## OPTIMASI DESAIN BILAH DENGAN METODE LINEARISASI CHORD DAN TWIST TERHADAP PERFORMA TURBIN ANGIN SUMBU

## HORIZONTAL

## Bramandhika Augustiantyo
Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Mesin Universitas Singaperbangsa Karawang Email: 1710631150057@student.unsika.ac.id

## Reza Setiawan
Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Mesin Universitas Singaperbangsa Karawang Email: Reza.setiawan@staff.unsika.ac.id

## Oleh
Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Mesin Universitas Singaperbangsa Karawang Email: Oleh@staff.unsika.ac.id

## ABSTRAK
Turbin  angin  merupakan  salah  satu  alat  konversi  ramah  lingkungan  dengan  salah  satu komponen  utamanya  adalah  bilah.  Dalam  optimasi  bilah  perlu  diperhatikan  beberapa  parameter yaitu  chord  dan  twist.  Rancangan  desain  yang  tepat  akan  menghasilkan  bilah  yang  memiliki performa yang baik. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode simulasi dengan bantuan  perangkat  lunak.  Perangkat  lunak  yang  digunakan  adalah Microsoft  Excel dan Qblade . Adapun target yang ingin dicapai pada penelitian ini yaitu mencari desain bilah yang terbaik dengan cara optimasi menggunakan metode linearisasi chord dan twist , hasil akhirnya akan didapat grafik performansi Coefficient power (Cp) dan Tip speed ratio (TSR). Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan mendapatkah hasil bahwa bilah airfoil SG6043 Taper dengan distribusi twist dari hub adalah sebesar 10.77 hingga ujung sebesar 0.91 dan distribusi chord adalah sebesar 0.120 m pada bagian hub dan 0.042 m pada bagian pangkal. Hasil pengujian variasi linearisasi chord dan twist didapat bahwa titik linearisasi twist pada 55% dan chord pada 25% menghasilkan coefficient power (Cp) sebesar 52.6% dengan Tip speed ratio optimal sebesar 4.5.
Kata Kunci :  turbin angin skala mikro, koefisien daya (Cp),  tip speed ratio (TSR), bilah turbin, perangkat lunak Qblade

## ABSTRACT
Turbine is one of the eco-friendly conversion machines with one of the main components is the blade. In optimizing the blade, it is necessary to pay attention to several parameters, namely chords and twists. The right design design will produce blades that have good performance. The method used in this research is the simulation method with software. The software used is Microsoft Excel and Qblade. The target to be achieved in this study is to find the best blade design in an optimal way using  the  chord  and  twist  linearization  method,  the  result  will  be  a  performance  graph  of  the Coefficient power (Cp) and Tip speed ratio (TSR). Based on the results of the research that has been done, the results show that the SG6043 Taper airfoil blade with a twist distribution from the hub is 10.77 to the tip of 0.91 and the chord distribution is 0.120 m at the hub and 0.042 m at the base. The results  of  the  test  for  the  variation  of  chord  and  twist  linearization  showed  that  the  point  of
lineization of twist at 55% and chord at 25% resulted in a Power coefficient (Cp) of 52.6% with an optimal tip speed ratio of 4.5.
Keywords : micro-scale wind turbines, Power coefficient (Cp), tip speed ratio (TSR), turbine blades, Qblade software

## 1. PENDAHULUAN
Listrik  adalah  salah  satu  kebutuhan  utama  dikehidupan  ini.  Dengan  adanya  listrik  kita  bisa mengoperasikan perangkat elektronik yang ada dikehidupan sehari-hari. Seiring berjalannya waktu, permintaan  listrik  selalu  meningkat  dibandingkan  dengan  jenis  energi  lainnya.  Sektor  kelistrikan dapat meningkatkan aktivitas ekonomi diatas rata-rata, meningkatkan pendapat nasional negara dan meningkatkan kesejahteraan masyarakat [1].
Pertumbuhan  listrik  pada  tahun  2050  dipastikan  naik  hampir  9  kali  lipat.  Sesuai  PP  No.79 Tahun  2014  tentang  Kebijakan  Energi  Nasional,  indonesia  memiliki  target  bauran  EBT  paling sedikit 23% pada tahun 2025 dan 31% pada tahun 2050. Saat ini indonesia telah memanfaatkan EBT sebesar  14%  pada  tahun  2018.  Minimnya  pengembangan    serta  pemanfaatan  EBT  masih  relatif tinggi dikarenakan sulit bersaing dengan pembangkit fosil seperti batubara dan kurang didukungnya industri dalam pendanaan hingga pengembangan EBT ini [2].
Secara  geografis  indonesia  merupakan  negara  kepulauan  yang  memiliki  iklim  tropis  dan kecepatan angin itu sendiri ada direntang 2 m/s – 6 m/s yang termasuk kecepatan angin minimum [3]. Dalam hal ini indonesia memiliki keuntungan untuk mengembangkan pembangkit listrik dengan memanfaatkan angin. Angin dapat mempengaruhi performa dari turbin salah satunya pada bagian bilah  turbin  itu  sendiri.  Bilah  atau  Propeller  merupakan  salah  satu  komponen  terpenting  dalam mendesain turbin angin, bilah secara langsung menjadi bagian transisi untuk merubah angin menjadi energi gerak berupa putaran poros lalu disalurkan kepada generator untuk mengubahnya menjadi energi dalam bentuk listrik.
Di  indonesia  sudah  ada  yang  mengembangkan  dan  meriset  angin  dengan  cara  pemanfaatan energi angin menggunakan media turbin angin skala mikro. PT. Lentera Bumi Nusantara terletak di bagian  selatan  jawa  barat  tepatnya  pesisir  tasikmalaya.  Namun  turbin  angin  akan  memiliki kemampuan berbeda-beda dalam menangkap energi angin. Salah satunya adalah komponen bilah yang merupakan komponen utama dalam mengekstrak energi angin tersebut. Oleh karena itu perlu dilakukan penelitian/riset mendalam mengenai bilah turbin angin sehingga mendapatkan performa yang tinggi dan dapat menyerap angin secara maksimal.
Berdasarkan hal tersebut penulis ingin melakukan penelitian untuk mengoptimasi perancangan bilah dengan menggunakan metode variasi linearisasi chord dan twist angle pada turbin angin sumbu horizontal  menggunakan  software  Microsoft  Excel  untuk  pengolahan  data.  Lalu  dianalisa menggunakan Qblade untuk melihat performa bilah yang terjadi pada turbin angin tersebut. Dengan harapan penelitian ini dapat menjadi acuan dalam perancangan bilah turbin angin.
Angin  merupakan  salah  satu  energi  dan  dibuktikan  dalam  Hukum  kekekalan  energi  yang menyatakan bahwa energi itu tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Untuk mengubah energi angin maka dibutuhkan suatu alat konversi seperti turbin angin. Turbin angin mengubah energi angin menjadi putaran lalu disalurkan ke dalam roda gigi (jika memakai gearbox) atau ke dalam generator untuk diubah selanjutnya menjadi listrik berupa  fasa  AC.  Karena  angin  adalah  suatu  energi,  maka  energi  angin  dapat  dinyatakan  sebagai energi kinetik yaitu sebagai berikut :
E K = 1 2 mv 2 (1)
Dimana : E K = Energi kinetik (J)
m = Massa benda (kg)
v
= Kecepatan (m/s)
Berdasarkan formula diatas, maka daya sama dengan jumlah energi per satuan waktu sehingga daya angin dapat dinyatakan dalam bentuk berikut :
P angin = 1 2 ρAv 3 (2)
Dimana : P angin = Daya angin (W) ρ
=  Densitas udara = 1,225 (kg/m 3 )
v
= kecepatan udara (m/s) A = luas sapuan bilah (m 2 )
Proses  pemanfaatan  angin  dapat  dilakukan  dua  tahap.  Pertama  hembusan  angin  akan menggerakan rotor hingga berputar. putaran rotor tersebut terhubung dengan generator, output yang dihasilkan dari generator inilah yang akan digunakan berupa arus listrik. Untuk melihat potensi dari kondisi angin tersebut bisa dilihat pada tabel 1 [4].
Tabel 1. Klasifikasi Kecepatan Angin [4] Tingkat Kecepatan Angin 10 meter diatas permukaan atas
No Kecepatan Kondisi Alam di Daratan 1 0.00 – 0.02 .................. 2 0.3 – 1.5 Angin tenang 3 1.6 – 3.3 Asap bergerak 4 3.4 – 5.4 Daun bergoyang 5 5.5 – 7.9 Ranting bergoyang 6 8.0 – 10.7 Bendera berkibar 7 10.8 – 13.8 Air bergerak 8 13.9 – 17.1 Ujung pohon melengkung 9 17.2 – 20.7 Jalan berat melawan arah angin 10 20.8 – 24.4 Rumah rubuh 11 24.5 – 28.4 Pohon rubuh 12 28.5 – 32.6 Menimbulkan kerusakan parah 13 32.7 – 36.9 Tornado
Klasifikasi  angin  pada  skala 1.6  m/s  hingga  3.3  m/s  adalah  batas  minimum dan  angin pada skala 13.9 m/s hingga 17.1 m/s adalah batas maksimum energi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik.
Energi angin dapat diekstrak ke dalam bentuk lain seperti energi listrik dan energi mekanik dengan menggunakan suatu sistem konversi energi seperti turbin angin [5]. Daya adalah energi per satuan waktu dan berbanding lurus dengan kerapatan udara dan kecepatan angin, dan dapat dibentuk menjadi persamaan sebagai berikut
P = 1 2 𝜌 𝑉 3 (3)
Dimana  :
P = Daya angin (W) ρ
= Densitas udara = 1,225 (kg/m 3 ) V = Kecepatan angin (m/s)
Karena kerapatan udara memiliki perbedaan di dataran rendah dan dataran tinggi, maka energi angin di daerah pantai akan jauh lebih besar daripada di pegunungan. Ini bisa dilihat dari persamaan diatas bahwa  apabila di suatu tempat memiliki kecepatan angin 2 kali lebih cepat dari tempat itu maka tempat itu memiliki energi angin sebesar 8 kali lipat lebih besar. Oleh karena itu penentuan tempat sangat mempengaruhi angin yang dapat diserap oleh turbin angin. Daya angin maksimum dapat di ekstrak oleh sistem turbin angin dengan luas sapuan rotor (A) adalah :
P = 0.59 1 2 ρ A V 3 (4)
Dimana  :
P = Daya angin (W) ρ
= Densitas udara = 1,225 (kg/m 3 ) A
= Luas sapuan pada bilah (m 2 ) V = Kecepatan angin (m/s)
Angka  0.59  ini  disebut  Betz  Limit,  angka  tersebut  menunjukan  bahwa  efisiensi  maksimum yang dapat dicapai oleh  suatu  sistem  rotor  turbin  angin.  Pada  kenyataannya  karena  terjadi  losses gesekan  dan  losses  pada  bagian  ujung  tip  bilah,  maka  efisiensi  yang  dapat  dicapai  rotor  akan mendapatkan angka yang lebih kecil yaitu berkisar 0.45 pada keadaan maksimum. Maka daya yang dapat diserap oleh turbin angin sebagai berikut :
P = η . 1 2 ρ A V 3
(5)
Dimana  :
P = Daya angin (W) ρ
= Densitas udara = 1,225 (kg/m 3 ) A
= Luas sapuan pada bilah (m 2 ) V = Kecepatan angin (m/s) η = Efisiensi Maksimum
Seiring berkembangnya zaman, perkembangan teknologi seperti turbin angin modern hingga saat ini memiliki kualitas 100 kali lebih kuat dibandingkan beberapa tahun yang lalu [6]. Sehingga hasilnya dapat disalurkan dengan menggunakan kabel transmisi dan dapat didistribusikan ke rumah, gedung, lampu jalan, dan lain-lain. Pada gambar 1 berikut ini adalah jenis turbin angin :
Gambar 1. Turbin Angin Sumbu Horizontal (kiri) dan Sumbu Vertikal (kanan)[7]
Gambar 2. Tiga jenis Bilah Turbin Angin Sumbu Horizontal [7]
Berdasarkan jenisnya, bilah dibedakan menjadi 3 jenis yaitu sebagai berikut :
a. Taper yaitu bilah yang memiliki geometri lebar chord mengecil dari pangkal ke ujung serta cocok untuk angin berkecepatan tinggi
b. Taperless yaitu bilah  yang memiliki geometri lebar chord sama dari pangkal ke ujung serta cocok untuk angin berkecepatan sedang.
c. Inverse Taper yaitu bilah yang memiliki geometri lebar chord membesar dari pangkal ke ujung serta cocok untuk angin berkecepatan rendah.
Pemilihan geometri bilah sangat penting dalam desain perancangan, karena dapat berpengaruh terhadap putaran yang diterima oleh angin pada saat menabrak luas sapuan bilah dan disesuaikan dengan kondisi angin yang ada.

## 1.1 TIP SPEED RATIO
Tip speed ratio atau biasa disebut TSR adalah angka perbandingan dari kecepatan ujung bilah terhadap kecepatan angin yang dilewati bilah untuk berputar. Nilai TSR tip speed ratio yang tinggi dan rendah akan berpengaruh terhadap turbin angin, pada saat nilai TSR > 1 menunjukan bahwa lebih banyak bagian bilah yang mengalami gaya angkat ( lift ). Sedangkan jika pada saat nilai TSR < 1 maka lebih banyak bagian dari bilah yang akan mengalami gaya hambat. Untuk mendapatkan nilai tip speed ratio dapat menggunakan persamaan :
𝜆 = 𝑟 𝑅 𝑥 𝜆𝑅 (6)
Dimana  : λ = Tip speed ratio
r
= Tip speed ratio Parsial R = Jari-Jari Parsial (m) λR = TSR yang digunakan Untuk Angka TSR yang tinggi memiliki kelebihan dalam hal koefisien daya (Cp) dan kecepatan rotor untuk berputar. Sedangkan kelemahan adalah jika digunakan pada kecepatan angin yang sangat rendah maka dibutuhkan biaya produksi yang tinggi dan memerlukan putaran awalan yang bagus. Disisi lain untuk TSR yang rendah memiliki kelebihan dalam hal torsi yang dihasilkan tinggi, dan biaya  produksi  yang  dapat  ditekan,  sedangkan  kelemahan  dari  TSR  rendah  yaitu  koefisien  yang dihasilkan akan kecil. TSR rendah juga dapat digunakan untuk kecepatan angin rendah.

## 1.2 COEFFICIENT POWER (Cp)
Koefisien  daya  atau  lebih  sering  disebut Power  coefficient adalah  kemampuan  bilah  dalam menyerap  energi  yang  diterimanya.  Diasumsikan  jika  nilai  Cp  adalah  50%  maka  kemampuan menyerap  energi  angin  adalah  50%  yang  akan  diteruskan  menuju  rotor  generator,  sisanya  akan dibuang begitu saja. Menurut teori betz jika koefisien daya yang dihasilkan adalah 50%, maka tidak sepenuhnya dapat diserap 50%. Terjadi fenomena seperti itu karena Cp akan mengalami rugi-rugi yang berasal dari sistem. Performa dari turbin angin itu sendiri dapat dinyatakan dengan koefisien daya (Cp), dimana :
Cp = P Pangin = 1 2 ρ AU3 4a(1−a)2 1 2 ρ AU3 (7)
Dari persamaan diatas dapat disederhanakan menjadi :
Cp =  4a(1 − a) 2 (8) Dimana : Cp = Coefficient Power
a
= Induksi Aksial
Perancangan  bilah  dibutuhkan  beberapa  parameter-parameter,  salah  satunya  adalah menentukan kapasitas energi listrik yang akan dihasilkan dan efisiensi dari sistem tersebut. Dalam
buku  “Windpower  Workshop”  yang  ditulis  oleh  Piggot  H.  pada  tahun  1997  energi  angin  dapat dikonversikan  turbin  angin  dengan  nilai Power  coefficient (Cp)  sebesar  59.3%  akan  tetapi  pada kenyataannya akan mengalami rugi-rugi yang berasal dari sistem seperti loss dari generator, loss Controller serta komponen lainnya dan ini berdasarkan teori betz [9].
Perancangan bilah dimulai dengan menentukan efisiensi berdasarkan asumsi yang berasal dari Qblade. Jika kita memasukan suatu airfoil maka akan muncul grafik efisiensi bilah. Seluruh nilai efisiensi tersebut dikalkulasikan berdasarkan kenyataannya, dengan asumsi bilah dan komponennya maka  dapat  dicari  dengan  mengalikan  efisiensi  sistem  seperti 𝜂 bilah, 𝜂 transmisi, 𝜂 generator, 𝜂 controller.
Selanjutnya daya angin yang dibutuhkan untuk menghasilkan daya listrik. Diasumsikan daya listrik sebesar 500 W, nilai daya listrik ini disesuaikan dengan generator yang dipakai yaitu TSD- 500  yang  artinya  The  Sky  Dancer  dengan  kapasitas  500  W,  maka  dengan  efisiensi  yang  telah diketahui sebelumnya maka dapat ditemukan daya angin tersebut dengan menggunakan persamaan :
𝑊𝑎 = 𝑊𝑒 𝐾 (9) Dimana : Wa = Daya Angin (W) We
= Kapasitas daya listrik (W) K = Efisiensi Sistem Keseluruhan
Setelah daya angin tersebut telah diketahui dari rumus tadi, selanjutnya mencari luas sapuan bilah. luas sapuan tersebut merupakan area yang akan dilewati oleh angin dan mendorong bagian bilah tersebut. Berdasarkan teori jika luas sapuan semakin besar maka energi angin yang diterima akan  besar,  sebaliknya  jika  luas  sapuan  semakin  kecil  maka  energi  angin  yang  akan  kecil.  Luas sapuan tersebut dapat dicari menggunakan rumus sebagai berikut :
𝐴 = 2 𝑊𝑎 𝜌 𝑣𝑚𝑎𝑥3 (10) Dimana : A
= Luas sapuan bilah (m 3 )
Wa = Daya angin (W) ρ
= Densitas udara = 1,225 (kg/m 3 ) Vmax = Kecepatan angin maksimum (m/s)
Luas  sapuan  telah  didapat,  selanjutnya  mencari  jari-jari  bilah.  Dan  dapat  ditentukan menggunakan rumus sebagai berikut :
𝑅 = √ 𝐴 𝜋 (11) R = jari-jari bilah (m) A = luas sapuan bilah (m 2 )
Setelah didapat jari-jari bilah, selanjutnya menentukan parameter yang akan dirancang meliputi airfoil yang dipakai, TSR, nilai Cl/Cd, nilai chord atau lebar dari bilah tersebut, dan jumlah bilah yang dipakai. Setelah ditentukan parameter tersebut maka dapat perkiraan perancangan bilah dengan mencari  pembagian  elemen  pada  bilah.  Pada  PT.  Lentera  Bumi  Nusantara  pembagian  elemen berkisar 10 elemen, tetapi jika ingin mendapatkan nilai yang lebih spesifik bisa memakai pembagian elemen lebih dari 10. Rumus pembagian elemen tersebut dapat dituliskan sebagai berikut :
𝑟 = 0,25 + [( 𝑅−0.25 𝑛 )  𝑥 (𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛)] (12)
Dimana :
r
= Jari-jari parsial (m)
R
= Jari-jari yang digunakan (m) n = Jumlah elemen keseluruhan Setelah didapat elemen, selanjutnya menentukan nilai Tip speed ratio untuk turbin angin. Pada buku “Windpower Workshop” yang ditulis oleh Piggot H. pada tahun 1997, dalam referensi tersebut
dipaparkan tabel meliputi tip speed ratio , jumlah bilah, dan penggerak dari turbin itu sendiri. Dapat dilihat pada tabel 2 berikut:
Tabel 2. Nilai Tip speed ratio [11] TSR Jumlah Bilah Penggerak 1 6 – 20 Slow pumps 2 4 – 12 Faster pumps 3 3 – 6 Dutch 4-bladed 4 2 – 4 Slow generator 2 – 8 2 – 3 Generator 8 - 15 1 – 2 Fastest possible
Untuk mencari nilai tip speed ratio parsial dapat menggunakan rumus
𝜆𝑟 = 𝑟 𝑅 𝑥 𝜆𝑅 (13) Dimana : λr = Tip speed ratio Parsial r
= Jari-jari parsial (m) R = Jari-jari yang digunakan yaitu 0.8 meter λR = Tip speed ratio yang digunakan yaitu 7 Selanjutnya menentukan chord karena dalam penelitian ini adalah berjenis taper dimana di tiap elemennya memiliki lebar berbeda-beda, jenis bilah taper ini dipilih dengan keadaan di lapangan yaitu  12  m/s  berdasarkan  penelitian  terkait  potensi  angin  di  pesisir  jawa  [8].  Karena  angin  yang digunakan  adalah  12  m/s  maka  berdasarkan  jenis  bilah  yang  ada,  taper  adalah  yang  paling  tepat karena  cocok  untuk  angin  berkecepatan  tinggi.  Setelah  didapat  nilai  tip  speed  ratio  selanjutnya menghitung jumlah chord dengan persamaan :
𝐶𝑙 = 16𝜋 𝑥 𝑅 𝑥 ( 𝑅 𝑟 ) 9𝜆2 𝑥 𝐵 𝑥 𝐶𝑟 (14)
Dimana  :
B = Jumlah bilah yang digunakan Cr
= jumlah chord (m) Setelah didapatkan lebar chord di setiap elemennya maka kita selanjutnya menentukan sudut aliran udara alpha dan dapat menggunakan rumus sebagai berikut :
∅ = 2 3 tan −1 1 𝜆𝑟 (15) Dimana : ∅ = Flow angle / sudut alir (Degree) λr = Tip speed ratio parsial
Sedangkan untuk sudut aliran udara beta dapat dicari menggunakan sudut aliran udara alpha dengan  melihat  grafik  pada  software  Qblade.  Setelah  didapat  sudut  aliran  beta  selanjutnya menghitung sudut puntir dapat dihitung menggunakan persamaan :
𝛽 =  ∅ −  𝛼 (16) β = Puntiran / Twist (deg) ∅ = Sudut Aliran (deg)
α
= Angle of Attack (deg)
Nilai puntiran tersebut sangat mempengaruhi dalam perancangan bilah, karena hingga tahap ini  akan  mendapatkan  puntiran  yang  sangat  ekstrim  maka  digunakanlah  linearisasi  di  tiap elemennya. Linearisasi dianalisa tiap elemen untuk mendapatkan karakteristik yang optimal dengan menghitung persen dari jumlah bilah tersebut. Untuk mendapatkan hasil yang lebih maksimal maka elemen harus dibagi sekecil mungkin. Hasilnya adalah linearisasi dapat mempengaruhi nilai Cp dan TSR dari bilah tersebut. Dalam penelitian ini akan dilakukan linearisasi untuk twist dan chord nya. Sebagai contoh jika ingin dilinearisasi 50% dari bilah tersebut maka titik elemen diambil dari bagian
tengah geometri bilah. Lalu nilai tersebut didapat dari persamaan yang dikeluarkan oleh excel dan dapat dihitung untuk melihat karakteristik Cp dan TSR nya.
Bilah  perlu  dilakukan  linearisasi  karena  dapat  memudahkan  proses  manufaktur  bilah. Linearisasi  juga  ditentukan  dengan  menggunakan  persen  per  satuan  panjang  bilah.  Berdasarkan penelitian  yang  telah  dilakukan  oleh  Saoke  (2015),  Metode  linearisasi  dilakukan  dengan menggunakan panjang bilah dan titik yang akan dilakukan lineariasi. Dari  titik yang telah dipilih dapat  diolah  menggunakan  beberapa  aplikasi  salah  satunya  adalah  excel,  karena  yang  akan digunakan adalah persamaan yang dikeluarkan oleh trendline grafik tersebut. Pemilihan titik untuk dilinearisasi  harus  dilakukan  dengan  sangat  hati-hati  karena  keputusan  yang  buruk  dapat mempengaruhi efisiensi rotor [10].

## 2. METODE PENELITIAN
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode simulasi dengan bantuan perangkat lunak. Perangkat lunak yang digunakan adalah Microsoft Excel dan Q blade . Adapun target yang ingin  dicapai  pada  penelitian  ini  yaitu  mencari  desain  bilah  yang  terbaik  dengan  cara  optimasi menggunakan metode linearisasi chord dan twist , hasil akhirnya akan didapat grafik performansi Coefficient power (Cp) dan Tip speed

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Geometri bilah memiliki parameter-parameter yang akan digunakan dalam perancangan. Ada dua parameter yang digunakan yaitu variabel tetap yang akan dihitung dan variabel bebas. variabel yang  ditetapkan  yaitu  kapasitas  daya  listrik  yang  digunakan,  efisiensi  sistem  (bilah,  transmisi, generator,  controller),  jumlah  bilah  yang  digunakan, Tip  speed  ratio dan  karakteristik  angin berdasarkan  letak  geografis  tersebut.  Sedangkan  airfoil  digunakan  sebagai  variabel  bebas.  Pada parameter awal ini dilakukan penentuan besar kapasitas listrik yang dibutuhkan, kapasitas listrik ini ditentukan  oleh  pendesain  generator  dan  kapasitas  tersebut  berpengaruh  terhadap  ukuran  dan dimensi bilah. Dalam penelitian ini digunakan daya listrik maksimal yang akan dihasilkan adalah sebesar  500  W  pada  kecepatan  angin  12  m/s.  Nilai  daya  listrik  ini  disesuaikan  dengan generator yang  dipakai  yaitu  TSD-500  yang  artinya  The  Sky  Dancer  dengan  kapasitas  500  W,  serta  nilai kecepatan angin disesuaikan dengan keadaan di lapangan yaitu 12 m/s berdasarkan penelitian terkait potensi angin di pesisir jawa [8]. Maka parameter tersebut dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Parameter dan Karakteristik Airfoil SG6043 Kapasitas daya listrik Efisiensi Daya angin V max Bilah  Generator  Transmisi  Controller Sistem 500 0.3 0.9 0.9 0.9 0.219 2286.24 12 0.4 0.292 1714.68 Massa jenis udara (ρ) Luas sapuan (A) Jari-jari (R) Jari-jari yang digunakan (R) 1,225 2.160 0.83 0.8 1.620 0.72
Setelah didapat jari-jari yang akan digunakan yaitu 0.8 meter dan kecepatan angin maksimum yang  dipakai  adalah  12  m/s  maka  digunakan  jenis  bilah  Taper  dalam  penelitian  ini,  selanjutnya dilakukan pembagian elemen. Dalam penelitian ini menggunakan 10 elemen, karena panjang bilah tergolong pendek hanya sebesar 0.8 meter maka tidak diperlukan pembagian elemen terlalu banyak. elemen ini berguna untuk proses manufakturing bilah itu sendiri dalam memudahkan pembuatan, jika  memakai  material  kayu  itu  sangat  diperlukan  karena  bilah  yang  akan  dibuat  dari  kayu memerlukan referensi ukuran pembuatan dari setiap elemen yang ada.
Tabel 4. Data geometri bilah airfoil SG6043 Elemen R TSR Parsial Flow Angle Twist Chord (m) (Degree) (Degree) (m) 0 0.17 1.49 22.608 19.61 0.077 1 0.23 2.04 12.419 14.42 0.056 2 0.3 2.59 14.074 11.07 0.044 3 0.36 3.14 11.772 8.77 0.037 4 0.42 3.69 10.102 7.1 0.031 5 0.49 4.24 8.84 5.84 0.027 6 0.55 4.8 7.853 4.85 0.024 7 0.61 5.35 7.063 4.06 0.022 8 0.67 5.9 6.416 3.42 0.020 9 0.74 6.45 5.876 2.88 0.018 10 0.8 7 5.42 2.42 0.016
Didapat nilai sudut puntir pada elemen 0 yaitu 19.61° hingga elemen 10 yaitu 2.42°. Nilai sudut puntiran ini cukup ekstrim khususnya pada manufakturing bilah penggunaan material kayu karena dapat  mempersulit  dalam  pembentukan  geometri  bilah  itu  sendiri.  Jika  terlalu  terpuntir  maka diperlukan linearisasi garis untuk memudahkan proses manufaktur bilah. pada tabel 4 merupakan data geometri sebelum dilakukan linearisasi.
Setelah  didapat  data  tersebut,  maka  selanjutnya  dilakukan  linearisasi  sudut  puntir  dengan asumsi titik linearisasi chord yaitu pada 75%, asumsi ini diambil berdasarkan panjang keseluruhan bilah agar sudut puntir bilah tidak terlalu runcing. Didapat persamaan dari garis linear tersebut serta nilai x dari persamaan dikalkulasikan dengan nilai jari-jari parsial (r). Untuk hasil uji yang bernilai negatif maka hasil tersebut tidak bisa diterapkan pada bilah turbin angin.
Tabel 5. Hasil pengujian variasi twist terhadap chord pada 75%
Titik Linearisasi Twist Linear Sebelum Chord Linear Hasil Uji Twist Hasil Uji Chord Degree (°) (m) Twist 5%, Chord 75% 19.61 – -32.29 0.077 – 0.016 Tidak Lolos Twist 15%, Chord 75% 17.76 - -15.68 0.077 – 0.016 Tidak Lolos Twist 25%, Chord 75% 15.68 - -7.34 0.077 – 0.016 Tidak Lolos Twist 35%, Chord 75% 13.78 - -2.92 0.077 – 0.016 Tidak Lolos Twist 45%, Chord 75% 12.15 - -0.47 0.077 – 0.016 Tidak Lolos Twist 55%, Chord 75% 10.77 – 0.91 0.077 – 0.016 Lolos Lolos Twist 65%, Chord 75% 9.60 – 1.69 0.077 – 0.016 Lolos Lolos Twist 75%, Chord 75% 8.59 – 2.12 0.077 – 0.016 Lolos Lolos Twist 85%, Chord 75% 7.73 – 2.34 0.077 – 0.016 Lolos Lolos Twist 95%, Chord 75% 6.98 – 2.42 0.077 – 0.016 Lolos Lolos
Dari hasil pengujian pada Tabel 5 didapat bahwa ada lima titik linearisasi yang tidak lolos uji karena  bernilai  negatif  pada  hasil  uji  sudut  puntir  ( twist ).  Maka  kelima  hasil  tersebut  tidak  bisa dilanjutkan untuk dianalisa menggunakan perangkat lunak Q blade . Untuk melihat hasil simulasi Cp terhadap TSR tersebut bisa dilihat pada Tabel 6 dan Gambar 3 berikut :
Tabel 6. Hasil simulasi CP – TSR pada variasi sudut puntir (twist) dan chord pada 75%
Titik Linearisasi Cp TSR Twist 55%, Chord 75% 52.2 % 4 Twist 65%, Chord 75% 52.1 % 4 Twist 75%, Chord 75% 51.9 % 4 Twist 85%, Chord 75% 51.8 % 4 Twist 95%, Chord 75% 51.6 % 4
Gambar 3. Grafik simulasi CP – TSR pada variasi sudut puntir (twist) dan chord pada 75% menggunakan software Qblade
Berdasarkan hasil pengujian variasi sudut puntir ( twist ) dan chord pada 75% didapat bahwa titik linearisasi sudut puntir ( twist ) pada 55% menghasilkan coefficient power (Cp) sebesar 52,2% dengan Tip speed ratio sebesar 3. Maka hasil pengujian linearisasi sudut puntir ( twist ) pada 55% dipilih untuk proses perancangan selanjutnya yaitu variasi lineariasi lebar airfoil ( chord ).
Tabel 7. Hasil pengujian linearisasi sudut puntir pada 55% dan variasi chord
Titik Linearisasi Sebelum Linearisasi (m) Sesudah Linearisasi (m) Penambahan agar 0,12 m Hasil Uji Twist 55%, Chord 5% 0.077 – 0.016 0.120 - -0.089 - Tidak Twist 55%, Chord 15% 0.077 – 0.016 0.068 - -0.052 0.120 – 0.000 Tidak Twist 55%, Chord 25% 0.077 – 0.016 0.060 - -0.018 0.120 – 0.042 Lolos Twist 55%, Chord 35% 0.077 – 0.016 0.053 - -0.002 0.120 – 0.065 Lolos Twist 55%, Chord 45% 0.077 – 0.016 0.047 – 0.007 0.120 – 0.080 Lolos Twist 55%, Chord 55% 0.077 – 0.016 0.043 – 0.012 0.120 – 0.089 Lolos Twist 55%, Chord 65% 0.077 – 0.016 0.039 – 0.014 0.120 – 0.095 Lolos Twist 55%, Chord 75% 0.077 – 0.016 0.036 – 0.015 0.120 – 0.099 Lolos Twist 55%, Chord 85% 0.077 – 0.016 0.033 – 0.016 0.120 – 0.103 Lolos Twist 55%, Chord 95% 0.077 – 0.016 0.031 – 0.016 0.120 – 0.105 Lolos
Dari hasil pengujian pada Tabel 7 didapat bahwa ada dua titik linearisasi yang tidak lolos uji karena  bernilai  negatif  dan  bernilai  0  (tidak  memiliki  bentuk  airfoil  diujung  bilah)  pada  hasil penambahan angka agar chord tersebut berjumlah 12 cm untuk disesuaikan untuk ukuran pangkal bilah.  Maka  kedua  hasil  tersebut  tidak  bisa  dilanjutkan  untuk  dianalisa  menggunakan  perangkat
lunak Q blade . Untuk melihat hasil simulasi Cp – TSR pada linearisasi sudut puntir ( twist ) 55% dan variasi chord dapat dilihat pada Gambar 4 dan tabel 8:
Tabel 8. Hasil simulasi CP – TSR pada linearisasi sudut puntir (twist) pada 55% dan variasi
chord Titik Linearisasi Cp TSR Twist 55%, Chord 25% 52.6 % 4.5 Twist 55%, Chord 35% 52.2 % 4 Twist 55%, Chord 45% 50.6 % 3.5 Twist 55%, Chord 55% 52.2 % 4 Twist 55%, Chord 65% 48.5 % 3.5 Twist 55%, Chord 75% 50.2 % 4 Twist 55%, Chord 85% 48.1 % 3.5 Twist 55%, Chord 95% 47.9 % 3.5
Gambar 4. Grafik simulasi CP – TSR pada sudut puntir (twist) 55% dan variasi chord menggunakan perangkat lunak Qblade
Dari Gambar 4 dilakukan simulasi dengan menggunakan perangkat lunak Q blade yaitu Rotor BEM Simulation untuk melihat coefficient power (Cp) dan Tip speed ratio (TSR). Berdasarkan hasil simulasi  pada  tabel  8  variasi  linearisasi chord didapat  bahwa  titik  linearisasi chord pada  25% menghasilkan coefficient power (Cp) sebesar 52.6% dengan Tip speed ratio sebesar 4.5.
Pada  generator  yang  dipakai  yaitu  memiliki  spesifikasi  TSD-500  memiliki  pergerakan generator jika angin yang diterima pada bilah terlalu besar dan bilah tersebut berputar terlalu cepat maka sistem akan memutar generator beserta bilahnya melawan arah angin agar turbin aman dari kerusakan, tetapi jika turbin tetap diimplementasikan dengan bilah yang sebelum dilinearisasi sangat tidak  efisien  dikarenakan  sistem  perputaran  generator  tersebut  dan  pertimbangan  lainnya  adalah bentuk  geometri  bilah  yang  sangat  tipis  dapat  menyebabkan  keretakan  dan  patah  dengan  sangat cepat, maka grafik sesudah dilinearisasi sangat mungkin diimplementasikan karena dapat menjaga Tip  speed  ratio dari  kecepatan  putar,  pada  TSR  4-5  dapat  menghasilkan Coefficient  power (Cp) hingga 52.6 %.
Tabel 9. Data airfoil yang akan dipakai pada desain bilah No r Chord (m) Twist Airfoil (m) (m) (degree) 0 0.17 0.12 10.77 SG6043 1 0.23 0.112 9.78 SG6043 2 0.3 0.104 8.8 SG6043 3 0.36 0.097 7.81 SG6043 4 0.42 0.089 6.83 SG6043 5 0.49 0.081 5.84 SG6043 6 0.55 0.073 4.85 SG6043 7 0.61 0.065 3.87 SG6043 8 0.67 0.058 2.88 SG6043 9 0.74 0.05 1.9 SG6043 10 0.8 0.042 0.91 SG6043
Data pada Tabel 9 dimasukan ke dalam perangkat lunak Q blade diantaranya jari-jari parsial (r), chord (m), twist , dan airfoil yang digunakan, Pada Gambar 5 adalah input data pada perangkat lunak Q blade desain bilah taper SG6043 dan Gambar 6 adalah hasil perbesaran dari desain bilah taper SG6043 serta dimensi dari geometri.
Gambar 5. Penginputan data airfoil pada perangkat lunak Qblade
Gambar 6. Hasil desain bilah taper SG6043

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  telah  dilakukan  mendapatkah  hasil  bahwa  bilah  airfoil SG6043 Taper dengan titik chord pada 75% dan variasi sudut puntir pada 55%, 65%, 75%, 85%, 95% didapat nilai tertinggi pada titik twist 55% dengan hasil coefficient power (Cp) sebesar 52.2% dan TSR sebesar 4. Lalu untuk hasil sudut puntir pada 55% dengan variasi chord pada titik 25%,
35%, 45%, 55%, 65%, 75%, 85%, 95% didapat hasil tertinggi pada titik twist 55% dan chord 25% dengan nilai coefficient power (Cp) sebesar 52.6% dengan nilai TSR sebesar 4.5.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih penulis kepada berbagai pihak yang turut mendukung dalam penelitian ini, terutama kepada Bapak Ing. Reza Setiawan, M.T. dan Oleh, S.T, M.T, sebagai pembimbing dalam penelitian ini

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  L. Adam and M. T. Sambodo, “Indonesia’s Dynamic Electricity Power Sector: Investigating Need and Supply Performance,” Econ. Financ. Indones., vol. 61, no. 1, p. 53, 2015.
[2]  Tim Sekretaris Jenderal Dewan Energi Nasional, “Indonesia Energy Out Look 2019,” J. Chem. Inf. Model., vol. 53, no. 9, pp. 1689–1699, 2019.
[3]  Badan  Meteorologi,  Klimatologi,  dan  Geofisika,  “Kecepatan  Angin  dan  Kelembaban  di  Stasiun Pengamatan BMKG 2011-2015.” Badan Pusat Statistik, 2015.
[4]  M. N. Habibie, A. Sasmito, and R. Kurniawan, “Kajian Potensi Energi Angin Di Wilayah Sulawesi Dan Maluku,” J. Meteorol. dan Geofis., vol. 12, no. 2, pp. 181–187, 2011. doi: 10.31172/jmg.v12i2.99.
[5]  Y. Daryanto, “Kajian Potensi angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu,” in BALAI PPTAGG – UPT” 2020.-LAGG, 2007.
[6]  A. Bachtiar, “Analisis Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Angin PT. Lentera Angin Nusantara (LAN)  Ciheras,” J.  Tek.  Elektro  ITP ,  vol.  7,  no.  1,  pp.  34–45,  2018.  doi: 10.21063/jte.2018.3133706.
[7]  Lentera Bumi Nusantara, “Dasar - dasar Perancangan Bilah.” 2020.
[8]  N. H. Sari and W. G. Laksamana, “Perancangan bilah tipe taperless pada kincir angin: Studi kasus di PT. Lentera Bumi Nusantara Tasikmalaya,” Din. Tek. Mesin , vol. 9, no. 2, p. 104, 2019. doi: 10.29303/dtm.v9i2.286.
[9]  H. Piggott, Windpower Workshop. 1997.
[10]  C.  Otieno  Saoke,  “Power  Performance  of  an  Inversely  Tapered  Wind  Rotor  and  its  Air  Flow Visualization Analysis Using Particle Image Velocimetry (PIV),” Am. J. Phys. Appl., vol. 3, no. 1, p. 6, 2015. doi: 10.11648/j.ajpa.20150301.12