## INFO TEKNIK

## PENGARUH PUTARAN TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL KOMBINASI PEMBERAT BOLA PEJAL

## Firda Herlina, Mujiburrahman, Adi Asyari
Program Studi S1 Teknik Mesin Universitas Islam Kalimantan (Uniska) Muhammad Arsyad Al Banjari Email: tanyafirda@gmail.com; mujiburrahman.ltr@gmail.com ; asyariadi788@gmail.com

## ABSTRACT
Along with the increase in population is directly proportional to the need for energy sources both to support people's lives and the increase in the industrial sector in Indonesia. One of the most widely used sources of electricity is wind. Wind turbines are very sensitive to the wind speed they receive, as a result of fluctuations in wind speed that affect wind rotation speed. For this reason, the author has the idea to combine a wind turbine with a solid object turbine,  it  is  hoped  that  the  combination  can  produce  more  consistent  rotation.  The  tool used is a wind turbine combined with solid blade ball weights 8, 9 and 10 and ballast of 10 gr, 20 gr and 30 gr for each blade and wind speeds of 3.3 m / s, 3.6 m / s and 3.9. m / s with the experimental research method, the experiment was carried out 3 times in each tool for ± 2  minutes  which  was  expected  to  produce  a  combination  of  the  variables  studied  in  the form  of  a  turbine  with  the  maximum  rotational  speed  and  the  most  consistent  rotation. From these experiments, it was found that a turbine with 10 blades, a weight of 10 gr at a wind speed of 3.9 m / s had the fastest rotation, namely 116.43 rpm while a 9 blade turbine with  a  weight  of  30  gr  at  all  three  wind  speeds  was  the  turbine  with  the  most  consistent rotation, namely the difference between the top and bottom rotation is 2.53 rpm.
Key words: turbine, solid, speed, consistency and rotation

## 1. PENDAHULUAN
Seiring dengan peningkatan jumlah penduduk yang berbanding lurus dengan keperluan akan sumber energi baik untuk menunjang kehidupan masyarakat maupun peningkatan dari sektor  industri  yang  berada  di  Indonesia,  saat  ini  pasokan  energi  hanya  disuplay  dari Perusahaan  Listrik  Negara  (PLN).    PLN  sebagai  perusahaan  tunggal  distributor  listrik Negara tidak dapat mengimbangi kebutuhan tersebut dikatenakan terbatasnya baik sumber daya  alam  sebagai  sumber  energi  maupun  sumber  daya  manusianya,  akibat  tidak seimbangnya  permintaan  dengan  produksi  energi  listrik  yang  dapat  dipenuhi mengakibatkan terjadinya pemadaman listrik secara bergilir utamanya pada beban puncak. Keperluan  akan  listrik  yang  semakin  lama  semakin  besar,  maka  satu-satunya  cara  untuk memenuhi  hal  tersebut  diperlukan  adanya  pembangkit-pembangkit  listrik  terbaru khususnya  pada  daerah  pedalaman  agar  dapat  memanfaatkan  energi  terbarukan  sebagai sumber pembangkit listrik.
Salah  satu  yang  paling  banyak  digunakan  sebagai  sumber  pembangkit  listrik  yaitu angin.  Turbin  angin  merupakan turbin  yang memanfaatkan angin  sebagai  penggerak  yaitu memanfaatkan  energi  dari  angin  untuk  mengkonversikannya  sebagai  penggerak  yang selanjutnya  memproduksi  listrik  dari  generator  yang  dirangkaikan  keporos  turbin  yang berputar,  dengan  kata  lain  turbin  merupakan  alat  untuk  menyerap  energi  kinetik  angin menjadi  energi  mekanis.  Terdapat  beberapa  kelompok  klasifikasi  kecepatan  angin, klasifikasi  kecepatan  angin  pada  kelompok  3  yaitu  antara  12  Km/jam  –  19,5  Km/jam merupakan  batas  minimum  dan  kecepatan  angin  kelompok  8  yaitu  antara  61,6  Km/jam  – 74,5  Km/jam  ialah  merupakan  batas  maksimum  dalam  pemanfaatan  angin,  sedangkan untuk wilayah Kota Banjarmasin mempunyai kecepatan antara 9 Km/jam – 30 Km/jam, hal tersebut  disebabkan  letak  geografis  Kota  Banjarmasin  yang  jauh  dari  pesisir.  Untuk pemanfaatan  energi  angin  di  Banjarmasin  secara  umum  permasalahan  yang  timbul  yaitu rendahnya kecepatan angin dan fluktuasi kecepatan angin.
Sesuai  identifikasi  masalah  yang  dipaparkan  diatas,  pada  penelitian  ini  yang  menjadi pokok  pembahasan  adalah  bagaimanakah  pengaruh  variasi  jumlah  sudu  terhadap  jumlah putaran dan konsistensi putaran yang dihasilkan, bagaimanakah pengaruh variasi kecepatan angin  akan  menghasilkan  jumlah  dan  konsistensi  putaran  dan  bagaimanakah  variasi pemberat dapat mempengaruhi putaran turbin agar dapat menghasilkan jumlah putaran dan konsistensi puataran.
Penelitian  ini  bertujuan  antara  lain  untuk  mendapatkan  prototipe  turbin  angin  sumbu horizontal  kombinasi  bola  pejal  yang  memiliki  jumlah  sudu  dengan  tujuan  menghasilkan jumlah  dan  konsistensi  putaran  yang  optimal,  untuk  menentukan  kecepatan  angin  agar diperoleh  jumlah  dan  konsistensi  putaran  maksimal  dan  Agar  menghasilkan  jumlah  dan konsistensi puataran optimal pada turbin dengan pemberat.
Diharapkan  dari  penelitian  ini  mempunyai  manfaat  yaitu  dapat  memberikan sumbangsih pemikiran dan data terkait pengaruh penambahan pemberat pada turbin  angin sumbu horizontal terhadap putaran turbin dan konsistensi putaran dan Dari hasil penelitian ini  diharapkan  dapat  menambah  wawasan  dan  pengetahuan  bagi  penulis  terkait  dengan modifikasi turbin angin.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
Turbin  angin  sangat  sensitif  terhadap  kecepatan  angin  yang  diterimanya,  akibat  dari fluktuasi kecepatan angin berimbas terhadap kecepatan putaran turbin tidak stabil. Momen gaya (torsi)  adalah  suatu  besaran  yang  menyatakan  besarnya gaya yang  bekerja  pada sebuah benda sehingga benda tersebut melakukan gerakan rotasi.
Dengan  ditambahkan  bola  pejal/  gaya  (F)  pada  setiap  lengan  sudu  turbin  angin  yang berputar  mengakibatkan  bola  pejal  tersebut  bergerak  mengikuti  putaran  turbin  yaitu  pada posisi  lengan  turbin  turun  maka  bola  pejal  bergerak  menjauhi  poros,  sebaliknya  apabila
lengan  turbin  bergerak  naik  maka  bola  pejal  bergerak  mendekati  poros.  Dengan  adanya perbedaan  posisi  bola  pejal  pada  sisi  kanan  dan  kiri  turbin  mengakibatkan  timbulnya momen gaya.
Atas  hal  tersebut  penulis  mempunyai  gagasan  untuk  melakukan  penelitian  terhadap turbin  angin  yang  dikombinasikan  dengan  bola  pejal  untuk  mengetahui  pengaruh penambahan bola pejal terhadap kecepatan putaran dan konsistensi putaran.
Identifikasi masalah dalam penelitian ini adalah belum adanya penelitian mengenai hal terebut  dan  belum  diketahui  pengaruh  penambahan  bola  pejal  pada  turbin  angin  terhadap putaran turbin.

## 3. METODE PENELITIAN
Tahapan Penelitian
Adapun  tahapan  penelitian  pembuatan  skripsi  ini  dapat  digambarkan  sesuai  dengan flowchart berikut:
Gambar 1. Tahapan Penelitian

## Waktu dan Tempat Penelitian
 Penelitan dilaksanakan pada hari senin tanggal 2 Juli.
 Proses  pembuatan  dan  pengujian  alat  turbin  horizontal  kombinasi  pemberat dilaksanakan di Bengkel Teknik Mesin Banjarmasin.
Peralatan dan Bahan
 Peralatan
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
- Tachometer
- Anemometer
- Kipas angin
 Bahan
- Besi silinder diameter 0,9 cm dan panjang 10 cm
- Aluminium plat tebal 0,03 cm
- Aluminium profil kotak berongga panjang 20 cm
- Pipa besi diameter 5 cm
Gambar 2. Alat Percobaan Sumber : Koleksi Pribadi
Metode Penelitian
Metode  dari  penelitian  ini  dilakukan  dengan  metode  eksperimen,  yaitu  dengan melakukan  pengamatan  percobaan  disetiap  model  turbin,  dari  percobaan  tersebut diharapkan  menghasilkan  data  yaitu  putaran  turbin  kemudian  dari  data  tersebut  dianalisa sesuai rumusan masalah penelitian diatas dan sampai kepada tujuan penelitian.
Parameter Penelitian dan Variabel Bebas
Untuk parameter dan variabel bebas dari penelitian ini adalah:
 Parameter penelitian berupa kecepatan putaran turbin.
 Variabel bebas:
- Jumlah sudu yaitu 8, 9 dan 10 sudu
- Kecepatan angin yang diterima turbin
- Pemberat 10 gr, 20, gr dan 30 gr

## Prosedur Penelitian
 Persiapan  alat  penunjang  berupa  tachometer,  anemometer,  penggaris  busur  dan  kipas angin stand serta bahan model turbin.
 Rangkaikan lengan dengan sayap sudu lengkung dengan sudut 15 o.
 Rangkaikan  poros,  cakram  dan  lengan  sudu  turbin  angin  poros  horizontal  sesuai keperluan eksperimen dengan simulasi gambar sebagai berikut:

## Gambar 3. Simulasi Permukaan Turbin
Sumber : Koleksi Pribadi
 Selanjutnya  gunakan  anemometer  untuk  mengukur  kecepatan  angin  pada  permukaan turbin dan tachometer untuk mengukur kecepatan turbin yang dihasilkan.
 Setiap model turbin diamati untuk input data selama ± 2 menit.
 Pengambilan data eksperimen kecepatan turbin setiap model turbin sebanyak 3 kali.
 Setelah  pengambilan  dan  analisa  selesai  diharapkan  didapat  kesimpulan-kesimpulan serta saran untuk pengembangan penelitian ke depan.

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Percobaan.
Dari  3  kali  percobaan  disetiap  model  turbin  didapat  hasil  rata-rata  percobaan  sebagai berikut:
Tabel 1. Kecepatan Putaran
Gambar 4. Hubungan Antara Sudu, Kecepatan Angin Dan Pemberat
- 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 Tan p a 10 g r 20 g r 30 g r Tan p a 10 g r 20 g r 30 g r Tan p a 10 g r 20 g r 30 g r Sudu 8 Sudu 9
Sudu 10
Kecepatan angin (m/s) 3,3 Kecepatan angin (m/s) 3,6
Kecepatan angin (m/s) 3,9 Rpm Titik berat Kecepatan angin (m/s) 3,3 3,6 3,9 Sudu 8 Tanpa 88.30 91.97 103.10 10 gr 90.30 95.27 106.37 20 gr 71.43 75.03 79.87 30 gr 26.93 29.03 31.33 Sudu 9 Tanpa 96.47 98.37 107.60 10 gr 98.30  101.27 111.33 20 gr 69.30 71.73 74.80 30 gr 23.43 25.00 25.97 Sudu 10 Tanpa  103.67  106.70 112.83 10 gr  105.73  109.03 116.43 20 gr 74.40 78.03 82.43 30 gr 31.13 33.73 34.90

## Analisa Data
Dari  hasil  penelitian  diatas  dapat  dilakukan  analisa  data  sesuai  dengan  tujuan penelitian yaitu pengaruh jumlah sudu, kecepatan angin dan titik berat terhadap kecepatan putaran dan konsistensi putaran.
 Kecepatan Putaran
Sesuai  data  hasil  penelitian  diatas  diperoleh  bahwa  kecepatan  putaran  turbin maksimal terjadi pada turbin 10 sudu, kecepatan angin 3,9 m/s dan pemberat 10 gr.
- Turbin  10  sudu  mempunyai  kecepatan  maksimal  dikarenakan  mempunyai permukaan sayap sudu lebih besar yang diterpa angin daripada turbin 8 sudu  dan 9 sudu.
- Kecepatan angin 3,9 m/s mempunyai kecepatan putar turbin maksimal dikarenakan debit angin  yang melewati sayap sudu turbin paling besar dibandingkan  kecepatan angin 3,3 m/s dan 3,6 m/s. jadi semakin cepat kecepatan angin maka semakin cepat pula putaran turbin yang dihasilkan.
- Kecepatan  putaran  maksimal  turbin  pada  variabel  titik  berat  dipengaruhi  antara momen  gaya/  torsi    dan  gaya  sentripugal,  hal  tersebut  mengakibatkan  adanya anomali  dimana  turbin  dengan  pemberat  10  gr  disetiap  sudunya  mempunyai kecepatan  paling  tinggi  dibandingkan  tanpa  pemberat  dan  mempunyai  selisih  jauh dengan turbin dengan pemberat 20 gr dan 30 gr disetiap sudunya
 Konsistensi Putaran
Dilihat dari data hasil penelitian dengan kecepatan angin yang berbeda dapat dilihat bahwa  turbin  yang  mempunyai  konsistensi  putaran  paling  baik  dimiliki  oleh  turbin  9 sudu dan pemberat 30 gr.

## Tabel 2.Konsistensi Putaran
Konsistensi  putaran  dapat  dilihat  nilai  terkecil  dari  delta/selisih  antara  putaran  turbin terbesar dengan terkecil dengan nilai 2,30 m/s.
- Sesuai  dengan  perhitungan  momen  gaya/  torsi  turbin  diatas,  pada  turbin  9  sudu mempunyai  nilai  momen  gaya  paling  kecil  dibanding  turbin  lainya  dengan  kata  lain bahwa  momen  gaya  nya  berpengaruh  negatif  terhadap  putaran  turbin,  hal  inilah  yang mengakibatkan putaran turbin tidak jauh berbeda antara variabel lainnya.
- Turbin  dengan  pemberat  30  gr  disetiap  sudunya  mempunyai  nilai  momen inersia/kelembaman  paling  tinggi  beban  paling  besar  sehingga  turbin  memiliki kecendrungan untuk mempertahankan keadaan diamnya.

## 5. KESIMPULAN
Dari  hasil  penelitian  kecepatan  putaran  turbin  angin  sumbu  horizontal  kombinasi pemberat bola pejal yang telah dilakukan, dapat ditarik beberapa kesimpulan sesuai dengan sebagai berikut:
 Pada penambahan sudu pada model turbin ini mempengaruhi kecepatan dan konsistensi putaran  turbin  yaitu  turbin  dengan  10  sudu  mempunyai  putaran  paling  besar dibandingkan  turbin  yang  lainnya  dengan  rata-rata  kecepatan  82,42  rpm,  hal  tersebut dapat disebabkan besarnya luas penampang sayap sudu yang diterpa angins sedangkan turbin dengan sudu 9 mempunyai putaran paling konsisten dibanding turbin yang lainya dengan  delta  kecepatan  putaran  rata-rata  6,33  rpm,  hal  tersebut  dikarenakan  pengaruh torsi pada turbin.
 Pada kecepatan angin 3,9 m/s mempunyai rata-rata kecepatan putaran turbin maksimal dengan  82,25  rpm  dan  konsistensi  putaran  dengan  delta  putaran  atas  dan  bawah  6,48 rpm, hal tersebut dapat disebabkan debit angin yang melewati sayap sudu.
 Pengaruh  penambahan  berat  pada  model  turbin  ini  mempengaruhi  baik  kecepatan maupun  konsistensi  putaran  bahwa  kecepatan  putaran  maksimal  ditunjukkan  pada turbin  dengan  pemberat  10  gr  dengan  kecepatan  putaran  rata-rata  103,78  rpm dibandingkan  dengan  turbin  pemberat  lainnya,  hal  tersebut  dikarenakan  pada  saat percobaan  turbin  tersebut  gaya  sentripugal  bekerja  yang  tidak  terjadi  pada  turbin lainnya sedangkan turbin pemberat 30 gr mampunyai putaran paling konsisten dari pada turbin 10 gr dan 20 gr dengan nilai delta putaran 4,16 rpm, hal tersebut didapat karena massa pada turbin tersebut paling berat diantara turbin lainnya.

## DAFTAR PUSTAKA
De  Vries,  Pieter,  Mark  Coners.  2010. Buku  Panduan  Energi  Yang  Terbarukan. Jakarta. Penerbit PNPM
Cunayah,  Cucun,  Irawan,  Etsa,  Indra.  2013. Bimbingan  Pemantapan  Fisika .  Bandung. Penerbit Yrama Widya
Prambanan, MCP. 2017. Makalah Bab Turbin di https://mcpprambanan.wordpress.com
Kholid  Yusuf.  2015.  Penentuan  Koefisien  Momen  Inersia  dengan  Video  Analisis. Prosiding Seminar Nasional Fisika dan Pendidikan Fisika (SNFPF)  Ke-6 2015. 6 (1): 174-178.
Richard Pietersz. Rudy Soenoko. Slamet Wahyudi. 2013. Pengaruh Jumlah Sudu Terhadap Optimalisasi Kinerja Turbin Kinetik Roda Tunggal. Jurnal Rekayasa Mesin. 4 (3): 220-226.
Haris  Rosdianto.  2017.  Penentuan  Percepatan  Gravitasi  Pada  Gerak  Jatuh  BebasDengan Memanfaatkan Rangkaian Relai. Jurnal Fisika dan Aplikasinya . 2 (2): 107-112.
Sutra Angga Wijendra. Aris Ansori. 2017.  Kemiringan Sudut Biling-Baling Turbin Angin Sumbu  Horizontal dan Kecepatan Angin  Terhadap Performa Turbin Angin Sumbu Horisontal. Jurnal Teknik Mesin (JTM) . 05 (01): 119-124.
Rahmat Nanang, Gunarto, Eko Sarwono.2017. Studi Eksperimental Berbagai Macam Jenis Sudu Turbin Angin Sumbu Horizontal Skala Laboratorium di http://repository.unmuhpnk.ac.id
(http://jendeladenngabei.blogsopt.co.id/2012/11/pembangkit-listrik-tenaga-bayu- angin.html
( http://peristiwa-fisika.blogsopy.co.id/2017/07/moment-gaya.html).
(http://fisikazone.com/torsi/) .