Peningkatan Kekakuan Sudu Turbin Angin Vertikal Berbahan Komposit Serat Karbon Melalui Rekayasa Penampang Inersia
Marsono, Ali, Alek P. Sembiring Jurusan Teknik Mesin, Itenas, Bandung Email: msn.a.kasa@gmail.com

## ABSTRAK
Perubahan  bentuk  dan  dimensi  sudu  akan  menurunkan  kinerja  turbin  angin.  Perubahan  bentuk  dan dimensi  sudu  sangat  dipengaruhi  oleh  kekakuan  dan  kekuatan  sudu  turbin  tersebut.  Pada  kasus  di lapangan,  ditemui  bahwa  sudu  turbin  angin  sumbu  vertikal  yang  dibuat  dengan  bahan  komposit  serat karbon  ternyata  tidak  memiliki  kekakuan  yang  baik  jika  hanya  dibuat  dengan  satu  lapis  (layer)  serat karbon. Untuk mengatasi masalah kekakuan ini, maka dilakukan penambahan tulang penguat (stiffener rib) dari bahan yang sama pada sudu turbin angin. Pengujian yang telah dilakukan menunjukan bahwa penambahan  tulang  penguat  pada  sudu  turbin  angin  sumbu  vertikal  telah  menambah  kekakuan  sudu secara signifikan yang cenderung mengikuti grafik eksponensial. Kekakuan (K) sudu dengan tinggi tulang 6 mm adalah 0,0258 kg/mm. Kekakuan sudu dengan tinggi tulang 9 mm adalah 0,0740 kg/mm. Kekakuan sudu dengan tinggi tulang 12 mm adalah 0,2250 kg/mm. Di sisi lain, kekuatan lentur sudu turbin juga meningkat.  Dengan  penambahan  tulang  6mm,  kekuatan  lentur  maksimum  ( max )  mencapai  4,008 kg/mm 2 , dengan penambahan tulang 9 mm kekuatan lentur mencapai 4,145 kg/mm 2 , dengan penambahan tulang 12 mm kekuatan lentur mencapai 4,544 kg/mm 2 .
Kata kunci : sudu turbin angin sumbu vertikal, inersia penampang, kekakuan, kekuatan lentur.

## ABSTRACT
Changes in shape and dimension of the blade will decrease the wind turbine performance. These change are strongly influenced by the stiffness and strength of turbine blade. It was found that vertical axis wind turbine blades which is made with carbon fiber composite did not have good stiffness if it was made with only one layer of carbon fiber.  To overcome this stiffness problem, stiffener rib with the same material was applied on wind turbine blade.  The test that has been done shows that the addition of the stifferner rib to the vertical axis wind turbine blade has significantly increased the stiffness that tends to follow the exponential  graphic.  The  stiffness  (K)  of  the  blade  with  6  mm  rib  height  is  0.0258  kg/mm.  The  blade stiffness  with  9  mm  rib  height  is  0.0740  kg/mm.  The  blade  stiffness  with  12  mm  rib  height  is  0.2250 kg/mm. On the other hand, the bending strength of the turbine blade is also increased. With the addition of 6mm rib, the maximum flexurall strength ( s max ) reaches 4,008 kg/mm 2 . With the addition of 9 mm rib, the strength reaches 4,145 kg/mm 2 . With the addition of 12 mm rib, the strength reaches 4,544 kg/mm 2 .
Keywords : vertical axis wind turbine, inertia, stiffness, flexurall strength.

## 1. PENDAHULUAN
Turbin  atau  kincir  angin  adalah  sebuah  alat  yang  berfungsi  untuk  mengubah  energi  angin  menjadi energi  mekanik.  Energi  mekanik  yang  dihasilkan  dari  turbin  ini  dapat  dimanfaatkan  untuk membangkitkan tenaga listrik, ataupun dimanfaatkan untuk menggerakkan peralatan mekanis laininya. Angin adalah sumber energi terbarukan dan merupakan salah satu pilihan energi alternatif yang baik untuk  menggantikan  energi  fosil.  Pemanfaatan  tenaga  angin  dapat  membantu  mengurangi  emisi karbondioksida dan emisi sulfur-dioksida akibat dari pembakaran bahan bakar fosil yang berdampak terhadap perubahan lingkungan global (Jagadish et.al., 2016) Angin dapat menggerakkan turbin tanpa harus  membayar  sehingga  tidak  terkena  dampak  fluktuasi  harga  bahan  bakar  fosil.  Tenaga  ini  juga tidak perlu ditambang, digali dan dipindahkan ke lokasi pembangkit listrik.
Sebagai negara kepulauan, Indonesia memiliki garis pantai yang sangat panjang. Kondisi geografis ini menjadi  sebuah  keuntungan,  karena  pantai  adalah  daerah  yang  memiliki  potensi  sumber  daya  angin yang  besar  dan  dapat  dimanfaatkan  sebagai  penggerak  turbin.  Dalam  rangka  pengembangan pemanfaatan sumber daya angin di indonesia, telah banyak dilakukan penelitian tentang turbin angin sumbu  vertikal  yang  cocok  untuk  kecepatan  rata-rata  angin  di  perairan  Indonesia,  yaitu  berada  di kisaran 4m/s – 5m/s (Hero et.al, 2016).
Pada pembuatan sudu turbin angin sumbu vertikal dengan bahan komposit serat karbon, ditemui kasus dimana sudu turbin yang dibuat dengan 1 lapis ( layer ) serat karbon  ternyata belum dapat memberikan kekakuan  yang  diinginkan.  Kekakuan  sudu  yang  rendah  akan  berdampak  kepada  perubahan  bentuk dan dimensi sudu dan akan mengakibatkan penurunan kinerja turbin angin. Dalam penelitian ini akan dilakukan optimalisasi penggunaan serat karbon dalam pembuatan sudu turbin angin sumbu vertikal. Penghematan penggunaan serat karbon dilakukan dengan merekayasa bentuk penampang sudu turbin angin  sedemikian  hingga  kekakuan  sudu  yang  dipersyaratkan  tetap  dapat  terpenuhi.  Kekakuan  sudu turbin dapat dicapai dengan menambahkan tulang (rusuk) penguat atau stiffener rib . Pengujian untuk mengetahui  kekakuan  sudu  turbin  angin  dilakukan  dengan  pembebanan  statik  terhadap  sudu  turbin dengan tiga variasi ketinggian (ketebalan), yaitu 6mm, 9mm dan 12mm.

## 2. METODOLOGI

## 2.1. Kekakuan dan Kekuatan Sudu Turbin Angin
Sudu  turbin  angin  dirancang  sesuai  dengan  kondisi  dan  potensi  sumber  daya  angin  di  suatu  tempat tertentu. Setiap daerah yang memiliki kecepatan angin tertentu akan memiliki rancangan turbin angin yang berbeda dengan daerah lain. Satu hal yang sama dari semua rancangan turbin angin adalah bahwa bentuk dan dimensi sudu turbin angin tidak boleh berubah secara berlebihan akibat gaya dorong angin. Perubahan  bentuk  dan  dimensi  sudu  turbin  angin  yang  berlebihan  akibat  gaya  dorong  angin  akan menurunkan kinerja turbin angin. Perubahan bentuk dan dimensi sudu akibat gaya dorong angin dapat diatasi  dengan  kekakuan  ( stiffness )  dan  kekuatan  ( strength )  material.  Di  sisi  lain,  sudu  turbin  angin harus  dibuat  seringan  mungkin.  Sudu  turbin  angin  yang  ringan  akan  mereduksi  kehilangan  energi akibat dipakai untuk melawan gaya inersia yang timbul karena faktor berat sudu (Mohammed, 2013).
Sejak  tahun  80-an,  sudu  turbin  angin  telah  dibuat  dari  baja,  aluminium,  dan  komposit  dengan  serat kayu, fiberglass, dan serat karbon. Sudu yang terbuat dari baja dan aluminium memiliki bobot yang lebih  besar  dan  umur  pakai  yang  relatif  rendah  dibanding  komposit  modern.  Karena  kekurangannya ini,  sejak  tahun  90-an  hampir  semua  sudu  turbin  angin  dibuat  dari  material  komposit,  terutama
fiberglass. Serat karbon memberikan rasio kekuatan dan kekakuan tertinggi, namun memerlukan biaya yang tinggi (James L., 2000)
Kasus yang ditemui di lapangan adalah bahwa sudu turbin angin sumbu vertikal yang dibuat dengan bahan komposit yang disusun dengan satu lapis ( layer ) serat karbon dan resin ternyata tidak memiliki kekakuan yang baik. Dari percobaan-percobaan yang pernah dilakukan, untuk mendapatkan kekakuan yang cukup, dibutuhkan 3 sampai 4 lapis serat karbon yang dipadukan dengan resin. Penggunaan serat karbon dengan lapisan yang banyak akan membuat sudu tersebut menjadi lebih berat. Adapun bentuk sudu turbin angin sumbu vertikal yang akan dibuat terl1hat pada gambar 1
Gambar 1 . Turbin angin sumbu vertikal yang akan dibuat
Pemahaman bahwa kekakuan dapat ditingkatkan dengan menambah luas penampang inersia dijadikan dasar dalam penelitian ini untuk membuat dan menguji sudu turbin angin sumbu vertikal dengan satu lapis  serat  karbon  dan  tambahan  rusuk  penguat  dari  bahan  yang  sama  yaitu  komposit  serta  karbon. Sudu  turbin  yang  dibuat  dengan  satu  lapis  serat  karbon  dengan  tambahan  rusuk  penguat  diharapkan dapat mencapai kekakuan yang diinginkan sekaligus bisa mendapatkan berat sudu minimal.

## 2.2. Rancangan Sudu Turbin Angin
Sudu  turbin  angin  sumbu  vertikal  yang  dibuat  dalam  penelitian  ini  berbentuk  setengah  lingkaran, dengan  dimensi  radius  150mm  dan  tinggi  250mm,  sebagaimana  terlihat  pada  gambar  2.  Ketebalan sudu  tidak  ditentukan  karena  mengikuti  ketebalan  serat  karbon  yang  digunakan  dengan  tambahan resin, tapi dapat diperkirakan bahwa ketebalan sudu tidak lebih dari 1mm.
Gambar 2. Dimensi sudu
Gambar 3. Dimensi penampang dan tulang sudu
Sudu  turbin  angin  diberi  tambahan  rusuk  penguat  dengan  tiga  variasi  ketinggian  (ketebalan),  yaitu 6mm,  9mm  dan  12mm.  Lebar  tulang  penguat  adalah  30mm.  Gambar  penampang  sudu  terlihat  pada gambar 3. Tulang penguat sudu dibuat berongga untuk tetap mendapatkan berat minimal.

## 2.3. Inersia Penampang Sudu turbin
Inersia penampang (I xx ) sudu  turbin angin dengan penambahan  rusuk penguat dapat dihitung secara teoritik. Inersia penampang sudu turbin angin dengan penambahan tulang dengan lebar tulang 30mm dan tinggi tulang 6 mm, sebagaimana terlihat pada gambar 4, dapat dihitung dengan beberapa langkah.
Perhitungan  inersia  untuk  sudu  dengan  lebar  tulang  30mm  dan  tinggi  tulang  6mm  diawali  dengan penentuan titik berat dari penampang sudu. Titik berat penampang dapat dihitung dengan menghitung gabungan  titik  berat  dari  bidang-bidang  pembentuk  penampang  secara  proporsional.  Penggabungan titik berat ini yang melibatkan luas penampang masing-masing bidang pembentuk penampang.
Gambar 4 dimensi penampang sudu dengan tinggi tulang 6mm Masing-masing bidang pembentuk memiliki luas : 250 mm 30 mm 0, 5 m m 6 m m 0,5 mm
Posisi titik  berat dihitung dengan rumus :
Inersia sudu turbin angin dengan tambahan rusuk dengan lebar 30mm dan tinggi 6 mm adalah :
Dengan  cara  yang  sama,  dapat  dihitung  inersia  penampang  sudu  dengan  tambahan  tulang  penguat dengan tinggi tulang 9 mm dan 12 mm. Perhitungan yang telah dilakukan memberikan hasil inersia penampang untuk penampang sudu dengan tinggi tulang 6 mm, 9 mm dan 12 mm, yaitu  seperti yang terlihat pada tabel 1
Tabel 1 Momen Inersia Penampang Sudu denga tinggi tulang 6 mm, 9 mm dan 12 mm
No  Tinggi tulang Sudu Inersia penampang (Ixx) 1 6 mm 442.91 mm 4 2 9 mm 1004.23 mm 4 3 12 mm 2000.45 mm 4

## 2.4. Spesifikasi bahan komposit
Bahan  yang  digunakan  untuk  pembuatan  sudu  turbin  angin  terdiri  dari  serat  karbon,  resin  SHCP (Unsaturated Polyester Resin) dan katalis.  Gambar serat karbon terlihat pada gambar 5.a, resin SHCP terlihat pada gambar 5.b. dan katalis terlihat pada gambar 5.c.
Gambar 5.a Serat karbon
Gambar 5.b resin SHCP Gambar 5.c . katalis

## 2.5. Pembuatan Sudu
Secara  umum,  pembuatan  sudu  turbin  angin  dilakukan  dengan  teknik Hand  Lay  Up ,  yaitu  dengan menerapkan serat karbon pada cetakan terbuka dan dilapisi dengan resin SHCP yang telah dicampur dengan  katalis.  Pembuatan  sudu  diawali  dengan  pembuatan  tulang  penguat  secara  terpisah,  seperti yang  telihat  pada  gambar  6.a.  Tahap  selanjutnya  adalah  pembuatan  sudu  seperti  yang  terlihat  pada gambar  6.b.  Tahap  terakhir  adalah  penyatuan  tulang  penguat  pada  sudu,  seperti  yang  terlihat  pada gambar 6.c.
Gambar 6.a . pembuatan tulang penguat Gambar 6.b . pembuatan sudu turbin Gambar 6.c. penyatuan sudu dan tulang penguat

## 2.6. Pengujian Sudu Turbin Angin sumbu vertikal
Pengujian  dilakukan  untuk  mengetahui  karakteristik  mekanik  sudu  turbin  angin  yang  telah  dibuat, terutama  kekakuan  sudu.  Kekakuan  yang  tinggi  akan  membuat  sudu  turbin  tidak  berubah  bentuk ketika mandapat beban dari tumbukan angin. Karakteristik mekanik lain yang juga ingin diketahui dari pengujian  ini  adalah  batas  kekuatan  lentur  dari  sudu  turbin  angin  tersebut.  Pengujian  untuk mendapatkan kedua sifat mekanik ini dilakukan dengan pembebanan statik.
Instalasi  pengujian  sudu  dibuat  sedemikian  rupa  mendekati  fenomena  pembebanan  yang  terjadi seseungguhnya pada sudu turbin, yaitu seperti yang terlihat pada gambar 7. Sudu turbin angin sumbu vertikal  akan  mendapatkan  tumbukan  angin  dari  arah  belakang  lengkugan  radial  dan  akan mengaibatkan defleksi (δ) terbesar di bagian ujung sudu.
Gambar 7. Fenomena pembebanan pada sudu turbin angin  sumbu vertikal dan defleksi pada sudu

## Standar Pengujian Sudu Turbin Angin sumbu vertikal
Dari  sumber-sumber  referensi  yang  telah  dipelajari,  tidak  ditemukan  standar  untuk  pengujian  sudu turbin  angin  sumbu  vertikal.  Adapun  standar  yang  banyak  digunakan  di  eropa  adalah  standar pengujian untuk turbin angin jenis sumbu horizontal, yaitu IEC - TS 61400-23 Wind turbine generator systems – Part 23: Full-scale structural testing of rotor blades. Salah satu karakteristik mekanis yang diuji pada turbin angin jenis sumbu horizontal adalah pengujian kekuatan statik ( Static Strength Test ),
dengan  beberapa  metoda  yaitu  :  metoda  beban  permukaan  terdistribusi  ( Distributed  surface  loads ), metoda pembebanan satu titik ( Single-point method ) dan metoda pembebanan banyak titik ( Multiple- point method ) (Anonim , 2001).
Gambar 8. Contoh instalasi pengujian sudu turbin angin sumbu horizontal ( Anonim, 2001)
Salah  satu  contoh  instalasi  pengujian  sudu  turbin  angin  sumbu  horizontal  untuk  mengetahui karakteristik mekanik terlihat pada gambar 8 yang memperlihatkan cara memberikan pembebanan di beberapa titik di sepanjang sudu turbin

## Skema pembebanan pada pengujian sudu turbin angin sumbu vertikal
Dengan  memperhatikan  standar  pengujian  karakteristik  mekanik  pada  sudu  turbin  angin  sumbu horizontal  IEC-TS  61400-23  maka  dalam  pengujian  sudu  turbin  angin  sumbu  vertikal  ini  dilakukan metoda yang mirip dengan standard tersebut.
Sudu  turbin  angin  sumbu  vertikal  memiliki  luas  penampang  yang  relatif  besar,  berbeda  dengan penampang  sudu  turbin  angin  sumbu  horizontal  yang  lebih  ramping  dan  memanjang.  Dengan pertimbangan  tersebut  maka  sudu  tubin  angin  sumbu  vertikal  ini  akan  diuji  dengan  pembebanan  di banyak  titik.  Sudu  turbin  angin  sumbu  vertikal  akan  diberi  beban  dari  arah  belakang  di  9  titik. Sembilan  beban  itu  disatukan  dengan  rangka  sehingga  dapat  ditarik  dari  arah  depan  pada  satu  titik. Skema pengujian dengan pembebanan di 9 titik terlihat pada Gambar 9.
Gambar 9. Skema pembebanan pada pengujian sudu turbin angina sumbu vertikal
Besar  tumbukan  angin  yang  diterima  oleh  sudu  sebanding  dengan  luas  area  bidang  tumbukan  dan kecepatan angin, atau dapat dituliskan dengan persamaan drag force:
[1]
Dimana F D :  gaya drag (N) V   :  kecepatan angin (m/s) Cd   :  koefisien drag A   :    penampang sudu (m 2 ) ρ :  masa jenis media (udara/angin) (kg/m 3 )
Dengan asumsi bahwa kecepatan angin yang mendorong sudu turbin angin adalah 5m/s, maka secara teoritik tumbukan angin yang akan diterima oleh sudu turbin angin yang diuji adalah sebesar :

## 3. HASIL DAN PEMBAHSAN

## 3.1. Berat Sudu
Pengukuran  berat  bertujuan  untuk  mengetahui  berat  total  spesimen  sudu  serta  mengetahui  berat masing-masing komponen pembentuk sudu, yaitu berat serat karbon dan berat resin. Pengukuran berat dilakukan pada bahan serat karbon sebelum dipadukan dengan resin. Setelah itu, berat sudu ditimbang kembali pada saat sudah selesai dikerjakan, yaitu pada saat resin sudah mengeras. Berat resin diketahui dengan cara mengurangkan berat total sudu dengan berat bahan serat karbon. Dari pengukuran berat yang dilakukan, diperoleh data seperti tabel 2.
Tabel 2. Berat benda uji (sudu)
No Tinggi tulang sudu (mm) No Benda Uji (Sudu) Berat (g) Perbandingan berat serat & resin serat  resin  total serat resin 1 6 mm Benda uji 1 33 84 117 28% 72% 2 Benda uji 2 33 86 119 28% 72% 3 Benda uji 3 33 94 127 26% 74% 4 9 mm Benda uji 1 34 90 124 27% 73% 5 Benda uji 2 35 90 125 28% 72% 6 Benda uji 3 34 92 126 28% 72% 7 12 mm Benda uji 1 36 89 125 29% 71% 8 Benda uji 2 36 91 127 28% 72% 9 Benda uji 3 35 93 128 27% 73%
Data  hasil  pengukuran  berat  bahan  serat  karbon,  berat  resin  dan  berat  sudu  dan  juga  diolah  untuk mendapatkan  perbandingan  antara  berat  serat  dan  berat  resin.  Pengolahan  data  untuk  mendapatkan perbandingan berat serat karbon dan berat resin terlihat pada tabel 2 di dua kolom terakhir. Data hasil perhitungan  tersebut  menunjukkan  bahwa  berat  resin  lebih  dominan  dibanding  berat  serat  karbon, yaitu berada pada kisaran angka 71% sampai 74%. Artinya bahwa resin SHCP memiliki peran yang besar  dalam  menyumbang  sifat  kekakuan  ( stiffness ).  Hal  ini  sejalan  dengan  sifat  dasar  resin  SHCP yang memang bersifat keras dan getas

## 3.2. Karakeristik Mekanik Sudu Turbin Angin.
Dari  pengujian  sudu  turbin  angin  sumbu  vertikal  ini,  ingin  diperoleh  angka  kekuatan  lentur  dan kekakuan dari sudu turbin angin tersebut. Lebih jauh lagi, dengan memvariasikan tinggi tulang pada sudu, ingin diketahui juga besarnya pengaruh inersia penampang (yang diwakili dengan tinggi tulang) terhadap kekakuan sudu turbin angin, khususnya untuk sudu yang terbuat dari komposit serat karbon dan  resin.  Paramater  yang  langsung  diperoleh  dari  pengujian  adalah  gaya  (beban)  yang  diterapkan pada sudu dan besar defleksi pada ujung sudu. Besar angka beban dan defleksi yang tercantum dalam tabel 3 adalah angka beban dan defleksi maksimum yang terjadi sesaat sebelum sudu patah.
Tabel 3. Besar gaya (beban) dan defleksi maksimum pada sudu
No Tinggi tulang sudu (mm) Nomor Benda uji (sudu) Gaya (kg) (mm) 1 6 Benda uji 1 2.2 90 2 Benda uji 2 2.4 80 3 Benda uji 3 2.4 105 1 9 Benda uji 1 3.5 50 2 Benda uji 2 3.4 50 3 Benda uji 3 4.2 50 1 12 Benda uji 1 6.0 20 2 Benda uji 2 5.5 25 3 Benda uji 3 6.5 35

## Kekuatan Lentur Sudu
Kekuatan lentur sudu turbin didapatkan dari perhitungan yang didasarkan dari hasil pengujian. Gaya (beban) yang digunakan untuk menghitung kekuatan lentur adalah beban rata-rata dari pengujian sudu turbin  angin  untuk  masing-masing  ukuran  tinggi  tulang.  Kekuatan  lentur  sudu  dihitung  dengan persamaan :
[2]
Dari perhitungan yang dilakukan, diperoleh rata-rata kekuatan lentur dari masing-masing sudu seperti yang terlihat pada tabel 4. Peningkatan kekuatan lentur sebagai efek dari penambahan tulang penguat juga diperlihatkan pada grafik kekuatan lentur maksimum pada gambar 10.
Tabel 4. Kekuatan lentur sudu
No tinggi tulangan (mm) beban rata-rata maksimum (kg) Lengan momen (mm) C (mm) Ixx (mm 4 ) s max
(kg/mm 2 ) 1 6 2,3667 150 5,0000 442,91 4,008 2 9 4,3000 150 7,5000 1004,23 4,145 3 12 6,0000 150 10,1000 2000,45 4,544
Gambar 10. Grafik kekuatan lentur sudu
Penambahan tulang rusuk penguat pada sudu turbin angin sumbu vertikal telah menambah kekuatan lentur sudu. Pengujian yang dilakukan pada sudu turbin angin sumbu vertikal dengan tambahan tulang penguat  dengan  tinggi  tulang  6mm,  9mm  dan  12mm  menunjukkan  peningkatan  kekuatan  yang cenderung mengikuti fungsi eksponensial. Hal ini sejalan dengan persamaan inersia penampang  dari bentuk persegi yang setara dengan pangkat 3 dari tinggi penampang persegi.

## Kekakuan Sudu
Kekakuan  sudu  turbin  didapatkan  dari  perhitungan  yang  didasarkan  dari  hasil  pengujian..  Gaya (beban) yang digunakan untuk menghitung kekakuan adalah beban rata-rata dari pengujian sudu turbin angin untuk masing-masing ukuran tinggi tulang. Kekakuan sudu dihitung dengan persamaan :
[3]
Dari  perhitungan  yang  dilakukan,  diperoleh  hasil  kekakuan  sudu  seperti  yang  terlihat  pada  tabel  5 Peningkatan  kekakuan  sudu  sebagai  efek  dari  penambahan  tulang  penguat  juga  diperlihatkan  pada grafik kekakuan pada gambar 11.

## Tabel 5. Defleksi dan angka kekakuan
No tinggi tulang (mm) Beban (gaya) rata-rata (kg) d rata-rata (mm) Kekakuan (Kg/mm) 1 6 2,3667 91,667 0,0258 2 9 3,7000 50,000 0,0740 3 12 6,0000 26,667 0,2250
4,008 4,145 4,544 3,900 4,000 4,100 4,200 4,300 4,400 4,500 4,600 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Ke ku at an L en tu r (k g/ m m 2 ) Tinggi Tulangan Sudu (mm)
Gambar 11. Grafik kekakuan sudu
Penambahan tulang rusuk penguat pada sudu turbin angin sumbu vertikal telah menambah kekakuan sudu secara signifikan. Sudu turbin angin yang pada awalnya dibuat dari bahan komposit serat karbon satu layer dan resin SHCP tanpa tulang dapat dikatakan tidak memiliki kekakuan. Tapi setelah diberi tambahan tulang dari bahan komposit yang sama, kekakuannya meningkat. Pengujian yang dilakukan pada  sudu  turbin  angin  sumbu  vertikal  dengan  tambahan  tulang  penguat  dengan  tinggi  tulang  6mm, 9mm dan 12mm menunjukkan peningkatan kekuatan yang cenderung mengikuti fungsi eksponensial. Hal ini sejalan dengan persamaan inersia penampang  dari bentuk persegi yang setara dengan pangkat 3 dari tinggi persegi.
Tabel 6. perbandingan penambahan berat sudu terhadap peningkatan kekuatan lentur dan peningkatan kekakuan
No Tinggi tulang (mm) berat sudu rata-rata (gram) σ max (kg/mm 2 ) Kekakuan (kg/mm) Penambahan berat Peningkatan kekuatan Peninkgatan kekakuan 1 6 121,00 4,008 0,0258 - - - 2 9 125,00 4,145 0,0740 3% 3% 187% 3 12 126,67 4,544 0,2250 1% 10% 204%
Perbedaan berat di antara 3 sudu dengan tinggi tulang 6 mm, 9 mm dan 12 mm hanya terpaut sedikit, kira-kira  4  gram  dan  1  gram.  Tetapi  selisih  yang  hanya  sedikit  ini  telah  memberikan  peningkatan kekakuan dan kekuatan yang signifikan, seperti yang terlihat pada tabel 6.
Gaya  drag  teoritik  akibat  kecepatan  angin  sebesar  5  m/s  yang  bekerja  pada  penampang  sudu  turbin dengan dimensi radius 150 mm dan tinggi 250 mm adalah sebesar 2,5875 N. Untuk menjaga agar sudu turbin angin tidak terdefleksi secara berlebihan, maka tinggi tulang penguat yang sesuai untuk beban tersebut  dapat  ditentukan  dengan  cara  menghitung  defleksi  yang  terjadi  pada  sudu,  yaitu  dengan membagi beban dengan angka kekakuan sudu. Perhitungan defleksi yang terjadi pada masing-masing sudu dengan variasi tinggi tulang penguat terlihat pada tabel 7.
0,0258 0,0740 0,2250 0,0000 0,0500 0,1000 0,1500 0,2000 0,2500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Ke ka ku an (k g/ m m ) Tinggi Tulangan Sudu (mm)

## Kekakuan
Tabel 7. Perhitungan defleksi pada sudu turbin dengan beban (gaya drag) pada kecepatan angin 5m/s dengan tinggi tulang penguat 6,9,12 mm No Tinggi tulang (mm) Kekakuan (kg/mm) Beban (gaya drag) Defleksi (mm) (N) (kg) 1 6 0,0258 2,59 0,26 10,23 2 9 0,0740 2,59 0,26 3,57 3 12 0,2250 2,59 0,26 1,17
Dengan asumsi bahwa defleksi sebesar 5mm pada ujung sudu turbin tidak akan menurunkan kinerja sudu  turbin,  maka  hasil  perhitungan  defleksi  sudu  turbin  yang  terlihat  pada  tabel  7  menunjukkan bahwa sudu turbin angin sudah mencapai kekakuan yang cukup dengan tinggi tulang 9mm

## 4. SIMPULAN
Penambahan  tulang  rusuk  penguat  ( stifferner  rib )  pada  sudu  turbin  angin  sumbu  vertikal  telah menambah  kekakuan  dan  kekuatan  lentur  sudu  secara  signifikan  dan  cenderung  mengikuti  fungsi eksponensial.  Kekuatan  lentur  maksismum  ( s max )  sudu  dengan  tinggi  tulang  6  mm  adalah  4,008 kg/mm 2 . Kekuatan lentur maksismum ( s max ) sudu dengan tinggi tulang 9 mm adalah 4,145 kg/mm 2 . Kekuatan lentur maksismum ( s max ) sudu dengan tinggi tulang 12 mm adalah 4,544 kg/mm 2, Kekakuan (K) sudu dengan tinggi tulang 6 mm adalah 0,0258 kg/mm. Kekakuan (K) sudu dengan tinggi tulang 9 mm  adalah  0,0740  kg/mm.  Kekakuan  (K)  sudu  dengan  tinggi  tulang  12  mm  adalah  0,2250  kg/mm. Berdasarkan  pengujian  dan  perhitungan  yang  telah  dilakukan  pada  penelitian  ini,  kekakuan  yang diinginkan pada sudu turbin angin sumbu vertikal dengan ukuran radius sudu 150 mm, tinggi 250 mm, pada kecepatan angin 5m/s dapat dicapai dengan penambahan tulang penguat dengan lebar tulang 30 mm dan tinggi tulang 9 mm.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] S. Jagadish Venkata Sai, T. Venkateswara Rao (2016), “Design and Analysis of Vertical Axis Savonius Wind Turbine”, International Journal of Engineering and Technology (IJET), e-ISSN : 0975-4024, p-ISSN : 2319-8613, Vol 8 No 2 Apr-May 2016, pp- 1069- 1076
[2] Hero P.Dida, Sudjito Suparman, Denny Widhiyanuriyawan (2016), “Pemetaan Potensi Energi Angin di Perairan Indonesia Berdasarkan Data Satelit QuikScat dan WindSat”,  Jurnal Rekayasa Mesin ISSN: 2477-6041,  Vol.7, No.2   Tahun 2016:  pp-95-101
[3] Mohammed Hadi Ali (2013) “Experimental Comparison Study for Savonius Wind Turbine of Two & Three Blades At Low Wind Speed”, International Journal of Modern Engineering Research (IJMER), ISSN: 2249-6645, Vol. 3, Issue. 5, Sep - Oct. 2013 pp-2978-2986,
[4] James L. Tangler (2000), “The Evolution of Rotor and Blade Design” Conference of American Wind Energy Association Wind Power 2000,  Palm Springs, California, April 30 - May 4 , 2000
[5] Anonim (2001) IEC-TS 61400-23 Wind turbine generator systems – Part 23: Full-scale Structural Testing of  Rotor Blades.