## PENINGKATAN KEANDALAN TURBIN ANGIN VAWT DARRIEUS DENGAN VARIASI BENTUK DEFLEKTOR
Muhammad Iqbal Iszuddin Ulil Absor *, Edy Susanto** *Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknologi dan Bisnis Energi, Institut Teknologi PLN, Jl. Lingkar Luar Barat, Jakarta Barat, DKI Jakarta, Indonesia ** Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknologi dan Bisnis Energi, Institut Teknologi PLN,
Jl. Lingkar Luar Barat, Jakarta Barat, DKI Jakarta, Indonesia *Email: muhammad.iqbal224571@gmail.com **Email: edy.susanto@itpln.ac.id (Penulis Korespondensi)

## ABSTRAK
Energi  angin  dihasilkan  dari  radiasi  matahari  yang  tidak  merata  mengenai  permukaan  bumi  yang menghasilkan  temperatur  berbeda-beda.  Sehingga,  mengakibatkan  udara  mengalir  dari  tempat  yang memiliki  temperatur  tinggi ke  temperatur  rendah.  Energi angin  merupakan  energi  yang ketersediaannya melimpah  dan  mudah  untuk  dimanfaatkan.  Salah  satu  pemanfaatannya  yang  paling  berpengaruh  pada kehidupan adalah dalam bidang industri produksi listrik. Untuk mengkonversi energi angin menjadi energi listrik adalah menggunakan turbin angin. Turbin angin berdasarkan porosnya terbagi menjadi dua jenis, yaitu HAWT ( Horizontal Axis Wind Turbines) dengan posisi poros horizontal dan VAWT ( Vertical Axis Wind  Turbines) dengan  posisi  poros  vertikal.  Turbin  angin  jenis  VAWT  memiliki  keunggulan  tidak menimbulkan getaran dan  mengekstraksi angin dengan baik tanpa dipengaruhi arah angin. Pada penelitian ini menggunakan turbin jenis VAWT dengan tipe Darrieus rotor dan sudu tipe NACA 0015 . Nilai efisiensi yang  dapat  dicapai  oleh  turbin Darrieus  rotor hingga  40%.  Poros  yang  vertikal  sangat  cocok  untuk digunakan pada tempat yang memiliki arah angin yang sering berubah. Penelitian ini berbentuk simulasi udara dengan kecepatan 10 m/s yang dialirkan ke turbin angin menggunakan software solidwork .  Pada penelitian ini, dilakukan perlakuan hambatan pada aliran udara sebelum mengenai turbin angin. Hambatan yang diberikan berupa deflektor yang berjumlah 3 jenis bentuk deflektor. Hasil nilai kecepatan aliran udara yang prosentase kenaikan yang paling besar adalah  bentuk deflektor segitiga sebesar 16,8%. Sedangkan, untuk prosentase  kenaikan kecepatan aliran udara yang paling kecil adalah lingkaran sebesar 8,783%. Nilai intensitas  turbulensi  rata-rata  yang  memiliki  prosentase  paling  besar  adalah  bentuk  deflektor  segitiga sebesar  2,96212%.  Sedangkan,  untuk  prosentase  yang  paling  kecil  adalah  lingkaran  sebesar  2,34376%. Dari perlakuan variasi bentuk deflektor yang berbeda dapat diambil kesimpulan bahwa bentuk deflektor mempengaruhi fenomena aliran udara yang terjadi pada turbin angin.
Kata kunci : Wind Power, Darrieus Rotor, Deflektor

## 1. PENDAHULUAN
Angin  merupakan  aliran  udara  yang  terbentuk  dari  panas  matahari  yang  tidak  merata mengenai  permukaan  bumi.  Angin  bergerak  dari  tempat  yang  bersuhu  tinggi  ke  tempat  yang bersuhu rendah. Angin dimanfaatkan oleh manusia dalam berbagai bidang seperti transportasi, industri,  dan  budaya.  Dengan  ketersediaan  angin  yang  melimpah  dan  termasuk sebagai  energi baru terbarukan menjadikan angin sebagai salah satu sumber energi yang banyak dimanfaatkan. Angin dapat digunakan untuk memproduksi energi listrik.
Produksi listrik dengan sumber energi angin memiliki mekanisme konversi energi angin menjadi  energi  listrik.  Konversi  tersebut    memanfaatkan  kincir  angin  atau  turbin  angin.  Cara kerjanya energi angin mengenai turbin angin dan mengakibatkan turbin angin berputar. Putaran turbin angin  diteruskan  ke rotor  generator dimana  generator  ini memiliki  lilitan tembaga  yang berfungsi sebagai stator sehingga terjadinya GGL (gaya gerak listrik).
Turbin angin terbagi dua jenis berdasarkan kedudukan porosnya, yaitu VAWT dan HAWT. HAWT ( Horizontal Axis Wind Turbines) merupakan turbin dengan posisi porosnya horizontal. Sedangkan, VAWT ( Vertical Axis Wind Turbines) merupakan turbin dengan posisi poros vertikal. Turbin jenis HAWT memiliki keunggulan tingkat efisiensi untuk menghasilkan daya listrik dan torsi  rendah.  Namun,  dalam  segi  getaran  yang  dihasilkan  dan  proses  ekstraksi  angin  menjadi energi mekanik turbin angin, jenis VAWT lebih unggul. Dikarenakan angin bergerak mendatar yang  mengakibatkan  turbin  angin  jenis  VAWT  dapat  mengekstraksi  angin  dengan  baik  tanpa dipengaruhi arah angin.
Salah  satu  turbin  angin  VAWT  yang  sering  digunakan  adalah Darrieus  rotor .  Menurut (Mohammad A. Al-Rawajfeh dan Mohamed R. Gomaa, 2022) nilai efisiensi yang dapat dicapai oleh  turbin Darrieus  rotor hingga  40%.  Turbin  ini  masih  banyak  digunakan  pada  abad  ke  20 untuk menghasilkan energi listrik. Porosnya yang vertikal sangat cocok untuk digunakan pada tempat yang memiliki arah angin yang sering berubah.
Pada  penelitian  ini  turbin  diberikan  perlakuan  hambatan  yang  berupa  deflektor  dengan disimulasikan  menggunakan  aliran  udara  pada software  solidwork .  Tujuan  untuk  perlakuan tersebut  adalah  mengetahui  pengaruh  dari  hambatan  terhadap  keandalan  dari  turbin  angin darrieus . Sehingga, dapat menjadi evaluasi untuk perancangan dari turbin angin kedepannya. Energi angin merupakan sumber energi yang berasal dari energi matahari melalui radiasi panasnya dipermukaan bumi yang berbeda-beda. Sehingga, mengakibatkan perbedaan temperatur dan rapat massa udara di permukaan bumi. Fenomena tersebut menjadi penyebab terjadinya aliran udara. Tiupan angin di udara terbuka pada dasarnya dapat dibagi menjadi 2 (dua) aliran, yaitu Aliran Laminar merupakan pergerakan udara (angin) dengan tanpa adanya hambatan dan aliran Turbulen terbentuknya sebagai akibat terganggunya aliran laminar akibat tumbukan antara udara yang bergerak dengan hambatan.
Turbin angin atau wind turbine merupakan alat yang digunakan untuk memutar generator dan menghasilkan energi listrik. Prinsip kerja dari turbin angin ini menggunakan konversi energi dan menggunakan sumber daya alam yang terbarukan yaitu angin.
Sebuah pembangkit listrik tenaga angin dapat dirancang dengan menggabungkan beberapa turbin angin sehingga menghasilkan listrik ke unit penyalur listrik. Berikut ini adalah jenis turbin angin berdasarkan porosnya:
a. HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine) merupakan jenis turbin angin yang memiliki poros horizontal.
b. VAWT (Vertical  Axis  Wind  Turbine) merupakan  jenis  turbin  angin  yang  memiliki poros/sumbu rotor utama yang tegak lurus.
Komponen utama turbin angin
a. Sudu  / blade merupakan  bagian  rotor  dari  turbin  angin.  Rotor  ini  menerima  energi kinetik dari angin dan dikonversi menjadi energi mekanik.
b. Tower  atau  tiang  penyangga  merupakan  bagian  struktur  dari  turbin  angin  yang memiliki  fungsi  sebagai  struktur  utama  penopang  dari  komponen  sistem  terangkai sudu, poros, dan generator.
c. Generator  merupakan  komponen  penting  dalam  sistem  pembangkit  listrik  tenaga angin. Generator dapat mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik.
d. Baterai merupakan komponen untuk menyimpan energi listrik yang dihasilkan oleh turbin angin.
e. Controller merupakan komponen yang berfungsi sebagai alat konversi energi listrik dari  AC  menjadi  DC  dan  pengatur  sistem  tegangan  masukan  yang  fluktuatif  dari generator untuk distabilkan sebelum disimpan ke baterai.
Tip speed ratio (TSR), l merupakan  rasio ujung rotor terhadap kecepatan angin bebas. Pada kecepatan angin tertentu, tip speed ratio akan berpengaruh pada kecepatan rotor. Turbin angin tipe lift akan memiliki tip speed ratio yang lebih besar dibandingkan dengan turbin tipe drag.
Besarnya tip speed ratio dapat dihitung dengan persamaan;
𝜆  = 𝜔  𝑟 𝑣 ……………… pers.1
Performa  suatu  turbin  angin  dapat  dinyatakan  dengan  istilah  koefisen  daya  (Cp)  yang merupakan  perbandingan  antara  daya  yang  dihasilkan  oleh  turbin  terhadap  daya  angin  yang diperoleh. Koefisen Daya turbin angin dapat dihitung dengan rumus :
∁𝑝  = Ρ𝑚 𝑃𝑎 ……………… pers.2

## 2. METODE PENELITIAN

## 2.1. Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan dari tanggal 5 Maret sampai 20 Juni 2023, di Institut Teknologi PLN Jakarta.

## 2.2. Metode yang digunakan
Pada  penelitian  ini  memanfaatkan software  solidworks dari  mulai  perancangan  turbin hingga simulasi aliran udara. Untuk turbin yang digunakan adalah turbin Darrieus Rotor (Gambar 1) .
Spesifikasi turbin yang digunakan:
1) Jenis turbin : Darrieus Rotor 2) Diameter : 540 mm 3) Tinggi : 650 mm 4) Lebar Bilah : 100 mm 5) Kode : NACA 0015
Gambar 1. Turbin Angin Darrieus
Tabel 1 Spesifikasi deflektor Dimensi 1 2 3 Jari-Jari (mm) 200 - - Panjang tiap sisi  (mm) - 230,94 692,82 Lebar (mm) - 400 - Tinggi (mm) - 461 600 Tebal (mm) 10 10 10
(1) (2) (3)
Gambar 2. Deflektor Lingkaran (1), Segi Enam (2), dan Segitiga (3)
Penempatan deflektor berada didepan turbin angin sejauh 1850 mm terhadap poros turbin. Sehingga, udara yang mengalir akan mengenai deflektor terlebih dahulu sebelum turbin angin. Udara yang dialirkan saat simulasi memiliki kecepatan 10 m/s.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari  simulasi  yang  telah  dilakukan  dengan  menggunakan Software  Solidwork s,  dapat mengumpulkan beberapa data untuk dianalisis, data yang dikumpulkan adalah kecepatan angin, torsi, dan gaya yang dihasilkan oleh turbin. Data yang telah terkumpul disajikan dalam bentuk tabel Simulasi yang dilakukan sebanyak 3 kali  dengan variasi deflektor yang berbeda-beda setiap simulasi. Berikut hasil simulasi yang telah dilakukan :

## 3.1. Simulasi Menggunakan Deflektor Lingkaran
Gambar 3. Hasil Simulasi Deflektor Lingkaran Menggunakan Solidwork
Gambar 4. Grafik  Hasil Simulasi Deflektor Lingkaran Menggunakan Solidwork
Tabel 2 Hasil Simulasi Deflektor Lingkaran Menggunakan Solidwork Parameter Satuan Nilai Kecepatan Rata-Rata [m/s] 10,0074 Kecepatan Maksimum [m/s] 10,8783 Torsi (X) [Nm] 0,0495949 Torsi (Y) [Nm] 0,884127 Torsi (Z) [Nm] -2,46625 Gaya [N] 10,259 Intensitas Turbulen Rata-Rata [%] 2,34376
Dalam  simulasi  yang  dilakukan  menggunakan  kecepatan  aliran  udara  10  m/s  terjadi peningkatan  kecepatan  aliran  udara  maksimum  sebesar  8,783%.  Intensitas  turbulensi  rata-rata yang terjadi pada aliran udara ini 2,34376% akibat mengenai deflektor yang berbentuk lingkaran.

## 3.2. Simulasi Menggunakan Deflektor Segi Enam
Gambar 5 . Hasil Simulasi Deflektor Segi Enam Menggunakan Solidwork
Gambar 6 . Grafik  Hasil Simulasi Deflektor Segi Enam Menggunakan Solidwork

## Tabel 3

## Hasil Simulasi Deflektor Segi Enam Menggunakan Solidwork
Parameter Satuan Nilai Kecepatan Rata-Rata [m/s] 10,0184 Kecepatan Maksimum [m/s] 11,2947 Torsi (X) [Nm] 0,307276 Torsi (Y) [Nm] 1,00392 Torsi (Z) [Nm] -0,489293 Gaya [N] 12,7776 Intensitas Turbulen Rata-Rata [%] 2,26695
Dalam  simulasi  yang  dilakukan  menggunakan  kecepatan  aliran  udara  10  m/s  terjadi peningkatan kecepatan aliran udara maksimum sebesar 12,2947%. Intensitas turbulensi rata-rata yang terjadi pada aliran udara ini 2,26695% akibat mengenai deflektor yang berbentuk segi enam.

## 3.3. Simulasi Menggunakan Deflektor Segitiga
Gambar 7. Hasil Simulasi Deflektor Segitiga Menggunakan Solidwork
Gambar 8. Grafik  Hasil Simulasi Deflektor Segitiga Menggunakan Solidwork
Tabel 4 Hasil Simulasi Deflektor Segitiga Menggunakan Solidwork Parameter Satuan Nilai Kecepatan Rata-Rata [m/s] 10,0362 Kecepatan Maksimum [m/s] 11,68 Torsi (X) [Nm] 0,311199 Torsi (Y) [Nm] 0,538512 Torsi (Z) [Nm] 5,05798 Gaya [N] 16,7731 Intensitas Turbulen Rata-Rata [%] 2,96212
Dalam  simulasi  yang  dilakukan  menggunakan  kecepatan  aliran  udara  10  m/s  terjadi peningkatan kecepatan aliran udara maksimum sebesar 16,8%. Intensitas turbulensi rata-rata yang terjadi pada aliran udara ini 2,96212% akibat mengenai deflektor yang berbentuk segitiga.

## 4. KESIMPULAN
Dari  hasil pengujian yang berupa simulasi  dengan variasi 3 bentuk deflektor didapatkan bahwa:
▪ Nilai kecepatan aliran udara yang prosentase kenaikan yang paling besar adalah bentuk deflektor  segitiga  sebesar  16,8%.  Sedangkan,  untuk  prosentase    kenaikan  kecepatan aliran udara yang paling kecil adalah lingkaran sebesar 8,783%.
▪ Nilai intensitas turbulensi rata-rata yang memiliki prosentase paling besar adalah bentuk deflektor  segitiga  sebesar  2,96212%.  Sedangkan,  untuk  prosentase  yang  paling  kecil adalah lingkaran sebesar 2,34376%.
▪ Dari perlakuan variasi bentuk deflektor yang berbeda dapat diambil kesimpulan bahwa bentuk deflektor mempengaruhi fenomena aliran udara yang terjadi pada turbin angin.

## DAFTAR PUSTAKA
Akhmedovich, M.A. & Fazliddin, A. 2020. Current Statet Of Wind Power Industry . Uzbekistan. https://inlibrary.uz/index.php/tajet/article/view/10602 . hlm 1
Al-Rawajfeh, M.A. & Gomma, M.R. 2022.Comparison Between Horizontal And Vertical Axis Wind Turbine. Jordan. https://ijape.iaescore.com/index.php/IJAPE/article/view/20519 . hlm 15 -
Maulana,  R.A.  2019.  Rancang  Bangun  Rangka  Terhadap  Kinerja  Motor  Pada  Mobil  Listrik. Bandung. http://repository.upi.edu/39896/4/TA_TE_1602086_Chapter3.pdf . hlm
Nurdiyanto,  A. &  Haryudo,  S.I.  2020.  Rancang  Bangun  Prototype  Pembangkit Listrik  Tenaga
Angin Menggunakan Turbin Angin Savonius. Surabaya.
https://ejournal.unesa.ac.id/index.php/JTE/article/view/29892 . Hlm 172
Siregar, A.M. & Lubis, F. 2019. Uji Keandalan Prototype Turbin Angin Savonius Tipe-U Sebagai Pembangkit Listrik Alternatif. http://jurnal.umsu.ac.id/index.php/RELE/article/view/3646
. hlm 38
Sumiati,  R.  &  Zamri,  A.  2013.  Rancang  Bangun  Miniatur  Turbin  Angin  Pembangkit  Listrik
Untuk Media Pembelajaran. Padang. https://jtm.itp.ac.id/index.php/jtm/article/view/613 . hlm 1