1] Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral, Blueprint Pengelolaan Energi Nasional 6-5. Jakarta, Indonesia: Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral, 6. [] Ibrahim Al-Bahadly, "Building a wind turbine for rural home," Energy for Sustainable Development, vol. 13, pp , June 9. [3] M.M.A. Bhutta, N. Hayat, A.U. Farooq, Z. Ali, Sh.R. Jamil, Z. Hussain, "Vertical axis wind turbine A review of various configuration and design techniques," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 16, pp , February 1. [4] J.V. Akwa, H.A. Vielmo, A.P. Petry, "A review on the performance of savonius wind turbines," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 16, pp , March 1. [5] M.A. Kamoji, S.B. Kedare, S.V. Prabhu, "Experimental investigation on single stage modified Savonius Rotor," Aplied Energy, vol. 86, pp , 9. [6] Gary L. Johnson, Wind energy Systems. Manhatan, KS, U.S, 6. [7] Oberkampf, W. L. dan Trucano, T.G., "Validation Methodology in Computational Fluid Dynamics," -549 AIAA, June.