Jurnal Geuthèë: Penelitian Multidisiplin
Sebagai Pembangkit Listrik Untuk Menggerakkan Pompa
Vol. 02, No. 02, (Juni - Agustus, 2019), pp. 253-258.
Di Areal Pertanian Teuku Zulfadli dan Andi Mulkan

## ANALISA POTENSI ENERGI ANGIN DI DAERAH ACEH BESAR SEBAGAI SUMBER LISTRIK UNTUK MENGGERAKKAN POMPA DI AREAL PERTANIAN

## ANALYSIS OF WIND ENERGY POTENTIAL IN ACEH BESAR REGION AS ELECTRICAL POWER TO DRIVE WATER PUMP IN AGRICULTURAL AREA
Teuku Zulfadli 1*) dan Andi Mulkan 1
1 Prodi Teknik Mesin, Universitas Iskandar Muda Jl. Kampus Unida – Surien Banda Aceh 23234
*) Email : zoel_m04@yahoo.co.id
Diterima: 05/08/2019; Disetujui: 30/08/2019

## ABSTRAK
Sistem drainase yang tidak baik merupakan salah satu permasalahan yang sering terjadi di beberapa daerah di kawasan Aceh besar yang merupakan areal pertanian. Berbagai macam usaha telah dilakukan oleh para petani diantaranya dengan mengalirkan air dari sumur dengan menggunakan pompa listrik. Keadaan ini membuat para petani  harus  mengeluarkan  biaya  tambahan  untuk  membuat  instalasi  listrik  untuk  menggerakkan  pompa  air dimana  diperlukan  kabel  listrik  yang  panjang  agar  pompa  dapat  teraliri  arus  listrik.  Untuk  mengatasi permasalahan ini maka perlu dilakukan analisa potensi energi angin sebagai sumber energi listrik pada sistem pengairan di daerah pertanian Aceh Besar, terutama di desa Blang Krueng. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menganalisis sumber energi angin sebagai sumber listrik untuk menggerakkan pompa pada sistem drainase pertanian  di  Desa  Blang  Krueng  Kabupaten  Aceh  Besar.  Luas  lahan  pertanian  yang  menjadi  analisis  dalam penelitian  ini  adalah  ±  0,5  Hektar.  Metode  pengambilan  data  penelitian  ini  dilakukan  dengan  mengukur kecepatan angin dan analisa kebutuhan daya yang diperlukan untuk menggerakkan pompa. Dari hasil analisa diketahui bahwa kecepatan angin rata-rata pada Bulan April, Mei dan Juni 2019 berturut-turut adalah 2,93 m/s, 3,12 m/s dan 2,91 m/s dengan rata-rata selama tiga bulan 2,98 m/s. Nilai kecepatan ini dapat dikatagorikan untuk penggunaan turbin angin kecepatan rendah ( low speed wind turbine ).
Kata Kunci: Energi Angin, Kecepatan Angin, Turbin Angin, Pompa Air, Sistem Drainase

## ABSTRACT
Not  good  drainage  system  is  one  of  the  problems  that  often  occur  in  some  areas  in  the  area  of  Aceh  large agricultural areas. Various kinds of efforts have been done by the farmers among them by supplying water from the well using an electric pump. This situation makes the farmers need to spend an additional fee to make an electrical installation to move the water pump where a long power cord is required for the pump to be supplied with  electric  current.  To  overcome  this  problem,  it  is  necessary  to  analyze  the  potential  of  wind  energy  as electrical power in irrigation system in Aceh Besar agricultural area, especially in the village Blang Krung. The purpose of this research is to analyze the source of wind energy as a electrical power to drive water pumps on the agricultural drainage system in the village of Blang Krueng Kabupaten Aceh Besar. The area of agricultural land that became the analysis in this study was ± 0.5 Ha. The data retrieval method is conducted by measuring the wind speed and analysis of the power needs needed to drive the pump. From the results of the analysis is known that the average wind speed in April, May and June 2019 in a row is 2.93 m/s, 3.12 m/s and 2.91 m/s with average for three month 2,98 m/s. The result can be categorized for low speed wind turbines.
Keywords: Wind energy, Wind Speed, Wind Turbine, Water pump, Drainage system
1. Pendahuluan
Aceh  Besar  merupakan  daerah  agraris  yang
mayoritas penduduknyabermata pencaharian sebagai petani. Hal ini dapat di lihat dari banyaknya
Jurnal Geuthèë: Penelitian Multidisiplin
Sebagai Pembangkit Listrik Untuk Menggerakkan Pompa
Vol. 02, No. 02, (Juni - Agustus, 2019), pp. 253-258.
Di Areal Pertanian Teuku Zulfadli dan Andi Mulkan
lahankosong  yang  dapat  dimanfaatkan  sebagai lahan  pertanian.Banyak  petani  yang  memanfaat lahan  kosong  ini  untuk  menanam  tanaman  seperti padi,  cabai,  bayam,  kangkung,  sawi,tomat,  dan tanaman lainnnya. Namun kesulitan yang di hadapi petani  adalah  pada  saat  musim  tanam  para  petani harus bersusah payah memenuhi kebutuhan air pada tanaman mereka supaya hasil panennya tidak gagal. Bagi petani yang lahan pertanian berdekatan dengan pemukiman  dapat  memanfaatkan  pompa  air menggunakan  listrik  untuk  mengalirkan  air  ke lahan-lahan  pertanian.  Namun  bagi  petani  yang lahan  pertanian  jauh  dari  pemukiman  harus bersusah  payah  mengangkat  air  dari  sumur  untuk menyiram tanaman mereka. Teknologi pembangkit listrik  bayu  merupakan  salah  satu  teknologi  yang dapat mengatasi hambatan tersebut di atas. Dalam penelitian ini, sumber energi yang digunakan adalah energi matahari dan energi angin. Energi listrik dari hasil  konversi  panas  radiasi  matahari  dapat dimanfaatkan  sebagai  sumber  energi  listrik  untuk menggerakkan  pompa  air.  Energi  angin  akan dikonversikan  melalui  turbine  angin  untuk menghasilkan listrik. Dengan adanya kedua sumber ini  diharapakan  akan  memenuhi kebutuhan  energi listrik  untuk  menggerakkan  pompa  air  sehingga sistem drainase akan lebih optimal.
Banyak  penelitian  yang  telah  dilakukan untuk  meningkatkan  pemanfaatan  sumber  energi terbarukan seperti perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga  Angin.  Untuk  itu  pengkajian  terus dilakukan  secara  mendalam  untuk  mendapatkan sistem  pembangkit  tenaga  anginyang  optimal  dan tepat guna.
Penelitian  potensi  energi  angin  untuk menggerakan pompa telah dilakukan dalam jangka waktu 3 bulan dari April 2019 sampai dengan Juni 2019.  Penelitian  ini  melibatkan  mahasiswa  tahun akhir  Prodi  Teknik  Mesin  Universitas  Iskandar Muda sebagai bahan Tugas Akhir.

## 2.Tinjauan Pustaka
2.1. Energi Angin
Energi angin adalah energi yang terkandung pada massa udara yang bergerak. Energi angin berasal dari energi matahari. Pemanasan bumi oleh sinar matahari menyebabkan perbedaan massa jenis  (ρ)  udara.  Perbedaan  massa  jenis  ini menyebabkan  perbedaan  tekanan  pada  udara sehingga akan terjadi aliran fluida dan menghasilkan angin. Kondisi aliran angin dipengaruhi oleh medan atau permukaan bumi yang dilalui oleh aliran angin dan perbedaan temperatur permukaan  bumi.karena  digunakan  sebagai  bahan
energi  alternatif  pengganti  fossil  dalam  sistem pembangkit  energi  listrik.  Turbin  angin  menerima energi  kinetik  yang  dihasilkan  oleh  angin,  dan melalui  baling-baling  yang  terhubung  dengan generator,  energi  angin  tersebut  dirubah  menjadi energi listrik.
Kontribusi  daya  pembangkit  listrik  tenaga angin  setiap  saat  tidak  tetap,  mengingat  tenaga angin  atau  angin  sangat  bergantung  dari  kondisi alam. Angin adalah udara yang memiliki massa dan bergerak  dengan  kecepatan  tertentu.  akibat pergerakan ini, angin memiliki daya yang sebanding dengan  massanya  dan  berbanding  lurus  dengan kuadrat kecepatannya. Secara ideal kecepatan angin yang menggerakkan kincir angin ada tiga, yaitu:
• kecepatan  aliran  angin  masuk  (Vi)  atau kecepatan aliran angin menuju blade.
• kecepatan aliran angin saat mengenai blade (Va).
• Kecepatanaliran angin ketika meninggalkan blade (Ve).
Angin  mempunyai  tenaga  yang  sama besarnya  dengan  energi  kinetik  dari  aliran  angin tersebut, yaitu (Rinaldy): [3]
(Watt) (2.1)
Dengan :
P tot = daya total angin (Watt) m = aliran massa angin kg/det V i = kecepatan angin masuk m/det gc = faktor konversi = 1 kg.m/N.det
Gambar 2.1. Suatu bidang udara bergerak ke arah turbin angin Sumber : Sathyajith Mathew (2006)
J.F Manwell, J.G Mc Gowan, (2002), daya angin  berbanding  lurus  dengan  kerapatan  udara, dan  kecepatan  angin  pangkat  tiga  yang  alirannya tidak mengalami gangguan seperti kubik kecepatan angin,  seperti  diungkapkan  dengan  persamaan berikut:
) ( . 2 . . 2 W gc V m KE m P i i tot = =
Jurnal Geuthèë: Penelitian Multidisiplin
Sebagai Pembangkit Listrik Untuk Menggerakkan Pompa
Vol. 02, No. 02, (Juni - Agustus, 2019), pp. 253-258.
Di Areal Pertanian Teuku Zulfadli dan Andi Mulkan
Pw = ½ A.ρV 3 (Watt/m 2 ) (2.2)
Dimana:
Pw   = Daya dalam angin (Watt/m 2 ) A = Luas area sapuan rotor SKEA (m 2 )
ρ = Densitas udara (1,225 kg/m 3 ) V = Kecepatan angin (m/s)
Energi  kinetik  dari  sebuah  benda  yang bergerak  sebanding  dengan  massanya.Dengan demikian, energi kinetik dari angin tergantung pada kepadatan udara.Pada tekanan atmosfer normal dan temperatur  15ºC  kerapatan  udara  adalah  1,255 kg/m 3 meskipun  nilai  ini  sedikit  menurun  dengan peningkatan kelembaban.
Koefisien  daya  dari  turbin  angin  adalah pengukuran beberapa efisien turbin angin mengubah  energi  dalam  angin  menjadi  listrik. Koefisien kekuatan pada kecepatan angin tertentu, adalah membagi listrik yang dihasilkan oleh energi total yang tersedia dalam angin pada kecepatan itu.

## 2.2. Pengukuran potensi energi angin
Data  angin  yang  tersedia  dalam  rata-rata per jam atau rata-rata per hari selama kurun waktu satu bulanan dalam satu tahun akan diolah dengan menggunakan  metoda-metoda  statistik  standar pengolahan  data  angin  dan  akan  disajikan  dalam beberapa buah bentuk grafik histogram berikut [8] : a. Distribusi Waktu
Plot data bulanan dengan rata-rata perhari dalam bentuk histogram memperlihatkan fluktuasi angin  perharinya.  Dari  grafik  ini  kecepatan  angin rata-rata perbulan dan pertahun dapat dihitung. Jika resolusi  sampling  pengambilan  data  rata-rata semakin  kecil,  misalkan  15  menit,  informasi tambahan  yang  sangat  berguna  seperti  kecepatan angin yang dirasakan dapat juga dikumpulkan.
Informasi lain yang didapat dari distribusi waktu  adalah  informasi  mengenai  perioda  angin rendah  di  bawah  suatu  kecepatan  angin  rujukan. Untuk  SKEA  mekanikal  informasi  ini  berguna dalam menentukan ukuran volume bak penampungan.  Sedangkan  untuk  yang  elektrikal informasi ini berguna untuk mengetahui perioda di mana turbin angin tidak beroperasi.

## b. Distribusi frekwensi
Dalam  kajian  sumber  daya  angin,  selain informasi  mengenai  distribusi  kecepatan  angin dalam  kurun  waktu  tertentu,  informasi  mengenai jumlah  jam  perbulan  atau  pertahun  untuk  setiap nilai kecepatan angin diperlukan juga. Informasi ini
disebut  dengan  distribusi  frekwensi  kecepatan angin.
Distribusi  frekwensi  kecepatan  angin disajikan  dalam  bentuk  histogram  dengan  ordinat jam dan aksis interval kecepatan angin. Histogram yang  paling  tinggi  menunjukkan  kecepatan  angin yang  paling  sering  terjadi  tetapi  bukan  kecepatan angin  rata-rata.  Untuk  daerah  dengan  kecepatan angin  tidak  terlalu  bervariasi,  bisa  jadi  kecepatan angin rata-rata adalah kecepatan angin yang paling sering  terjadi.  Tetapi  di  daerah  dengan  kecepatan angin  yang  sangat  berfluktuatif  pada  umumnya kecepatan  angin  rata-rata  lebih  tinggi  dibanding dengan kecepatan angin yang paling sering terjadi.

## c. Distribusi durasi dan distribusi dumulatif
Penyajian  data  angin  dalam  bentuk distribusi durasi berguna untuk mengetahui jumlah jam di mana kincir/ turbin angin akan bekerja dan jumlah  jam  di  mana  kincir/  turbin  angin  akan menghasilkan  daya  yang  berlebihan.  Jika  kurva yang  didapat  lebih  horizontal  maka  daerah kecepatan  angin  tertentu  akan  lebih  konstan. Sebaliknya semakin curam kurva distribusi durasi maka pola angin di berbagai daerah aliran semakin fluktuatif.  Kebalikan  dari  distribusi  durasi  adalah distribusi  kumulatif.  Distribusi  kumulatif  akan memberikan  informasi  mengenai  jumlah  jam  di mana  kincir/  turbin  angin  tidak  dapat  beroperasi pada  angin  rendah  atau  berapa  jam  turbin  angin beroperasi di bawah daya nominalnya.
Data  angin  sering  juga  disajikan  dalam bentuk  distribusi  waktu  untuk  angin-angin berkecepatan  rendah  saja  ( Duration  of  Calms ), misalkan di bawah 2, 3 atau 4 m/s. Sumbu Vertikal dari  histogram  ini  adalah  persentasi  waktu  total sedangkan  sumbu  horisontal  disajikan  dalam kelipatan logaritma pangkat 2n. Total Duration of Calms yang  merupakan  distribusi  durasi  untuk kecepatan-kecepatan angin rendah saja bermanfaat untuk  melihat  jumlah  jam  di  mana  turbin  angin tidak dapat beroperasi.

## d. Distribusi weibull
Data  angin  ini  juga  akan  didekati  dengan suatu  fungsi  kontinyu  berupa  distribusi  Weibull untuk mendapatkan prediksi yang akurat mengenai keluaran  turbin  angin  dan  juga  untuk  mengetahui karakteristik pola angin.
Dengan melihat berbagai bentuk histogram penyajian  data,  dapat  dicari  informasi-informasi yang dibutuhkan mengenai karakteristik pola angin di  suatu  lokasi.  Dengan  mendekati  data  dengan menggunakan fungsi distribusi tertentu akan lebih berguna  untuk  meramalkan  keluaran  turbin  angin
Jurnal Geuthèë: Penelitian Multidisiplin
Sebagai Pembangkit Listrik Untuk Menggerakkan Pompa
Vol. 02, No. 02, (Juni - Agustus, 2019), pp. 253-258.
Di Areal Pertanian Teuku Zulfadli dan Andi Mulkan
dengan  lebih  akurat  dan  juga  untuk  mengetahui berbagai informasi mengenai pola angin.
Gambar 2.2 Aliran berolak akibat rintangan [8]

## 3. Metode Analisis

## 3.1 Waktu dan tempat penelitian
Tempat  Penelitian  yaitu  di  desa  Blang Krueng, Aceh Besar dengan luas 2 km2 dan jumlah penduduk  2110  orang,yang  berjarak  20  Km  dari Universitas  Iskandarmuda  Banda  Aceh,  Provinsi NAD.
Data  kecepatan  angin  diperoleh  di  desa blang krueng dengan ketinggian 5m dari permukaan tanah, data kecepatan angin di mulai dari pukul 08.00 WIB sampai 18.00 WIB menggunakan alat pengukur Anemometer  Digital .  Pengambilan  data  dilakukan selama  10  jam  dalam  satu  hari  selama  3  bulan,  d ari bulan  April,  Mei  dan  Juni  tahun  2019.  Hasil pengukuran  tersebut  akan  dijadikan  sebagai  data primer.

## 3.2 Prosedur penelitian
1. Mengukur kecepatan angin dengan menggunakan Anemometer Digital
2. Data  primer  penelitian  adalah  data pengukuran dari bulan April,Mei, dan Juni 2019.
3. Menghitung  potensi  energi  angin  di  Desa Blang  Krueng  Kecamatan  Baitussalam, Aceh Besar.

## 4. Hasil dan Pembahasan
Data kecepatan angin selama tiga berturut mulai dari bulan April, Mei, dan Juni tahun 2019 dengan rincian sebagai berikut:
Tabel.4.1. Data Pengukuran Kecepatan Angin rata- rata selama tiga bulan.
Tanggal Apr Mei Juni 1 1.96 2.06 3.04 3 2.60 2.51 3.33 5 2.95 3.21 3.02
7 3.07 3.12 2.90 9 2.76 3.81 2.98 11 2.40 3.40 2.76 13 3.09 3.07 3.05 15 2.93 2.94 2.98 17 2.93 3.97 2.47 19 2.93 3.05 3.16 21 3.15 3.18 2.72 23 3.58 3.34 2.77 25 3.03 3.14 2.68 27 3.90 3.17 2.92 29 2.70 2.81 2.89 Rata-rata 2.93 3.12 2.91

## Sumber: Data Penelitian

## 4.1 Hasil perhitungan potensi angin
Pada  kajian  ini  data  diambil  dari pengukuran potensi angin  pada desa Blang Krueng Kecamatan  Baitussalam  Aceh  Besar  yang  diukur pada ketinggian 5 m diatas permukan tanah selama 3 bulan, dari bulan April, Mei dan Bulan Juni 2019.
Gambar 4.1 Grafik hasil analisa data pengukuran kecepatan angin pada bulan April 2019
Berdasarkan  grafik  4.1didapatkecepatan angin  rata-rata  pada  bulan  April  yaitu  2.93  m/s. Dengan  kecepatan  angin  tertinggi  mencapai3.90 m/s dan terendah  rata –rata 1.96 m/s.
Jurnal Geuthèë: Penelitian Multidisiplin
Sebagai Pembangkit Listrik Untuk Menggerakkan Pompa
Vol. 02, No. 02, (Juni - Agustus, 2019), pp. 253-258.
Di Areal Pertanian Teuku Zulfadli dan Andi Mulkan
Gambar 4.2 Grafik hasil analisa data pengukuran kecepatan angin pada bulan Mei 2019
Berdasarkan  grafik  4.2  didapatkecepatan angin  rata-rata  pada  bulan  Mei  yaitu  3.12  m/s. Dengan  kecepatan  angin  tertinggi  mencapai3.97 m/s dan terendah  rata –rata 2.06 m/s.
Gambar 4.3Grafik hasil analisa data pengukurankecepatan angin pada bulan Juni 2019
Berdasarkan  grafik  4.3  didapat  kecepatan angin  rata-rata  pada  bulan  Juni  yaitu  2.91  m/s. Dengan  kecepatan  angin  tertinggi  mencapai3.33 m/s dan terendah  rata –rata 2.47 m/s.
4.2  Kecepatan  angin  rata-rata  bulanan  untuk bulan April, Mei dan Juni Tahun 2019.
Kecepatan angin rata-rata yang di peroleh pada bulan april yaitu 2.93 m/s, pada bulan mei 3.12 m/s dan pada bulan juni 2.91 m/sselama 10 jam.
Gambar 4.4 Grafik hasil analisa data rata-rata kecepatan angin perbulan pada bulan April Mei
dan Juni tahun 2019
Berdasarkan  grafik  4.4  didapat  kecepatan angin rata-rata tertinggi pada bulan Mei yaitu 3.12 m/sdan  terendah    rata  –rata  pada  bulan  Juni  2.91 m/s.
4.3 Analisa Kecepatan Angin Bulanan pada bulan April, Mei dan Juni Tahun 2019.
Data  kecepatan  angin  diperoleh  di  desa Blang Krueng Kecamatan Baitussalam Aceh Besar dengan  ketinggian  5  m  dari  permukaan  tanah selama 3 bulan yakni dari bulan april hingga bulan juni  tahun  2019.  Hasil  pengukuran  tersebut  akan dijadikan berupa data dan grafik besaran.
Gambar 4.5 Grafik hasil analisa data pengukuran rata-rata kecepatan angin selama tiga bulan April Mei dan Juni tahun 2019

## 5. Kesimpulan
Dari hasil dan pembahasan  potensi energi angin sebagai pembangkit energi listrik pada sistem pengairan  di  daerah  pertanian  Aceh  Besar  dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Potensi energi angin di bulan April tahun 2019, Aceh  Besar  dalam  kurun  waktu  satu  bulan dengan rata-rata kecepatan angin sebesar yaitu 2.93  m/s.  Dengan  kecepatan  angin  tertinggi mencapai 3.90 m/s dan terendah 1.96 m/s.
2. Potensi energi angin di bulan Mei tahun 2019, Aceh Besar dalam kurun waktu satu bulan dengan rata-rata kecepatan angin sebesar yaitu 3.12 m/s. Dengan kecepatan angin tertinggi mencapai 3.97 m/s dan terendah  2.06 m/s.
3. Potensi energi angin di bulan Juni tahun 2019, Aceh Besar dalam kurun waktu satu bulan dengan rata-rata kecepatan angin sebesar yaitu
Jurnal Geuthèë: Penelitian Multidisiplin
Sebagai Pembangkit Listrik Untuk Menggerakkan Pompa
Vol. 02, No. 02, (Juni - Agustus, 2019), pp. 253-258.
Di Areal Pertanian Teuku Zulfadli dan Andi Mulkan
2.91 m/s. Dengan kecepatan angin tertinggi mencapai 3.33 m/s dan terendah 2.47 m/s.
4. Kecepatan  angin  rata-rata  dari  ketiga  bulan tersebut adalah 2,98 m/s. Nilai kecepatan angin ini dapat dikatagorikan untuk penggunaan turbin angin  kecepatan  rendah  ( low  speed  wind turbine )  yang  beroperasi  pada  kecepatan  1,7  – 10 m/s dan menggunakan 3 sudu.

## Daftar Pustaka
1. Meliagrina  (2014), Kajian  Potensi  Energi Bayu  Sebagai  Penggerak  Pompa  Pengairan Pertanian Daerah Saree Aceh Besar .  Jurusan Mesin, Universitas Syiah Kuala.
2. Sathyajith  Mathew,  (2006). Wind  Energy Fundamentals, Resource Analysis and Economics, Krips bv, Meppel Binding: Stürtz
AG, Würzburg.
3. J.  F.  Manwell  and  J.  G.  McGowan,  A.  L. Rogers, (2009). WIND ENERGY EXPLAINED Theory  Design  and  Application  Second
Edition . John Wiley & Sons Ltd
4. Burton, T., Sharpe, D., Jenkins, N., Bossanyi, R., Wind  Energy  Handbook .  England,  Jhon Wiley & Sons Ltd., 2001.
5. Y.  Daryanto,  (2007). Kajian  Potensi  Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu , Balai
PPTAGG- UPT-LAGG Yogyakarta
6. A.W.  Culp,  (1991). Principles  of  Energy Conversion ,  2nd  Edition  (McGraw  Hill International Edition, NewYork).
7. Henryson, M., Svensson, M. (2004). Renewable  Power  for  the  Swedish  Antarctic Station  Wasa .  SWEDARP,  Swedish  Polar
Research.  Department  of  EnergyTechnology Stockholm, Sweden.
8. Sutrisna,  Fendy,  (2011), Pembangkit  Listrik Tenaga  Angin,  Prinsip  Kerja  dan  Proses Konversinya .  Institut  Teknologi  Sepuluh
Nopember (ITS) Surabaya
9. Kishore,  Ravi  Anant.,  Marin,  Anthony.  and Shashank,  Priya.  (2014). Efficient  Direct-
Drive  Small-Scale  Low-Speed  Wind  Turbine . Research  Article  Energy  Harvesting  and Systems 1(1-2): 27–43