## Analisa Pengaruh Posisi Sinyal Terhadap Sudut Datang Arah Angin pada Generator Windbelt Terhadap Performa Daya Output
Zaenal Abidin, Sardono Sarwito , Eddy Setyo K.
Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : sarsan@ne.its.ac.id
Abstrak—Windbelt merupakan alat konversi energi angin menjadi listrik selain turbin dan kincir angin. Dibandingkan  dengan  turbin  dan  kincir  angin  windbelt sangat murah dan tidak memerlukan area yang luas dalam instalasinya.  serta  tidak  menimbulkan  kebisingan  seperti turbin  dan  kincir  angin.  Terobosan  desain  alat  konversi energi angin ini masih terbilang baru, sehingga perlu untuk dikembangkan  dan  diadakan  penelitian  lebih  lanjut  untuk mendapatkan  efisiensi  yang  tinggi.  Karena  dibandingkan dengan turbin dan kincir angin, windbelt memiliki efisiensi yang  sangat  kecil  sehingga  hanya  digunakan  untuk pembangkit skala kecil. Maka dalam penulisan tugas akhir ini  akan  dibahas  mengenai  kajian  yang  fokus  pada  analisa pengaruh posisi windbelt terhadap sudut datang arah angin dengan  melakukan  percobaan  variasi  sudut  datang  arah angin  dari  posisi  0 o sampai  90 o dengan  beda  5 o .  Dalam percobaannya digunakan sebuah blower yang berkecepatan angin  rata-rata  10,3  m/s.  Dari  percobaan  ini  didapatkan sudut  terbaik  pada  75 o dengan  hasil  tegangan    dan  arus rata-rata sebesar 2,9 volt dan 0,05 A.
Kata Kunci—Windbelt, Sudut datang Angin, Daya Output.

## I. P ENDAHULUAN
ewasa  ini  banyak  dilakukan  penelitian  mengenai energi  alternatif  yang  terbarukan  dan  juga  ramah lingkungan.  Sumber  energi  tersebut  berasal  dari  panas bumi,  sinar  matahari,  angin,  air  dan  sebagainya. Teknologi ini timbul karena adanya kecemasan terhadap energi  fosil  yang  diprediksi  akan  habis  di  masa mendatang. Disamping itu juga energi fosil menyumbangkan  polusi  udara  terbesar  yang  berakibat pada pemanasan
Upaya untuk mengubah energi alternatif ini membutuhkan  alat  konversi.  Alat  konversi  merupakan sebuah alat yang digunakan untuk mengubah energi dari bentuk  satu  kedalam  bentuk  yang  lain.  Alat  konversi memiliki  bentuk  yang  berbeda-beda  bergantung  pada bentuk  energi  yang  akan  dikonversi.  Untuk  konversi energi  radiasi  matahari  menjadi  listrik  dibutuhkan  panel surya, energi potensial air diubah menjadi listrik dengan menggunakan  turbin  air  dan  turbin  angin  untuk mengkonversikan  energi  kinetik  angin  menjadi  listrik. Sebagian  besar  energi  yang  dikonversikan  diubah kedalam  energi  listrik,  karena  mudah  untuk  diubah kedalam bentuk energi lain dan juga dapat disimpan.
Dalam mendesain alat konversi energi terdapat banyak model  yang  telah  ditemukan,  terutama  untuk  konversi energi  angin,  diantaranya  adalah  kincir  angin,  turbin angin,  dan windbelt  generator yang  baru-baru  ini  telah
ditemukan.  Generator windbelt merupakan  terobosan desain alat konversi yang terbaru, alat ini ditemukan oleh Shawn  Frayn,  seorang  lulusan  dari  MIT.  Generator windbelt dinyatakan  lebih  efesien  hingga  30  kali dibandingkan turbin angin berukuran kecil (wikipedia).
Untuk penelitian terhadap alat ini, belum banyak orang yang  melakukan.  Sehingga  perlu  diadakannya  studi penelitian  untuk  lebih  lanjut.  Oleh  karena  itu,  munculah ide  untuk  membuat  analisa  posisi windbelt terhadap sudut  datang  arah  angin  terhadap  kinerja  dari  generator windbelt dalam menghasilkan energi listrik.

## II. M ETODOLOGI P ENELITIAN
Metodologi  penelitian  adalah  kerangka  dasar  dari tahapan  penyelesaian  skripsi.  Metodologi  tersebut mencakup semua kegiatan yang akan dilaksanakan untuk memecahkan  masalah  atau  melakukan  proses  analisa terhadap permasalahan dalam skripsi. Selama pengerjaan skripsi  ini,  penulis  membagi  pengerjaannya  dalam beberapa  tahapan  pengerjaan.  Tahapan  pengerjaan skripsi ini antara lain:

## Identifikasi Masalah
Dalam identifikasi masalah yang dibahas dalam skripsi ini  adalah  analisa  posisi  generator windbelt terhadap sudut  arah  datang  angin  untuk  mendapatkan  daya  yang optimal dalam aplikasinya.

## Studi Literatur
Sebelum dilakukan penelitian, dilakukan studi mengenai beberapa literatur dan referensi yang berkaitan dengan  generator windbelt .  Studi  literatur  ini  bertujuan untuk  memperoleh  teori-teori  dasar  yang  digunakan, hasil  penelitian  dan  informasi  yang  berkaitan  dengan generator windbelt yang akan dianalisa dalam skripsi ini. Studi  literatur  dilakukan  dengan  pengkajian  berupa jurnal,  buku, paper ,  dan  web,  atau  media  lain  yang menunjang penulisan skripsi ini.

## Pengumpulan Data
Pengumpulan  data  dilaksanakan  sebagai  acuan  dalam pengerjaan  skripsi  ini.  Data-data  yang  dikumpulkan harus dapat menunjang dalam penyelesaian permasalahan  yang  ada.  Data  –  data  yang  diperlukan dalam  penyelesaian  masalah  dibagi  dalam  dua  bagian, yaitu  data  tetap  dan  data  variasi.  Data  tetap  merupakan data  yang  dibutuhkan  untuk  pengujian  yang  sifatnya tetap  atau  tidak  dapat  diganti  selama  pengujian,  yaitu  : kecepatan  angin  dan  dimensi  alat.  Dan  data  variasi merupakan  data  yang  dibutukan  dalam  pengujian  yang
D
berubah  sewaktu  pengujian  dengan  jangkauan  tertentu, yaitu  sudut  datang  arah  angin.  Data-data  ini  akan digunakan untuk menguji alat, sehingga didapatkan hasil keluaran yang diinginkan.

## Pembuatan Alat
Pada  tahap  ini  dilakukan  pembuatan  alat  yang  akan digunakan  dalam  pengujian.  Dalam  pembuatan  alat  ini diperlukan  data  dimensi  dari windbelt ,  data  tersebut diperoleh  dari  jurnal  IJEIT,  ISSN:2277-3754.  [5] Pemilihan dimensi dari jurnal ini, karena desain tersebut telah  berhasil  diuji  dan  dapat  bekerja  dengan  baik.  Dari data  tersebut  dibuat  desain  yang  menyerupai  bentuk desain  sebelumnya,  namun  terdapat  beberapa  perubahan seiring  dalam  proses  pembuatannya,  yaitu  diameter dalam  dan  luar  koil,  dimensi  magnet,  dimensi  pita  dan terdapat bantalan koil yang digunakan untuk memposisikan  koil  pada  magnet.  Perubahan  itu  terjadi karena kesalahan proses pembuatan, dan dimensi magnet yang ada di pasaran tidak ada yang sesuai dengan jurnal serta  mutlak  untuk  meminimalkan  kegagalan  pada  saat pengujian.

## Percobaan Alat
Pada tahap ini dilakukan pengujian alat yang dilakukan di  laboratorium  mesin  kapal.  Dalam  pengujian  ini diperlukan  sebuah  blower  yang  digunakan  sebagai sumber  angin  buatan.  Kecepatan  angin  yang  dihasilkan blower  tidak  dapat  diubah  sehingga  dibuat  tetap. Kemudian  dibuat  sebuah  tunnel  angin  yang  diletakan pada sisi keluaran angin pada blower yang berguna untuk memusatkan  angin  pada windbelt .  Pengujian  dilakukan pada  jarak  110  cm  dari  depan  blower.  Pada  saat pengujian dilakukan pengukuran arus dan tegangan, serta dilakukan pengubahan posisi  sudut  datang angin dengan mengubah  posisi windbelt .  Sudut  datang  arah  angin divariasikan  dari  0  derajat  sampai  90  derajat  dengan kelipatan 5 derajat, yaitu 0, 5, 10, 15, …, 90.

## Analisa Data dan Pembahasan
Pada  tahap  ini  dilakukan  analisa  dan  pembahasan terkait  dari  hasil  pengujian  alat.  Yang  nantinya  akan menjadi hasil dari tujuan penelitian ini.

## Kesimpulan dan Saran
Pada  akhir  pengerjaan  skripsi  ini  akan  ditarik kesimpulan  dari  beberapa  pengujian  yang  telah dilakukan.  Kesimpulan  yang  didapatkan  merupakan jawaban  dari  permasalahan  yang  dibahas  dalam penelitian  ini  dan  juga  merupakan  rangkuman  dari serangkaian proses penelitian yang dilakukan. Disamping itu  juga  akan  diberikan  saran-saran  mengenai  penelitian ini. Dimana saran-saran tersebut mungkin nantinya akan berguna  dalam  perkembangan  penelitian  selanjutnya, maupun  sebagai  bantuan  solusi  terhadap  permasalahan yang ada.

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Data  yang  yang  didapatkan  dari  variasi  sudut  arah datang  angin  berupa  tegangan  dan  arus  yang  dihasilkan oleh  generator.  Kemudian  data  lain  berupa  kecepatan angin  merupakan  data  masukan  yang  didapat  dari kecepatan  angin  yang  dihasilkan  oleh  blower.  Data kecepatan angin didapatkan dengan melakukan pengukuran  menggunakan  anemometer  analog  didepan
blower  dengan  jarak  110  cm  sesuai  dengan  jarak  pada percobaan  alat.  Dan  data  yang  didapatkan  pada  saat pengukuran adalah sebagai berikut
T ABEL 4.1 K ECEPATAN A NGIN Pengambilan ke- Kecepatan Angin (m/s)
1 10 2 10 3 10.2 4 10 5 10.2 6 10.2 7 10 8 10.9 9 11 10
10.5 Rata-rata 10.3

## Pembuatan Prototype Generator Windbelt
Untuk  melakukan  penelitian  pengaruh  sudut  datang arah angin terhadap performa daya output dari generator windbelt ,  maka  nantinya  akan  dibuat  sebuat  prototype yang  akan  diuji  coba  dengan  kondisi  yang  disesuaikan. Prototype  ini  akan  bekerja  pada  sudut  yang  bervariasi dari sudut 0 derajat sampai 90 derajat.
Dimensi  perancangan  genrator  windbelt  didasarkan pada jurnal IJEIT, ISSN:2277-3754.[5] Desain yang akan dibuat prototype memiliki dimensi sebagai berikut:
Gambar 2.1 Dimensi Frame dan Belt Windbelt
Gambar 2.2 Perancangan Letak Koil dan Magnet Generator Windbelt
Gambar 2.3 Dimensi Magnet dan Koil

## Percobaan Prototype dan Pengambilan data
Untuk menguji performa generator windbelt dilakukan percobaan  kerja  alat  secara  real.  Percobaan  ini  akan dilakukan  pengukuran  tegangan  dan  arus  pada  keluaran generator.  Dalam  percobaan  ini,  peletakan  koil  dan magnet berada  ditengah-tengan pita dan  dipasang secara horizontal  didepan  blower  dengan  jarak  1,1  meter. Kecepatan  angin  yang  mengalir  dari  blower  rata-rata 10,8  m/s  yang  sebelumnya  telah  diukur  dengan anemometer.
Sedangkan  yang berbeda dari  setiap  percobaan  adalah sudut arah datang angin yang divariasikan dari 0 derajat sampai 90 derajat dengan kelipatan 5 derajat, yaitu 0, 5, 10,  15,  …,  90.  Sehingga  nantinya  akan  dilakukan percobaan sebanyak 18 kali. Pada setiap percobaan akan dilakukan selama 1 jam dan mencatat nilai tegangan dan arus yang dihasilkan oleh generator setiap 1 menit. Hasil dari  percobaan  yang  telah  dilakukan  dapat  dilihat  pada penyajian grafik dibawah ini:
Grafik 3.1. Perbandingan antara sudut datang arah angin dengan tegangan yang dihasilkan wind belt

## Perhitungan Daya Wind Belt
Daya wind belt dihitung berdasarkan rumus :
𝑃 = 𝑉. 𝐼     (𝑤𝑎𝑡𝑡)
(1)
Hasil  perhitungan  daya  windbelt  yaitu  seperti  tampak pada Grafik dibawah ini.
Grafik 3.3. Perbandingan antara sudut datang arah angin dengan power output yang dihasilkan wind belt
Daya  listrik  yang  dihasilkan  wind  belt  bertambah seiring  dengan  besarnya  sudut  datang  terhadap  posisi wind  belt.  Besarnya  sudut  menandakan  besarnya  aliran massa udara yang diterima bidang muka (face) wind belt untuk kemudian dikonversikan menjadi gerakan aeroelastic  flutter  yang  menggerakan  magnet  keluar masuk  kumparan  dan  selanjutnya  akan  diubah  menjadi gaya gerak listrik yang memicu aliran arus listrik.
Pada  grafik  diatas  daya  yang  terbesar  adalah  pada sudut  datang  75 0 yaitu  sebesar  0,145  watt  atau  sekitar 145  miliwatt.  Secara  teori  seharusnya  sudut  datang  90 0 menghasilkan  daya  yang  lebih  besar  dibandingkan  pada sudut  datang  75 0 .  Karena  bilamana  luas  bidang  yang diterpa  angin    semakin  besar  maka  akan  menimbulkan gerakan osilasi yang besar pula. Hal ini dikarenakan pada sudut  75 0 memungkinkan  gerakan  osilasi  pita  untuk mengangkat  magnet  sehingga  menggerakan  magnet keluar  masuk  kumparan  sehingga  menghasilkan  daya yang besar.

## Perhitungan Daya Angin
Daya angin dengan kecepatan 10,3 m/s yang menerpa pita  dengan  dimesi  panjang  600  mm  dan  lebar  20  mm, yaitu:
𝑃 = 1 2 𝜌𝑣 3 𝐴 𝑃 = 1 2 𝑥1,2 𝑘𝑔𝑚 −3 𝑥(10,3 𝑚𝑠 −1 ) 3 𝑥(0,6 𝑚 𝑥 0,02 𝑚)
𝑃 = 1 2 𝑥1,2 𝑘𝑔𝑚 −3 𝑥1092,727 𝑚𝑠 −1 𝑥0,012𝑚 2

## 𝑃 = 7,86 𝑤𝑎𝑡𝑡
Daya  angin  sesungguhnya  kira-kira  ½  dari  nilai  daya diatas,  sebab  diameter  kincir  angin  hanya  40  cm.  [3] maka daya angin yang menerpa pita adalah kira-kira 3,6 watt. Sehingga perhitungan efisiensinya adalah :
𝜂 = 𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑙𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑘 𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑎𝑛𝑔𝑖𝑛 = 145𝑚𝑊 7200 𝑚𝑊 𝑥100% = 1,84%
Nilai  efisiensi  ini  termasuk  sangat  rendah,  karena sebagian besar energi angin belum seluruhnya dikonversikan menjadi energi listrik. Untuk memaksimalkannya  perlu  ditambahkan  kumparan  pada bagian  sisi  atas.  Karena  pada  percobaan  hanya  dipakai satu  kumparan  saja.  Dan  untuk  mendapatkan  daya  lebih
0 0.8 1.6 2.4 3.2 0 5 1015202530354045505560657075808590 Tegangan (Volt) Sudut Datang (Deg) Grafik Tegangan VS Derajat Sudut Face terhadap Arah Angin 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0 5 1015202530354045505560657075808590 Arus (Amp ) Sudut Datang (Deg) Grafik Arus VS Derajat sudut Face Terhadap arah angin 0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0 5 1015202530354045505560657075808590 Pow er Outp ut (w att) Sudut Datang (Deg) Grafik Power Output VS Derajat sudut Face Terhadap arah angin
besar  lagi  bisa  ditambahkan  dua  kumparan  lagi  pada ujung sisi lainnya.

## IV. K ESIMPULAN DAN S ARAN

## Kesimpulan
Setelah  melakukan  percobaan  dan  pengamatan  maka dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu :
 Sudut  datang  arah  angin  mempengaruhi  daya  yang dihasilkan oleh windbelt
 Daya  terbesar  yang  dihasilkan  pada  percobaan  ini adalah pada sudut 75 0 yaitu sebesar 145 miliwatt
 Daya  yang  dihasilkan  masih  terlalu  kecil  untuk dipakai dalam skala besar.
 Performa  wind  belt  masih  kurang  maksimal meskipun didapatkan sudut datang yang baik dalam mengkonversikan energi angin menjadi listrik.

## Saran
 Sebaiknya  dilakukan  percobaan  dengan  lebar  pita yang berbeda untuk mengetahui apakah pada sudut 75 0 wind belt tetap menghasilkan daya terbesar.
 Pemilihan  material  pita  yang  baik  untuk  bisa menggerakan magnet
 Diperlukan  percobaan  yang  sama  dengan  posisi wind belt secara vertikal.

## U CAPAN T ERIMA K ASIH
Penulis  mengucapkan  terimakasih  kepada  Bapak Sardono  Sarwito  dan  Bapak  Eddy  Setyo  yang membimbing  dalam  penelitian  ini,  serta  asisten laboratorium yang telah banyak membantu.

## D AFTAR P USTAKA
[1] Hanin,  wildan.  “Perancangan  Turbin  Angin  Sebagai  Bagian  dari Sistem  Pembangkit  Listrik  di  Kapal”.2008.Teknik  Sistem Perkapalan.ITS Surabaya.
[2] Bagaskara,  Surya.  “Analisa  Pemanfaatan  Turbin  Angin  Sebagai Penghasil  Energi  Listrik  Alternative  di  Pulau  Panggang Kepulauan Seribu”.2011.Teknik Sistem Perkapalan.ITS Surabaya.
[3] Ihda,  Arif  Prasetya.  “Perencanaan  Kincir  Angin  Sebagai  Pengisi Baterai  pada  Kapal  Ikan  5  GT  Berpenggerak  Motor DC”.2008.Teknik Sistem Perkapalan.ITS Surabaya.
[4] Wiley,  John,  2008,  “Wind  Power  in  Power  System”.British Library, England.
[5] Dr.P.Balaguru,  B.Vignesh  Raj,  B.E.Vignesh.2008.Low  Cost Energy  Production  Using  Wind  Belt  Technology.International Journal  of  Engineering  and  Innovative  Technology,  ISSN:2277- 3754