## Peningkatan Kinerja Turbin Angin Vertikal Tipe Darrieus dengan menggunakan Wind Gate
Asroful Anam 1 , Mochtar Asroni 2 , Teguh Rahardjo 3
1,2,3 Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Nasional Malang, Jl. Raya Karanglo Km 2 Malang, telp. 0341-417636/fax. 0341-417634 e-mail: 1 asrofulan@gmail.com

## ABSTRAK
Salah  satu  upaya  meningkatkan  kinerja  turbin  angin  adalah  merekayasa  kecepatan angin  agar  dapat  dimanfaatkan  secara  optimal  karena  kecepatan  angin  yang  tinggi  lebih dapat meningkatkan putaran rotor dibandingkan kecepatan yang rendah. Tetapi hal tersebut memerlukan  suatu  kajian  teori  dan  eksperimen  untuk  menjawab  pernyataan  tersebut, sehingga dilakukanlah penelitian dengan judul “Peningkatan Kinerja Turbin Angin Vertikal Tipe  Darrieus  dengan  Menggunakan  Wind  Gate”.  Penelitian  ini  menggunakan  metode eksperimen dengan jenis Naca 4309 dan variasi jumlah blade 1, 2, 3, dan 4. Pemilihan turbin angin  tipe  vertikal  jenis  darrieus  didasarkan  atas  beberapa  hal,  diantaranya  adalah  turbin angin  vertikal  dengan  tipe  darrieus  sangat  cocok  di  gunakan  pada  daerah  yang  kecepatan anginnya  tidak  terlalu  tinggi  dan  tidak  membutuhkan  tower  serta  investasi  awal  pada pembangkit  tersebut  tidak  semahal  tipe  horisontal.  Kemudian  penggunaan  wind  gate dimaksudkan agar hembusan angin menumbuk sudu-sudu turbin dapat lebih terarah dengan berbagai  fluktuasi  kecepatan  angin  yang  bervariasi.  Lokasi  penelitian  adalah  di  pantai Sendiki  Desa  Tambakrejo,  Kecamatan  Sumbermanjing,  Kabupaten  Malang.  Dari  data  hasil penelitian  pada  kecepatan 3,7 m/s;  5,5  m/s,  5,6  m/s  7,2  m/s;  dan  7,8  m/s menunjukkan bahwa  kinerja  turbin  paling  tinggi  pada  kecepatan  angin    5.6  m/s  dengan  efisiensi  39.84% dan daya 39.45 watt pada putaran poros 111 rpm.
Kata Kunci : Kecepatan angin, kinerja turbin, wind gate

## I. PENDAHULUAN
Kecepatan  angin  adalah  kecepatan fluida  angin  berhembus  atau  berpindah  dari satu  titik  ke  titik  yang  lain  persatuan  waktu. Pada  pemanfaatan  angin  untuk  pembangkit listrik alternatif, kecepatan angin menjadi salah satu  unsur  penting  untuk  mendapatkan  kinerja suatu turbin  yang digunakan karena kecepatan angin  yang  tinggi  lebih  dapat  meningkatkan putaran  rotor  dibandingkan  kecepatan  yang rendah.  Tetapi  hal  tersebut  memerlukan  suatu kajian    eksperimen  untuk  menjawab  bahwa kecepatan  angin  dapat  meningkatkan  kinerja suatu turbin karena kecepatan angin yang sama pada  beberapa  daerah  yang  memiliki  potensi energi  angin  belum  tentu  berlaku  untuk  satu jenis turbin yang digunakan.
Suatu  daerah  yang  memiliki  potensi energi angin harus dikaji tingkat kelayakan dan
penggunakan jenis turbin yang cocok digunakan, semisal menggunakan turbin berporos  horizontal  atau  vertikal.  Pada pemilihan  turbin  berdasarkan  poros  juga  perlu di cermati tipe yang sesuai dengan karakteristik  angin  pada  daerah-daerah  yang akan  dipasang  pembangkit  listrik  alternatif yang  memanfaatkan  angin  dan  tentunya  juga melalui proses kajian eksperimen atau pengujian  karena  setiap  daerah,  semisal Negara  Indonesia  memiliki  banyak  daerah- daerah  berpotensi  energi  angin  yang  besar karena  Indonesia    termasuk  dalam  negara maritime dengan garis pantai lebih dari 81.290 km  dengan  potensi  energi  angin  yang  sangat besar  yaitu  9,3  GW  tetapi  total  kapasitas pembangkit  yang  baru  terpasang  untuk memanfaatkan potensi angin  tersebut  saat  ini masih  0,5  MW  (Daryanto,2007).  Sehingga pemanfaatan  potensi  angin  pada  pembangkit
listrik  perlu  dikembangkan  guna  memenuhi kebutuhan  energi  listrik  masyarakat,  terutama masyarakat  di  daerah-daerah  yang  tidak sepenuhnya memperoleh sumber energi listrik pemerintah  yang  masih  menggunakan  bahan bakar fosil.
Sejak tahun 2010/2011 sampai sekarang pemerintah Indonesia, melalui kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM)  telah  mengembangkan  pemanfaatan sumber  energi  angin  pada  pembangkit  listrik dibeberapa  daerah  seperti  Jawa,  Sumatra,  dan Nusa  Tenggara.  Hal  ini  merupakan  upaya pemerintah memenuhi kebutuhan listrik masyarakat  serta  mengurangi  pemanasan global akibat penggunaan energi fosil.
Pengembangan  pembangkit  listrik  tenaga angin  yang  sering dikenal sebagai pembangkit listrik  tenaga  bayu  tidak  hanya  dikembangkan oleh perusahaan
pembangkit listrik
pemerintah,  tetapi  juga  dikembangkan  oleh praktisi  dan  akademisi  perguruan  tinggi melalui kajian-kajian eksperimen guna mendapatkan  kinerja  turbin  angin  yang  lebih optimal  dengan  harapan  output  energi  listrik yang  dihasilkan  juga  lebih  besar  dari  turbin yang sudah ada.
Pengembangan pembangkit listrik tenaga angin oleh kalangan akademisi merujuk roadmape  penelitian  yang  tidak  menyimpang dari  rambu-rambu  yang  diharapkan  oleh pemerintah,  sehingga  hasil-hasil  eksperimen yang dilakukan pada akademisi dapat mendukung  program-program    pemerintah dalam  upaya  mendapatkan  turbin  angin  yang optimal  guna  memenuhi  energi  masyarakat, bahkan  teknologi  pembangkit  listrik  tenaga angin hasil riset para akademisi dapat langsung di  contoh  atau  di  aplikasikan  langsung  oleh masyarakat.
Berdasarkan  uraian  diatas,  kami  sebagai akademisi hendak berpartisipasi dalam mengembangkan turbin angin untuk mendapatkan  turbin  angin  yang  lebih  optimal dari  sebelumnya,  dengan  judul  penelitian adalah “ Peningkatan  Kinerja  Turbin  Angin Vertikal Tipe Darrieus dengan Menggunakan Wind  Gate ” Pemilihan  turbin  angin  vertikal dengan  tipe  darrieus  sebagai  bahan  kajian penelitian  didasarkan  atas  beberapa  hal, diantaranya  adalah  turbin  angin  vertikal dengan  tipe  darrieus  sangat  cocok  di  gunakan pada  daerah  yang  kecepatan  anginnya  tidak terlalu  tinggi  dan  membutuhkan  tower  serta pinvestasi awal pada pembangkit tersebut tidak setinggi  turbin  angin  berporos  horizontal (Dwiyanto,  2015).  Kemudian  penggunaan wind gate pada pengujian turbin ini bermaksud agar  hembusan  angin  menumbuk  sudu-sudu
turbin  dapat  lebih  terarah  dengan  berbagai fluktuasi  kecepatan  angin  yang  bervariasi (Anam,  A,  2018).  Lokasi  penelitian  adalah  di pantai  Sendiki  Desa  Tambakrejo,  Kecamatan Sumbermanjing,  Kabupaten  Malang.  Rencana penelitian  ini  juga  merupakan  partisipasi peneliti  dalam  mewujudkan  rencana  strategis pemerintah tahun 2015-2019 dalam pemanfaatan energi baru dan energi terbarukan.

## 3. METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian  ini  menggunakan  metode eksperimen  dengan  jenis  Naca  4309  dan jumlah  blade  4.  Pemilihan  turbin  angin  tipe vertikal jenis darrieus didasarkan atas beberapa hal,  diantaranya  adalah  turbin  angin  vertikal dengan  tipe  darrieus  sangat  cocok  di  gunakan pada  daerah  yang  kecepatan  anginnya  tidak terlalu  tinggi  dan  tidak  membutuhkan  tower serta  investasi  awal  pada  pembangkit  tersebut tidak  semahal  tipe  horisontal.  Kemudian penggunaan  wind  gate  dimaksudkan  agar hembusan  angin  menumbuk  sudu-sudu  turbin dapat  lebih  terarah  dengan  berbagai  fluktuasi kecepatan  angin  yang  bervariasi.  Lokasi penelitian  adalah  di  pantai  Sendiki  Desa Tambakrejo, Kecamatan Sumbermanjing, Kabupaten  Malang.  Dari  data  hasil  penelitian pada  kecepatan  3,7  m/s;  5,5  m/s,  5,6  m/s  7,2 m/s; dan 7,8 m/s.

## IV.   HASIL DAN PEMBAHASAN
Grafik 1 Hubungan kecepatan angin (m/s) dan kecepatan putaran (Rpm)
Pada  Grafik  1,  menunjukkan  bahwa kecepatan  angin  masuk  V1  (m/s)   pada  blade 1,2,3 dan  4  adalah  7,8  m/s,  6,3  m/s,  5,3  m/s. 5,7  ms,  dan  kecepatan  putaran  pada  blade 1,2,3  dan  4  menghasilkan  rpm  yaitu 106  rpm, 110  rpm,  115  rpm,  dan  118  rpm.  Dapat disimpulkan  blade  paling  maksimal  yaitu blade  4.  Pada  grafik  diatas  kecepatan  angin
berbanding  lurus  dengan  teori  (Hendra Dermawan,  2009), yaitu  angin  masuk  harus lebih  besar  dan  angin  dibelakang  turbin mengalami  penurunan  dan  rpm  semakin kencang.  Hal  ini  disebabkan  karena  semakin banyak jumlah blade maka luas daerah sapuan blade  juga  semakin  besar  dan  dilanjutkan  ke putaran rotor menjadi lebih maksimal.
Grafik 2 Hubungan kecepatan angin (m/s) dan Daya turbin (watt) Pada  Grafik  2,  menunjukkan  bahwa kecepatan angin dengan daya turbin menghasilkan  data  kecepatan  angin  masuk pada  blade  1,2,3  dan  4  adalah  5,8  m/s  ,  6,3 m/s,  5,3m/s,  5,8m/s.  Dan  daya  turbin  yang paling  tinggi  yaitu  pada  pengujian  blade  4 yaitu  63,2205  watt  dengan  kecepatan  angin masuk  5,8  m/s.  disimpulkan  semakin  banyak penggunaan blade maka juga sangat berpengaruh  terhadap  daya,karena  daya  yang dihasilkan  berpengaruh  pada  diameter  blade yang  besar  akan  mempengaruhi  harga  daya turbin  dan  pada  teori  Darmawan  Hendra (2009)    hampir  sama  dengan  grafik  pengujian saya  diatas.  besaran  diameter  rotor  4  blade lebih  besar  dari  dibanding  diameter  yang dimiliki oleh 1,2,3 dan blade 3.
Grafik 3 Hubungan kecepatan angin (m/s) dan Efisiensi (%)
Pada  Grafik  3,  menunjukkan  bahwa kecepatan  angin  dan  jumlah  blade  yang semakin besar, maka Efesiensi yang dihasilkan juga semakin  besar, seperti pada  blade 4  yaitu 50,27%  dan  kecepatan  angina  5,8  m/s.  blade
3,2  dan  1  menghasilkan  efesiensi  dan kecepatan  angin  v1  yaitu  43,  52%,  5,3  m/s, 36,95%,  6,3  m/s,  40,32%,  5,40  m/s.  Dapat disimpulkan bahwa nilai efesiensi di pengaruhi oleh  V1  dan  V2,    jika  V1  tinggi  maka  nilai efesiensi naik dan berbanding terbalik pada V2 jika naik maka nilai efesiensi turun.
Grafik 4 Hubungan putaran turbin (rpm) dan torsi (N)
Pada Grafik 3,  menunjukkan  bahwa torsi mengalami    kenaikan    seiring    dengan kecepatan    putaran.    Putaran  dan  torsi  yang menghasilkan  data  yang  paling  tinggi  pada blade  4  dengan  putaran  118  Rpm  dan  torsi 14,21  N.  Pada  pengujian  blade  1,2  dan  3 mengalami  kenaikan,  dengan  menghasilkan putaran  106  Rpm,  110Rpm,  115  Rpm  dan mengahasilkan torsi 4,24 N, 7,55 N, 7,61 N.
Grafik 5. Hubungan Jumlah Blade Terhadap Putaran, Torsi, Daya Turbin dan Efisiensi
Pada  Grafik  5,  menunjukkan  bahwa kecepatan  putaran  yang  paling  tinggi  atau maksimal  dari  pada  blade  1,2  dan  3  adalah putaran  pada  jumlah  blade  4  mencapai  39.45 Watt. Jika dilihat dari grafik diatas peningkatan  jumlah  blade  berbanding  lurus dengan  daya  yang  dihasilkan.  Hal  tersebut dikarenakan  besaran  diameter  rotor  4  blade lebih  besar  dibanding  diameter  yang  dimiliki oleh  1,2  dan  3  blade,  sehingga  luasan  sapuan blade  (A)  juga  lebih  besar  sehingga  daya angin  yang  dapat  diserap  oleh  blade  lebih besar  dan  harag  diameter blade tidak
terbatas, dalam arti bahwa besaran diameter  blade  dapat  mulai  dari  1  meter hingga ratusan meter, tergantung dari kebutuhan daya yang direncanakan.

## KESIMPULAN DAN SARAN
Dari  hasil  perhitungan  data  dan  analisa mengenai turbin angin angin Darrieus tipe  H dengan    variasi    jumlah    blade    tipe    airfoil 4309,    maka    dapat    ditarik  kesimpulan sebagai berikut :
1. Penggunaan wind gate dapat meningkatkan kinerja turbin.
2. Putaran    poros    yang    paling    besar dimiliki    oleh    jumlah    blade    4 yaitu  mencapai  putaran  154.8  Rpm dengan kisaran kecepatan angin  5.14 m/s.
3. Nilai efisiensi paling tinggi dimiliki  oleh  jumlah  blade  4  pada masing- masing sudu yang
mencapai  39.84%  pada kisaran kecepatan  angin masuk, 3.22 m/s.
4. Hasil  penelitian  pengaruh  jumlah blade  terhadap  daya  turbin  poros vertikal  tipe  H  menunjukkan  Daya turbin  maksimal  dimiliki  oleh  blade berjumlah  4  pada  masing-masing sudu  mencapai  39.45  watt  dengan kecepatan angin rata-rata 7.8 m/s.
Sedangkan saran-saran yang kami harapkan adalah:
1. Adanya  penelitian  lebih  lanjut  terhadap turbin angin vertical jenis Darius tipe H ini guna pengembangan serta pemanfaatan  energi  angin  yang  lebih maksimal  sebagai  energi  alternatif terbarukan yang ramah lingkungan.
2. Peneliti-peneliti  selanjutnya  untuk melakukan  perencanaan  konstruksi yang matang, supaya kendala- kendala        sewaktu  penelitian  dapat diminimalisir.

## REFERENSI
Abdul  Kadir,  1996,  “Pembangkit  Tenaga Listrik”, Jakarta, Universitas Indonesia. Arsad,  A.  M.,  dan  F.  Hartono.,  2009, “Pembuatan Kode Desain  dan Analisis
Turbin Angin
Sumbu
Vertikal
Darrieus  Tipe  H”, Jurnal  Teknologi Dirgantara Vol. 7 No. 2, pp. 93-100. Anam, A., dan Sujana I. W., 2018, “Pengaruh Parameter Efisiensi dan Daya Terhadap Kinerja Turbin Angin Vertikal Darrieus
Tipe  H  Naca  4309”, Jurnal  Energy Vol. 8 No. 2, pp. 1-7 Darmawan, d a n Hendra, 2011, “Perancangan  Turbin  Angin  Tipe Savonius  L  Sumbu  Vertikal”,  Teknik
Elektro  UMRAH,  Tanjung  Pinang KEPRI.
Daryanto,  Y.,    2007,  “Kajian  Potensi  Angin
untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu”,  Yogyakarta:  BALAI  PPTAGG – UPT-LAGG.
Dwiyantoro, Arip B., dan Suphandani, V., Dan Rahman,  2015,  “Studi  Eksperimental Tentang  Karakteristik  Turbin  Angin Sumbu  Vertikal  Jenis  Darrieus  – Savonius”, Seminar  Nasional  Tahunan Teknik Mesin XIV , Banjarmasin. Jagadish V. S., 2016, “Design and Analysis of Vertical Axis Savonius Wind Turbine”, International  Journal  of  Engineering and  Technology, Vol.  8  No.  2,  pp. 1069-1076.
Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM),  2017,  “Peta  Potensi  Energi Angin  dan  Integration  of  Wind  Energy in Power Systems”.
Mulyadi,  d a n   Muhamad,  2010,  “Analisis Aerodinamika  Pada  Sayap  Pesawat Terbang Dengan Menggunakan Software Berbasis Computational  Fluid Dynamics(CFD)”, Jurusan Teknik Mesin Universitas Gunadarma.
Sanjeev, and Kr. Singh, 2015, “CFD Analysis of  Wind  Consentrator”, International Journal  of  Mechanical  and  Industrial Technology , Vol. 2, No. 2, pp. 51-78.