## ANALISIS 4 AIRFOIL BILAH TAPERLESS TERHADAP PERFORMA TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL MENGGUNAKAN SOFTWARE Q-BLADE

## ANALISIS 4 AIRFOIL BILAH TAPERLESS TERHADAP PERFORMA TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL MENGGUNAKAN SOFTWARE Q-BLADE
1 Fajar Hidayatullah, 2 Deri Teguh Santoso
1, 2 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Singaperbangsa Karawang
1 1710631150078@student.unsika.ac.id, 2 deri.teguh@ft.unsika.ac.id

## I. P ENDAHULUAN
Permintaan  energi  nasional  terus  meningkat  seiring dengan  pertumbuhan  ekonomi  dan  meningkatnya  populasi manusia sedangkan di Indonesia penyedian energi masih di dominasi oleh energi fosil [1]. Mengingat inovasi teknologi berbasis  listrik  terus  berkembang  di  berbagai  sektor  dan pengembangan kendaraan listrik semakin pesat, akan tetapi energi  listrik  indonesia  masih  terbatas.  [2].  Keterbatasan energi listrik dan tingginya ketergantungan terhadap bahan bakar fosil. Meskipun sumber bahan bakar fosil sangat besar, penggunaan bahan bakar fosil menyebabkan efek besar pada iklim dan lingkungan. sudah waktunya untuk mencari energi yang  ramah  lingkungan  dan  pemanfaatan  energi  baru  dan terbarukan (EBT) [3].  Untuk memenuhi kebutuhan energi faktor ramah lingkungan dan ketersedian sumber energi yang berkelanjutan perlu diperhatikan [4].
Energi  baru  terbarukan  merupakan  energi  yang dihasilkan  dari  sumber  alami  dan  dapat  diperbarui  yang dapat  memenuhi  kebutuhan  energi  masa  depan.  Beberapa negara  dapat  mamanfaatkan  dan  mengimplementasikan energi  tersebut  salah  satunya  Indonesia.  Salah  satu  energi terbarukan  yang  berkembang  pesat  didunia  saat  ini  adalah energi  angin  [5].  Selama  satu  dekade  terakhir,  teknologi yang  terkait  dengan  penggunaan  angin  telah  meningkat secara signifikan. Berdasarkan data Kementerian Energi dan Sumber  Daya  Mineral [6],  kecepatan  angin  di  Indonesia berkisar  antara  3m/s-6m/s  yang  banyak  di  temukan  pada pesisir selatan jawa, sumatera, dan pulau-pulau di Indonesia bagian  timur.  Energi  ini  dianggap  berlimpah  lestari  dan ramah  lingkungan  dan  ketersediannya  juga  menjangkau
segala  penjuru  kawasan  di  permukaan  bumi  agar  kelak menjada andalan pasokan energi nasional.
Menurut  kecepatan  dan  kapasitas  pembangkit  listrik, turbin angin dibagi menjadi dua tipe yaitu turbin angin skala kecil  dengan  kapasitas  daya  dibawah  100  kW  dan  turbin skala besar dengan kapasitas daya di atas 100 kW. Kapasitas ini  yang  membedakan  kebutuhan  kecepatan  minimal  awal ( cut-in  wind  speed )  yang  diperlukan.  Untuk  skala  besar beroperasi  pada cut-in  wind  speed 5m/s  sedangkan  skala kecil  hanya  membutuhkan cut-in  wind  speed 3  m/s,  maka dari  itu  Indonesia  berpotensi  untuk  memanfaatkan  turbin angin skala kecil [7].
Turbin  angin  merupakan  alat  konversi  energi  angin menjadi  energi  mekanik.  Industri  turbin  angin  memiliki kemajuan  yang  sangat  baik  di  seluruh  dunia  yang menominasikan  angin  sebagai  sumber  energi  yang  lebih handal  dan  lebih  murah  dalam  waktu  dekat.  Pemerintah menargetkan  penggunanaan  energi  baru  terbarukan  (EBT) sebesar  23%  hingga  tahun  2025  sedangkan  penggunaan PLTB  masih  9,7%  [4].  Salah  satu  daerah  yang  telah menggunakan  turbin  angin  dengan  skala  mikro  berada  di Desa  Ciheras  yang  dikembangkan  oleh  PT.  Lentera  Bumi Nusantara. Turbin angin yang dikembangkan didesain untuk TSR 7 dengan kecepatan angin mencapai 12m/s [8]. Potensi angin  dipantai  ciheras  memiliki  potensi  yang  cukup  baik dimana kecepatan angin yaitu berkisar diantara 3 – 12 m/s [3]. Turbin angin skala mikro memiliki kelebihan dari pada turbin angin skala besar yaitu harga dan operasional rendah, proses pemasangan dan perawatan yang lebih mudah, mudah diterima  di  lingkungan  masyarakat,  dampak  dan  beban terhadap lingkungan kecil [7].

## I N F O  A R T I K E L
Diterima : 31 Agustus 2021 Direvisi : 10 Oktober 2021 Disetujui : 21 Oktober 2021
Kata Kunci : Airfoil, energi, turbin angin, koefisien daya (Cp), NACA , Qblade

## A B S T R A K
Energi angin menjadi salah satu energi baru terbarukan yang berkembang pesat di dunia saat ini. Indonesia memiliki potensi angin yang cocok digunakan untuk pembangkit listrik dengan daya  keluaran  antara  100-500  watt.  Turbin  angin  mengalami  kemajuan  yang  sangat  baik sebagai  sumber  energi  yang  lebih  handal  dan  ramah  lingkungan.    Untuk  mengoptimalkan energi  angin  diperlukan  rancangan  bilah  dan  pemilihan airfoil yang  dapat  menghasilkan performa turbin angin yang baik. Metode penelitian yang digunakan adalah metode simulasi menggunakan Qblade dan Microsoft Excel . Adapun metode ini dibagi dalam 3 tahap yaitu tahap pertama adalah tahap perancangan untuk menentukan jari-jari bilah dan nilai twist yang digunakan dengan jenis bilah taperless . Tahap kedua melakukan simulasi dan analisis hasil rancangan  menggunakan Qblade .  Tahap  ketiga validasi  rancangan  untuk  mengetahui coefficient performance (Cp), daya, dan torsi masing-masing  bilah. Berdasarkan hasil perancangan bilah jenis taperless memiliki panjang jari-jari 0,8 m dan nilai twist optimasi yang digunakan setiap bilah NACA 4412; 4415; 6412; 6415 pada elemen 0 yaitu 12,67°; 11,07°; 13,24°; 12,98° hingga elemen 10 yaitu 6,50°; 7,20°; 9,17°; 9,21° dengan coefficient power (Cp) sebesar 53% pada TSR 4,5-5. Dari keempat airfoil yang digunakan daya tertinggi dihasikan diantara 1130,91-1141,22 watt pada kecepatan putar 600- 650 rpm dan torsi 16-17 Nm.Untuk pemilihan Airfoil bilah turbin angin NACA 4412 dan NACA 4415 memiliki hasil performa lebih baik daripada NACA 6412 dan NACA 6415.
ISSN: 1979-889X (cetak), ISSN: 2549-9041 (online) http://www.journal.unsika.ac.id
Bilah  merupakan  bagian  komponen  yang  berinteraksi langsung dengan angin yang menjadi elemen penting pada suatu  sistem  turbin  angin.  Seperti  angin,  bilah  memiliki pengaruh yang signifikan terhadap daya luaran turbin angin, beberapa  penelitian  telah  dilakukan  tentang  optimasi  bilah turbin angin. Oleh karena itu, untuk mengoptimalkan energi angin  yang  bisa  di  ekstrak  oleh  bilah  diperlukan  bentuk desain  bilah  yang  optimal.  Berdasarkan  jenisnya  bilah terbagi  menjadi  tiga  yaitu taper ,  dimana  panjang chord mengecil dari pangkal ke ujung. taperless , dimana panjang chord dari  pangkal  sampai  ujung  sama  dan inverstaper adalah kebalikan dari bilah taper. Keunikan dari bilah jenis taperless ialah memiliki memiliki efisiensi yang lebih baik pada kecepatan angin sedang.
Beberapa  teori  telah  banyak  dikembangkan  untuk merancang  bilah  turbin  angin  sumbu  horizontal  dan memprediksi  performa  bilah  yang  dikenal  sebagai blade element  theory , momentum  theory dan Blade  Element Momentum (BEM).  Teori  ini  adalah  cara  cepat  untuk menyelesaikan masalah analisis dan memberikan hasil yang akurat dalam kondisi stabil [9]. Untuk memprediksi efisiensi dari sebuah turbin angin menggunakan metode pendekatan Blade  Element  Momentum (BEM)  yang  digunakan  pada Qblade .  Simulasi  pada Qblade menggunakan  pendekatan iterasi dan verifikasi simulasi BEM seperti terowongan angin dan menganalisa bilah dari sudut pandang dua dimensi. Oleh karena  itu,  baling-baling  HAWT  modern  didesain menggunakan metode ini [10].
Beberapa penelitian terdahulu telah banyak dilakukan di antaranya  Nuraini,  dkk  (2019)  dalam  penelitiannya membandingkan  bilah  jenis taper dan taperless dengan airfoil NACA  4412.  Hasil  dari  penelitian  mendapatkan bahwa  bilah  jenis taperless lebih  optimal  dari  bilah  jenis taper [11].  Adapun  penelitian  yang  dilakukan  Nishizawa (2011) menyatakan bahwa implementasi turbin angin yang cocok di daerah perkotaan yang kecepatan anginnya berkisar di  antara  3-7  m/s  adalah  turbin  angin  skala  mikro, dikarenakan turbin angin ini memiliki tip speed ratio (TSR) yang kecil sehingga ketika turbin angin bekerja tidak terlalu menimbulkan  kebisingan  [12].  Kemudian  penelitan  yang dilakukan  Sari  (2019)  mengenai  desain  bilah taperless dilaporkan bahwa penerapan bilah taperless untuk kecepatan angin di Tasikmalaya yang berkisar antara 7-12 m/s sangat cocok  digunakan  pada  turbin  angin  dengan  nilai Cp maksimum 0.5 [13]. Berdasarkan penelitian yang dilakukan Augustiantyo  (2021)  bahwa Twist dan Chord pada  bilah sangat mempengaruhi desain dan performa turbin angin itu sendiri [14].
Bilah  sumbu  horizontal  dipertimbangkan  karena  jenis turbin angin ini digunakan secara komersial di seluruh dunia dan  jenis  turbin  angin  lainnya  seperti  turbin  angin  sumbu vertikel belum terlalu umum. Tujuan penelitian bermaksud untuk mendesain bilah jenis taperless dengan variasi 4 airfoil dengan  menggunakan  perangkat  lunak Microsoft  Excel sebagai  pengolahan  data  dan  di  Analisa  menggunakan Qblade untuk mengetahui performa bilah yang terjadi pada turbin angin kapasitas 500 watt.

## II. M ETODE PENELITIAN
Metode  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah metode simulasi dengan bantuan perangkat lunak Microsoft
Excel dan Qblade .  Adapun  metode  ini  dibagi  menjadi beberapa tahap, antara lain: Tahap I Perancangan geometri bilah  untuk  mencari  jari-jari  bilah  dan  nilai Twist dengan Microsoft Excel dalam bentuk tabel. Tahap II adalah tahap simulasi  dan  analisis  hasil  perancangan  menggunakan Qblade , pada tahap ini diharapkan diperoleh hasil coefficient performance dan tip speed ratio (TSR) dalam bentuk grafik. Tahap III adalah validasi rancangan untuk mengetahui daya dan  torsi  yang  dihasilkan  terhadap  kecepatan  putar  bilah untuk mengetahui performa dari masing-masing bilah.

## 2.1 Studi Literatur
Studi literatur dilakukan untuk memahami mekanisme kerja dan konsep Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) dan  menentukan  metode  yang  tepat  dalam  merancang, memprediksi  performa  turbin  angin.  Studi  literatur dilakukan  melalui ebook , paper penelitian, artikel di internet, dan modul perancangan bilah.
2.2 Perancangan Geometri Bilah Efisiensi  sistem  menjadi  parameter  awal  untuk perancangan bilah. Dengan asumsi bilah dan komponennya dengan mengalikan efisiensi sistem maka persamaan untuk efisiensi sistem turbin angin adalah:
𝐾 =   𝜂 ! 𝑥 𝜂 " 𝑥 𝜂 # 𝑥 𝜂 $ (1)
Dimana:
𝐾 = Efisiensi sistem 𝜂 ! = Efisiensi bilah 𝜂 " = Efisiensi transmisi 𝜂 # = Efisiensi generator
𝜂 $ = Efisiensi kontroler Selanjutnya  menentukan  daya  angin  yang  dibutuhkan dengan kapasitas daya listrik yang diinginkan sebesar 500W menyesuaikan  dengan  generator  yang  di  gunakan.  Setelah didapatkan nilai efisiensi turbin angin maka dapat diketahui daya  angin  yang  dibutuhkan  dengan  menggunakan persamaan sebagai berikut:
𝑃 % = 𝑃 &' 𝐾 (2)
Dimana: 𝑃 &' = Kapasitas daya generator (W) 𝑃 % = Daya angin yang dibutuhkan (W)
𝐾 = Efisiensi sistem Setelah mendapatkan nilai daya angin yang dibutuhkan maka  kita  dapat  menentukan  panjang  jari-jari  bilah  yang akan digunakan. Sebelum menentukan jari-jari bilah terlebih dahulu mencari luas sapuan bilah. Luas sapuan adalah area yang  dilewati  angin  dan  mendorong  bilah.  Luas  sapuan dapat dicari menggunakan persamaan 3 setelah luas sapuan diketahui  maka  jari-jari  bilah  dapat  di  tentukan menggunakan persamaan 4.
𝐴 = 2 . 𝑃 % 𝜌𝑣 (%) ! (3)
𝑅 = 1 𝐴 𝜋 (4)
Dimana:
𝐴 = luas sapuan bilah (m 2 ) 𝑅 = jari-jari bilah (m)
Vmax   = kecepatan angin maksimal (m/s)

## ANALISIS 4 AIRFOIL BILAH TAPERLESS TERHADAP PERFORMA TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL MENGGUNAKAN SOFTWARE Q-BLADE
Setelah jari-jari bilah didapatkan selanjutnya menentukan jari-jari parsial dengan membagi bilah menjadi 10  elemen  yang  bertujuan  untuk  menghitng  keakuratan dalam  perancangan.  Untuk  menghitung  jari-jari  parsial dapat menggunakan persamaan sebagai berikut:
𝑟  = 0,17 + 9: 𝑅 − 0,17
𝑛 = 𝑥(𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛)A                 (5)
r = jari-jari parsial (m)
R = jari-jari yang digunakan (m)
n = jumlah elemen
Setelah  membagi  bilah  menjadi  10  elemen  selanjutnya menetukan nilai tip speed ratio (TSR) yang digunakan. TSR merupakan angka perbandingan antara kecepatan di ujung bilah dengan kecepatan angin. Nilai TSR akan berpengaruh terhadap  performa  turbin  angin,  pada  tabel  I  dapat  dilihat perbandingan nilai tip speed ratio terhadap jumlah bilah, dan fungsi penggeraknya yang dipaparkan oleh Piggot H. dalam buku nya “Windpower Workshop” pada tahun 1997.
T ABEL I
N ILAI T IP SPEED RATIO TERHADAP PENGGERAK [15] Tip speed ratio Jumlah Bilah Penggerak 1 6 - 20 Slow pumps 2 4 – 12 Faster pumps 3 3 – 6 Dutch 4-bladed 4 2 – 4 Slow generators 5 - 8 2 – 3 Generators 8 - 15 1 - 2 Fastest possible
TSR parsial merupakan perbandingan kecepatan angin di setiap elemen bilah yang berbeda-beda terhadap kecepatan angin . Persamaan untuk TSR parsial adalah:
𝜆 * = 𝑟 𝑅 . 𝜆                                        (6)
Dimana: 𝜆 *
= TSR parsial 𝑟 = jari-jari parsial R = jari-jari yang digunakan 𝜆
= tip speed ratio yang di gunakan yaitu 7 Selanjutnya  menetukan  nilai  dari coefficient  lift yang nanti digunakan untuk mencari nlai alpha pada tiap elemen bilah.  Dengan  persamaan  7  kita  dapat  menetukan  berapa nilai coefficient lift untuk tiap elemen bilah.
𝐶 ' = 16𝜋. 𝑅. F𝑅𝑟G 9𝜆 + . 𝐵. 𝐶 * (7)
Dimana: 𝐶 ' = coefficient lift 𝐵 = jumlah bilah 𝐶 * = lebar bilah Setelah nilai Cl didapatkam selanjutnya kita menentukan nilai sudut aliran udara yang diguanakan ntuk mendapatkan
sudut puntir pada tiap jari-jari bilah. Menentukan sudut alir pada setiap elemen bilah dengan persamaan sebagai berikut:
∅ = 2 3 tan ,- 1 𝜆 * (8)
Dimana: ∅ = sudut alir 𝜆 * = TSR parsial Setalah sudut alir ditentukan, sudut puntir untuk semua variasi  jari-jari  bilah  dapat  ditentukan  dengan  persamaan sebagai berikut:

## 𝛽 = ∅ − 𝛼                                        (9)
Dimana: 𝛽 = sudut puntir/ twist
Setelah  geometri  bilah  didapat,  selanjutnya  dilakukan proses  optimasi  bilah  dengan  cara  linearisasi  sudut  puntir dari  setiap  elemen  bilah  menggunakan Microsoft  Excel . Nilai  puntiran  tersebut  sangat  mempengaruhi  dalam perancangan  bilah  karena  hingga  tahap  ini  akan mendapatkan puntiran yang sangat ekstrim. Hasil linearisasi sudut  puntir  dapat  mempengaruhi  nilai  Cp  dan  TSR  bilah tersebut.  Bilah  perlu  dilakukan  linearisai  karena  dapat memudahkan  proses  manufaktur  bilah.  dan  Simulasi rancangan Bilah di Qblade

## 2.3 Simulasi pada Qblade
Pada  tahap  ini  dilakukan  simulasi  menggunakan perangkat lunak Qblade terhadap hasil perancangan untuk mengetahui  karakteristik  setiap  bilah  terhadap  performa turbin  angin.  Data  yang  disajikan  yaitu coefficient performance (Cp),  Torsi  (T),  dan  Daya  (P)  dalam  bentuk grafik. Gambar 1 merupakan model airfoil dari NACA yang akan digunakan.
a b c d
Gambar 1 Model airfoil semua variasi: a. NACA 4412, b NACA 4415, c. NACA 6412, d. NACA 6415
Gambar 2 Kurva karakteristik Cl vs alpha semua variasi
Dari  gambar  2  memperlihatkan  grafik  perbandingan coefficient lift (Cl) terhadap sudut alpha ( 𝛼) semua variasi airfoil . Grafik Cl vs alpha didapat dari simulasi karakteristik airfoil pada Qblade .  Setiap  kenaikan  nilai  alpha,  nilai  Cl akan naik mencapai titik optimum. Dengan mengetahui nilai besar  sudut  alpha  ( 𝛼) dan  (Cl)  menjadi  parameter  awal dalam perancangan geometri bilah.

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Pada  penelitian  ini  turbin  angin  yang  digunakan  yaitu TSD  500W  dengan  kapasitas  daya  500W.  pada  tahap perancangan  bilah,  kapasitas  generator  berpengaruh terhadap ukuran dan dimensi bilah.  Tabel II memperlihatkan parameter  awal  perancangan  bilah  untuk  mencari  jari-jari yang  digunakan.  Dari  hasil  perhitungan  menggunakan persamaan  4  kita  dapat  menentukan  panjang  jari-jari  bilah yang  digunakan  yaitu  0.8m  pada  kecepatan  maksimum 12m/s dengan jenis bilah taperless .
T ABEL II P ARAMETER AWAL PERANCANGAN BILAH
Kapasitas daya listrik Efisiensi Daya Angin V max Luas Sapuan Jari - jari (R) Jari-jari yang digunakan Bilah Transmisi Generator Controller Sistem 500 0.3 1 0.9 0.9 0.24 2057.6 12 1.94 0.79 0.80 0.4 0.32 1543.2 1.46 0.68
Selanjutnya  membagi  bilah  menjadi  10  elemen  untuk mempermudah dalam proses pembuatan. Data geometri awal semua bilah dapat dilihat pada bagian lampiran. Kemudian dilakukan linearisasi 75% pada titik ke 7 atau ke 8. Tujuan dari  linearisasi  dilakukan  untuk  mempermudah  proses pembuatan  dan  dapat  mempengaruhi  performa  dari  bilah. Hasil dari linearisasi setiap bilah dapat dilihat pada tabel III- VI yang mana pada bagian twist semua bilah airfoil NACA cukup  ekstrim.  Metode  linearisasi  dilakukan  dengan Microsoft  Excel ,  karena  yang  akan  digunakan  adalah persamaan yang dikeluarkan oleh trendline grafik tersebut.
T ABEL III L INEARISASI SUDUT PUNTIR NACA 4412 Elemen Jari-jari parsial (m) Twist (°)  Twist Optimasi (°) 0 0.17 15.96 12.67 1 0.23 13.82 12.06 2 0.30 12.24 11.44 3 0.36 10.92 10.82 4 0.42 10.05 10.20 5 0.49 9.34 9.59 6 0.55 8.80 8.97 7 0.61 8.35 8.35 8 0.67 7.74 7.74 9 0.74 7.74 7.12 10 0.80 7.46 6.50
T ABEL IV L INEARISASI SUDUT PUNTIR NACA 4415 Elemen Jari-jari parsial (m) Twist (°) Twist Optimasi (°) 0 0.17 15.96 11.07 1 0.23 13.92 10.69 2 0.30 12.02 10.30 3 0.36 10.88 9.91 4 0.42 9.96 9.53 5 0.49 9.27 9.14 6 0.55 8.75 8.75 7 0.61 8.36 8.36 8 0.67 7.98 7.98 9 0.74 7.71 7.59 10 0.80 7.44 7.20
Berdasarkan Tabel III, IV, V, VI didapatkan nilai sudut puntir hasil linearisasi pada NACA 4412; 4415; 6412; 6415 pada elemen 0 yaitu 12,67°; 11,07°; 13,24°; 12,98° hingga elemen 10 yaitu 6,50°; 7,20°; 9,17°; 9,21°. Setelah dilakukan linearisasi  pada  sudut  puntir  selanjutnya  dianalisa menggunakan  perangkat  lunak  Qblade  untuk  mengetahui hasil simulasi Cp terhadap TSR tersebut.
-1 -0 , 5 0 5 0 , 1 , 5 1 2 -20 -10 0 10 20 30 Cl alpha NACA 4415 NACA 6412 NACA 6415
NACA 4412

## ANALISIS 4 AIRFOIL BILAH TAPERLESS TERHADAP PERFORMA TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL MENGGUNAKAN SOFTWARE Q-BLADE
T ABEL V L INEARISASI SUDUT PUNTIR NACA 6412 Elemen Jari-jari parsial (m) Twist (°)  Twist Optimasi (°) 0 0.17 17.98 13.24 1 0.23 15.79 12.84 2 0.30 14.19 12.43 3 0.36 13.02 12.02 4 0.42 12.05 11.62 5 0.49 11.34 11.21 6 0.55 10.80 10.80 7 0.61 10.39 10.39 8 0.67 9.99 9.99 9 0.74 9.71 9.58 10 0.80 9.42 9.17 T ABEL VI L INEARISASI SUDUT PUNTIR NACA 6415
Elemen Jari-jari parsial (m) Twist (°)  Twist Optimasi (°) 0 0.17 17.86 12.98 1 0.23 15.72 12.61 2 0.30 14.17 12.23 3 0.36 12.95 11.85 4 0.42 12.02 11.48 5 0.49 11.29 11.10 6 0.55 10.77 10.72 7 0.61 10.34 10.34 8 0.67 9.97 9.97 9 0.74 9.73 9.59 10 0.80 9.39 9.21

## A. Simulasi dan analisis performa setiap bilah.
Gambar 3 Kurva karakteristik Cl/Cd vs alpha semua variasi
Dari kurva Cl/Cd terhadap alpha pada gambar 3 kita dapat menentukan  nilai coefficient  lift (Cl)  optimum..  Nilai didapatkan dari hasil simulasi menggunakan QBlade v0.963 . sebuah airfoil memiliki  fenomena stall ketika  aliran  pada sudut alpha yang tinggi, biasanya lebih besar dari 15° [16].
Setelah  perancangan  geometri  semua  variasi airfoil bilah  selesai  selanjutnya  dilakukan  simulasi  rotor menggunakan QBlade dengan  metode Blade  Element Momentum (BEM). Dalam penelitian ini jenis airfoil , sudut serang,  dan chord adalah  variabel  optimasi  sedangkan kecepatan angin, jumlah bilah, dan jari-jari bilah dianggap sebagai konstanta. Parameter yang digunakan saat simulasi di perlihatkan pada Tabel VII.
T ABEL VII
P ARAMETER SIMULASI Q-B LADE Variabel-Variabel
Nilai Iterasi 100 Densitas Udara 1225 Kg/m 3 Viskositas Dinamik 1,64x10 5 Ns/m 2
Semua  percobaan  simulasi  BEM  dilakukan  pada kecepatan  angin  12m/s.  Perbedaan  TSR  dipengaruhi  oleh kecepatan  putar  turbin  angin.  Berdasarkan  hasil  simulasi bahwa seluruh variasi airfoil bilah memiliki Cp 53,% pada TSR 4,5-5. Gambar 4 menunjukan hasil distribusi performa bilah pada TSR Berbeda.

## Gambar 4 Grafik Cp vs TSR semua variasi
Dalam  pengaplikasiannya  menurut  buku  “Windpower Workshop”  yang  di  tulis  oleh  Piggot  H.  pada  tahun  1997 bahwa  bilah  tidak  dapat  mengekstrak  energi  yang terkandung pada massa udara yang melewati rotor lebih dari 59,3%.  Atau  yang  dikenal  dengan  koefisien  betz.  Bahkan bilah  airfoil  yang  dirancang  terbaik  akan  kehilangan  10% atau lebih dari energi angin yang bisa di konversi menjadi energi kinetik. Karena mengalami rugi-rugi yang berasal dari
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,00 5,00 10,00 15,00 Cp TSR NACA 4412 NACA 4415 NACA 6412 NACA 6415 -100 -50 0 50 100 150 200 -20 0 20 40 Cl/Cd alpha NACA 4415 NACA 6412 NACA 6415
NACA 4412
sistem  seperti  loss  dari  generator,  loss  kontroler  serta komponen lainnya [15].
Dalam  pemilihan  tipe  bilah  yang  perlu  diperhatikan adalah Cp dan tip speed ratio (TSR). Cp merupakan tingkat efisiensi  dari  bilah,  semakin  besar  efisiensinya  maka semakin  besar  juga  kemampuan  suatu  turbin  untuk mengkonversi energi. TSR adalah perbandingan kecepatan ujung bilah terhadap angin, maka semakin besar TSR akan semakin besar putarannya [8]. Nilai torsi sebanding dengan nilai TSR, apabila TSR yang dimiliki rendah maka nilai torsi juga rendah. Jika kecepatan putar lebih kecil dibandingakan kecepatan angin, maka bilah akan mengalami fenomena stall dan performa akan turun drastis.

## Gambar  5 Grafik torsi vs rpm
Gambar  5  memperlihatkan  hasil  Torsi  dari kecepatan maksimal setiap variasi terhadap kecepatan putar. Torsi tertinggi berada pada bilah dengan airfoil NACA 6412 dan  torsi  terkecil  berada  pada  bilah  dengan  airfoil  NACA 4412.
Gambar 6. Grafik power vs rpm semua variasi
Gambar  6  merupakan  hasil  simulasi  daya  terhadap kecepatan putar. Berdasarkan grafik di atas, pada kecepatan angin 12m/s daya tertinggi yang dihasilkan 4 variasi airfoil bilah diantara 1130,91 watt – 1141,22 watt pada kecepatan putar  600-650  rpm  dan  Torsi  yang  dihasilkan  16-17  Nm. Secara  keseluruhan  hasil  simulasi  semua airfoil bilah membutuhkan  kecepatan  awal  yang  kecil  untuk  berputar yaitu 3-4m/s pada kecepatan putar 150-200rpm dengan torsi 2-2,5 Nm.
Bilah  dengan  jenis taperless memiliki  karakteristik lebih efektif digunakan ketika kecepatan angin rendah dan sedang. Daya yang dihasilkan dipengaruhi oleh luas sapuan udara dimana karakterisitk bilah taperless memiliki panjang chord bernilai  sama  dari  pangkal  hingga  ujung,  sehingga energi angin yang di ekstrak dan di konversi menjadi energi kinetik lebih besar.
B. Perbandingan hasil simulasi airfoil
T ABEL VIII P ERBANDINGAN HASIL SIMULASI AIRFOIL NACA 4412
NACA 4415 NACA 6412 NACA 6415 Cl/Cd 133.6 129.06 147.11 135.5 Daya Maks (watt) 1141.2 1133.2 1139.5 1130.9 Torsi Maks (Nm) 21.92 21.96 23.02 23.54
Pada Tabel VIII dapat kita ketahui perbandingan setiap bilah, perbandingan ini untuk melihat pengaruh nilai Cl/Cd dengan torsi yang bekerja pada bilah. Pada bilah skala kecil performa  yang  dihasilkan  dengan  jenis  bilah  yang  sama tidak  berpengaruh  secara  signifikan.  Nilai  Cl/Cd  tertinggi yaitu  NACA  6412.  Semakin  tinggi  nilai  Cl/Cd  memiliki gaya  dorong  yang  tinggi  terhadap  angin  relatif.  Tebalnya bilah  dan  besarnya chamber menjadi  faktor  yang mempengaruhi nilai Cl/Cd, dengan chamber yang besar dan ketebalan yang kecil maka nilai Cl/Cd terhadap alpha akan tinggi,  untuk  nilai  daya  setiap airfoil relatif  sama,  daya maksimal  belum  tentu  berada  pada  torsi  maksimal.  Nilai torsi berbanding terbalik dengan nilai Cl/Cd, semakin besar chamber ,  torsi  yang  dibutuhkan  juga  besar.  Dari  hasil simulasi  didapatkan  bahwa  pemilihan airfoil bilah  turbin angin  NACA  4412  dan  NACA  4415  memiliki  performa yang lebih baik dari NACA 6412 dan NACA 6415.

## IV. K ESIMPULAN
Berikut dapat diambil kesimpulan pada penelitian yang telah dilakukan,  adalah  hasil  perancangan  bilah Taperless memiliki  panjang  jari-jari  0,8  m,  dan  nilai Twist optimasi yang digunakan setiap bilah yaitu NACA 4412, 4415, 6412, 6415  pada  elemen  0  yaitu  12,67°;  11,07°;  13,24°;  12,98° hingga elemen 10 yaitu 6,50°; 7,20°; 9,17°; 9,21°. Kemudian hasil  simulasi  Qblade  didapatkan  nilai coefficient performance (Cp) yaitu 53% pada TSR 4,5-5 untuk 4 variasi airfoil bilah. Dari hasil simulasi daya dan torsi terhadap rpm pada  kecepatan  angin  12  m/s  daya  tertinggi  dihasilkan  di antara 1130,91-1141,22 watt pada kecepatan putar 600-650 rpm  dengan  torsi  16-17Nm.  Hasil  simulasi  dan  analisis
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 0,00 500,00 1000,00 1500,00 2000,00 Torque [N m ] Rot [rpm] 12m/s Naca 4412 Naca 4415 Naca 6412 Naca 6415 0 200 400 600 800 1000 1200 0 500 1000 1500 2000 Po w er [W ] Rot [rpm] 12m/s Naca 4412 Naca 4415 Naca 6412 Naca 6415

## ANALISIS 4 AIRFOIL BILAH TAPERLESS TERHADAP PERFORMA TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL MENGGUNAKAN SOFTWARE Q-BLADE
performa  4  variasi airfoil bilah  didapatkan airfoil NACA 4412  dan  NACA  4415  yang  menghasilkan  performa  lebih baik dari NACA 6412 dan NACA 6415. Dari perbandingan 4 arfoil dengan  jenis  bilah  sama  tidak  memiliki  pengaruh yang signifikan.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan    terima    kasih  kepada    PT.  Lentera Bumi    Nusantara  atas  fasilitas    dan  pengalaman  selama melakukan  penelitian  ini.  Penulis  juga  berterima  kasih kepada Tim LBN selaku pembimbing lapangan atas diskusi dan bimbingannya yang bermanfaat.

## DAFTAR RUJUKAN
[1] Kompas Media, "Kebutuhan Energi Terus Meningkat, ini  langkah  yang  disiapkan,"  2020.  [Online]. Available: https://www.msn.com/id- id/ekonomi/ekonomi/kebutuhan-energi-terus- meningkat-ini-langkah-yangdisiapkanpemerintah/ar- BB1bibV4. [Accessed 8 Maret 2021].
[2]   BPPT,  Outlook  Energi  Indonesia,  Jakarta:  Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, 2018.
[3]   A.  Bachtiar  and  W.  Hayattul,  "Analisis  Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Angin PT. Lentera Angin Nusantara  (LAN)  Ciheras," Jurnal  Teknik  Elektro ITP, Vols. 7, 2018, pp. 35-45.
[4]   F.  Fauzi  and  A.  Hermanto,  "Analisis  Kelayakan Ekonomi  dan  Finansial  Pembangkit  Listrik  Tenaga Air  (PLTA)  dengan  menggunakan  Software  Visual Basic  For  Applications  (VBA)," Barometer, vol.  6, no. 2, pp. 335-342, 2021.
[5]   E.  Liun,  "POTENSI  ENERGI  ALTERNATIF DALAM SISTEM KELISTRIKAN INDONESIA," in
Prosiding  Seminar  Nasional  Pengembangan  Energi Nuklir IV , Jakarta, 2011.
[6]   KESDM,  Rencana  Strategis  Kementerian  ESDM Tahun 2015-2019, 2015.
[7]   E. Musyarofah, " Rancang Bangun Sudu Inverse Taper pada  Small  Wind  Turbine  dengan  Tipe  Airfoil SG6042, "  Universitas  Gadjah  Mada,  Yogyakarta, 2020.
[8]   LAN, Pengenalan  Teknologi  Pemanfaatan  Energi Angin , Tasikmalaya, Jawa Barat, 2014.
[9]   M. Mohammadi, A. Mohammadi and S. Farahat, "A New  Method  for  Horizontal  Axis  Wind  Turbine (HAWT)  Blade  Optimization," Int.  Journal  of Renewable Energy Development, Vols. 5, 2016, pp. 1- 8.
[10]  D. Marten, Qblade Guidelines v 0.6, Berlin: TU, 2012.
[11]  A.  Nuraini  and  dkk,  "Analisis  Perbandingan  Bilah Turbin  Angin  Jenis  Taper  dengan  Taperless  pada Turbin  Angin  Skala  Mikro  di  PT.  Lentera  Bumi Nusantara," Prosiding  Semnas  Mesin  PNJ, pp.  138- 146, 2019.
[12]  Y. Nishizawa, An Experimental Study of the Shapes of Rotor  for  Horizontal-Axis  Small  Wind  Turbines , Japan: InTech, 2011.
[13]  N. H. Sari and W. G. Laksmana, "Perancangan bilah tipe  taperless  pada  kincir  angin:  studi  kasus  di  PT. Lentera  Bumi  Nusantara  Tasikmalaya," Dinamika Teknik Mesin, vol. 9, no. 2, pp. 104-109, Juli 2019.
[14]  B.  Augustiantyo,  R.  Setiawan  and  Oleh,  "Optimasi Desain Bilah Dengan Metode Linearisasi Chord dan Twist  terhadap  Performa  Turbin  Angin  Sumbu Horizontal," Jurnal Media Mesin, vol. 22, no. 2, pp.
97-110, 2021.
[15]  H. Piggot, Windpower Workshop , Wales: Centre for Alternative Technology, 1997.
[16]  F.-B.  Hsiao,  C.-J.  Bai  and  W.-T.  Chong,  "The Performamce Test of Three Different Horizontal Axis Wind  turbine  (HAWT)  Blade  Shapes  Using Experimental  and  Numerical  Methods," Energies, Vols. 6, 2013, pp. 2784-2803.

## LAMPIRAN DATA GEOMETRI BILAH SEMUA AIRFOIL
NACA 4412
Elemen Jari-jari parsial (m) TSR Parsial (m) Cl Alph a Flow Angle (°) Twist (°) 0 0.17 1.49 1.19 6.65 22.61 15.96 1 0.23 2.04 0.87 3.60 17.42 13.82 2 0.30 2.59 0.68 1.83 14.07 12.24 3 0.36 3.14 0.56 0.85 11.77 10.92 4 0.42 3.69 0.48 0.05 10.10 10.05 5 0.49 4.24 0.42 -0.50 8.84 9.34 6 0.55 4.80 0.37 -0.95 7.85 8.80 7 0.61 5.35 0.33 -1.29 7.06 8.35 8 0.67 5.90 0.30 -1.32 6.42 7.74 9 0.74 6.45 0.27 -1.86 5.88 7.74 10 0.80 7.00 0.25 -2.04 5.42 7.46
NACA 4415 Elemen Jari- jari parsial (m) TSR Parsial (m) Cl Alpha Flow Angle (°) Twist (°) 0 0.17 1.49 1.19 6.65 22.61 15.96
NACA 4415 Elemen Jari- jari parsial (m) TSR Parsial (m) Cl Alpha Flow Angle (°) Twist (°) 1 0.23 2.04 0.87 3.50 17.42 13.92 2 0.30 2.59 0.68 2.05 14.07 12.02 3 0.36 3.14 0.56 0.89 11.77 10.88 4 0.42 3.69 0.48 0.14 10.10 9.96 5 0.49 4.24 0.42 -0.43 8.84 9.27 6 0.55 4.80 0.37 -0.90 7.85 8.75 7 0.61 5.35 0.33 -1.30 7.06 8.36 8 0.67 5.90 0.30 -1.56 6.42 7.98 9 0.74 6.45 0.27 -1.83 5.88 7.71 10 0.80 7.00 0.25 -2.02 5.42 7.44 NACA 6412 Eleme n Jari- jari parsial (m) TSR Parsial (m) Cl Alpha Flow Angle (°) Twist (°) 0 0.17 1.49 1.19 4.63 22.61 17.98 1 0.23 2.04 0.87 1.63 17.42 15.79 2 0.30 2.59 0.68 -0.12 14.07 14.19 3 0.36 3.14 0.56 -1.25 11.77 13.02 4 0.42 3.69 0.48 -1.95 10.10 12.05 5 0.49 4.24 0.42 -2.50 8.84 11.34 6 0.55 4.80 0.37 -2.95 7.85 10.80 7 0.61 5.35 0.33 -3.33 7.06 10.39 8 0.67 5.90 0.30 -3.57 6.42 9.99 9 0.74 6.45 0.27 -3.83 5.88 9.71 10 0.80 7.00 0.25 -4.00 5.42 9.42
NACA 6415
Eleme n Jari- jari parsial (m) TSR Parsial (m) Cl Alpha Flow Angle (°) Twist (°) 0 0.17 1.49 1.19 4.75 22.61 17.86 1 0.23 2.04 0.87 1.70 17.42 15.72 2 0.30 2.59 0.68 -0.10 14.07 14.17 3 0.36 3.14 0.56 -1.18 11.77 12.95 4 0.42 3.69 0.48 -1.92 10.10 12.02 5 0.49 4.24 0.42 -2.45 8.84 11.29 6 0.55 4.80 0.37 -2.92 7.85 10.77 7 0.61 5.35 0.33 -3.28 7.06 10.34 8 0.67 5.90 0.30 -3.55 6.42 9.97 9 0.74 6.45 0.27 -3.85 5.88 9.73 10 0.80 7.00 0.25 -3.97 5.42 9.39