## PENINGKATAN PERFORMA TURBIN ANGIN SUMBU HORISONTAL BERSUDU AIR FOIL MELALUI PENAMBAHAN NOSEL DAN DIFUSER
Jhon A. Wabang 1 , Agustinus Betan 1 , Edwin Hattu 1 , Ambros Tuati 1 , Thomas Fongo 2 , Piter Tukah 2
1 Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negri Kupang, Jln. Adisucipto Penfui Kupang 85001
2 Staf Pranata Laboratorium Pendidikan Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negri Kupang, Jln. Adisucipto Penfui Kupang 85001
Email: jhonarwabang@gmail.com

## ABSTRACT
Horizontal axis wind turbine air foil blade is one of several types of wind turbines to convert the kinetic energy  in  wind  into  mechanical  energy  of  the  wind  turbine.  Mechanical  energy  wind  turbine  is  then converted  into  electrical  energy  through  a  generator  and  also  for  irrigation  and  other  functions.  The mechanism  of  utilization  of  wind  energy  to  generate  electricity  or  irrigation  function  is  a  positive  step because  the  kinetic  energy  of  wind  is  the  energy  that  is  environmentally  friendly,  does  not  cause  air pollution,  on  the  other  hand,  wind  energy  freely  available  in  nature.  In  this  research,  the  process  of converting the kinetic energy of wind into mechanical energy through a horizontal axis wind turbine air foil blade is still done on a laboratory scale. The purpose of this study was to determine the torque and power of horizontal axis wind turbines air foil blade. The method of implementation of this research is a horizontal axis wind turbine air foil blade in the test using a fan with three speeds varying found on the fan. The wind turbine is also tested using additional devices such as utilization of nozzle and diffuser to determine the performance of the turbine. The addition nozzle and diffuser is a method of increasing the efficiency  of  wind  turbines  because  look  at  the  function  of  the  nozzle  and  diffuser  itself.  Dimensions  of wind turbines in the study had a sweep of the area of 50 cm2 and the number of blades used 3 pieces or blades. The mechanism of this device test carried out in three stages, namely testing without using nozzle and diffuser, using a nozzle testing and testing using a diffuser. From the experimental results, it can be concluded that the first speed, the greatest torque and power the of the wind turbine without nozzle and diffuser is 0.1017 Nm and 4,126 W; at a speed of 2, the greatest power and torque occurs in the turbine using a diffuser that is 0.1195 Nm and 6.88 W; at 3 speed, torque and power are greatest in the turbine using a diffuser that is 0.1166 Nm and 7,935 W.
Keywords: wind turbine, airfoil, nozzle, diffuser.

## PENDAHULUAN
Indonesia  merupakan  daerah  yang  memiliki potensi  sumber  energi  angin  yang  cukup  untuk dimanfaatkan  atau  diubah  menjadi  energi  lain  seperti energi  mekanik  untuk  kebutuhan  pengairan  dan  energi listrik  melalui  generator  dengan  memanfaatkan  energi kinetiknya.  Cara  yang  biasa  digunakan  adalah  dengan memanfaatkan  turbin  angin  sebagai  alat  untuk mengubah energi kinetik angin menjadi energi mekanik dan  energi  listrik.  Turbin  angin  yang  sudah  diciptakan dan dikomersialkan saat ini adalah turbin angin bersudu airfoil  yang  biasa  diterapkan  secara  langsung  pada angin  berkecepatan  rata  rata  di  atas  5m/s.  Produk seperti  ini  menjadi  permasalahan  jika  diterapkan  pada daerah  yang  memiliki  kecepatan  angin  rata  rata  di bawah  5m/s.  Solusi  yang  mungkin  dapat  dilakukan dalam  penanganan  masalah  ini  adalah  meningkatkan performa  turbin    angin  tersebut  dengan  bantuan perangkat  tambahan.  Pada  penelitian  ini,  masih  saya fokuskan  pada  turbin  angin  sumbu  horizontal  bersudu air  foil ,  dan  perangkat  tambahan  yang  saya  terapkan pada  turbin  angin  ini  adalah  dengan  menambahkan nozzle dan diffuser dengan  tujuan  untuk  menaikkan
performa  atau  unjuk  kerja  turbin  angin  tersebut. Tujuan penggunaan nozzle dan diffuser pada turbin angin  sumbu  horizontal  ini  adalah  sebagai  metode peningkatan  kinerja  turbin  angin  sumbu  horisontal yang  didasarkan  pada  fungsi  kedua  alat  tersebut, dimana nozzle untuk  menaikkan  kecepatan  aliran udara  pada  sudu  turbin  sedangkan diffuser untuk menaikkan  tekanan  aliran  udara  pada  sudu  turbin. Penelitian  ini  akan  sangat  membantu  dalam mengetahui  kinerja  turbin  angin  jika  digunakan perangkat  tambahan  berupa nozzle dan diffuser sebagai solusi alternatif dalam mengkatkan torsi dan daya turbin angin tersebut. Salah satu konsep untuk turbin  angin  dengan  ﬁtur  peningkatan  kecepatan adalah Diffuser-Augmented  Wind  Turbine  (DAW), Phillips (2003) , [1]  yang merupakan pengembangan dari  konsep horizontal  axis  wind  turbine yang dilengkapi  dengan  selubung  pada  rotornya.  Kinerja dari ﬂanged DAWT ini bisa memberikan peningkatan kecepatan 1.6 hingga 2.4 kali kecepatan angin  yang  datang.  Penelitian  ini  masih  terbatas pada  skala  laboratorium  sehingga  hasil  torsi  dan daya  yang  diperoleh  akan  menjadi  acuan  atau
alternatif untuk memilih perangkat tambahan yang tepat untuk diaplikasikan pada turbin angin sumbu horizontal bersudu air foil .

## METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian  ini  dilakukan  masih  pada  skala laboratorium  dengan  tujuan  untuk  mengetahui  unjuk kerja  turbin  angin  bersudu air  foil jika  tanpa menngunakan  perangkat  tambahan  dan  menggunakan perangkat  tambahan  berupa nozzle dan diffuser .  Set  up pengujian  turbin  angin  bersudu air  foil dilakukan  pada tiga posisi berbeda seperti gambar barikut :
Gambar 1. Set up pengujian turbin angin sumbu harisontal bersudu airfoil tanpa nozzle dan diffuser.
Gambar 2. Set up pengujian turbin angin sumbu harisontal bersudu airfoil menggunakan nozzle
Gambar 3. Set up pengujian turbin angin sumbu harisontal bersudu airfoil menggunakan diffuser.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian ini dilakukan dengan terlebih dahulu melakukan  pengukuran  kecepatan  angina  untuk ketiga set up alat seperti tabel berikut :
Tabel 1.  Kec. angin untuk turbin tanpa menggunakan nozzle dan diffuser . Kecepatan Angin (m/s) Kec. angin depan kipas (m/s) Kec. angin depan sudu (m/s) Kec. angin belakang sudu (m/s) Kec. 1 5.465 5.47 3.22 Kec. 2 6.5925 6.59 3.32 Kec. 3 7.22 7.22 3.35 Tabel 2. Kec.. angin untuk turbin yang menggunakan nozzle. Kecepatan Angin (m/s) Kec. angin depan kipas (m/s) Kec. angin depan sudu (m/s) Kec. angin belakang sudu (m/s) Kec. 1 5.46 5.65 3.52 Kec. 2 6.59 6.78 3.65 Kec. 3 7.22 7.45 3.92
Tabel 3. Kec. angin untuk turbin yang menggunakan
diffuser. Kecepatan Angin (m/s) Kec. angin depan kipas (m/s) Kec. angin depan sudu (m/s) Kec. angin belakang sudu (m/s) Kec. 1 5.46 5.85 3.67 Kec. 2 6.59 7.00 3.78 Kec. 3 7.22 7.75 4.04
Data  hasil  penelitian  ini  disajikan  dalam  tiga bentuk  eksperimen  yaitu  pengujian  turbin  angin bersudu air foil tanpa nozzle dan diffuser ,  pengujian turbin air foil menggunakan nozzle dan menggunakan diffuser . Ketiga bentuk ekperimen ini terlebih dahulu dicari torsi losses untuk mempermudah  mendapatkan  torsi  total  dan  daya dari  turbin  bersudu air  foil ini.  Metode  yang digunakan untuk mencari torsi losses adalah melalui Deceleration Test.

## Deceleration Test
Deceleration  test merupakan  salah  satu langkah  penting  dalam  menentukan  besarnya  daya turbin  angin  yang  dihasilkan.  Berdasarkan  hasil pengujian,  di  dapat  kerugian  torsi (Torsi  Loss) akibat  gesekan  antara  poros  turbin  dengan  bantalan seperti ditunjukkan pada gambar berikut :
Gambar 4. Grafik hubungan torsi loss (Nm) dan putaran (rpm)
Dari  grafik  pada  gambar  4  di  atas,  dapat dijelaskan  bahwa  dengan  semakin  bertambahnya  atau meningkat  putaran  turbin  angin  bersudu  air  foil, Torsi Loss makin  besar  pula,  demikian  pula  sebalaiknya, putaran  makin  lambat, Torsi  Loss makin  kecil. Terjadinya Torsi  Loss ,  akibat  adanya  gesekan  antara poros  turbin  dengan  bantalan  sebagai  tempat  dudukan poros turbin bersudu air foil.
Setelah  diperoleh torsi  losses dari  hasil  pegujian, selanjutnya diperoleh maka daya tubin angina ini dapat disajikan dalam grafik seperti pada gambar berikut :
Gambar 5. Grafik hubungan antara putaran (rpm) dan daya (W) untuk turbin angin tanpa menggunakan nozzle dan diffuser.
Gambar 6. Grafik hubungan antara putaran (rpm) dan daya (W) untuk turbin angin yang menggunakan nozzle.
Gambar 7. Grafik hubungan antara putaran (rpm) dan daya (W) untuk turbin angin yang menggunakan
nozzle dan diffuser .
Perhitungan daya turbin angin bersudu air foil ini  di  uji  pada  tiga  kecepatan  angin  yang  berbeda, yaitu  kecepatan  1,  kecepatan  2  dan  kecepatan  3. Dari  hasil  eksperimen,  pada  kecepatan  1,  torsi  dan daya  terbesar  terjadi  pada  turbin  tanpa nozzle dan diffuser yaitu  0.1017  Nm  dan  4.126  W,  pada kecepatan  2,  torsi  dan  daya  terbesar  terjadi  pada turbin yang menggunakan diffuser yaitu 0.1195 Nm dan  6.88  W  dan  pada  kecepatan  3,  torsi  dan  daya terbesar  terjadi  pada  turbin  yang  menggunakan diffuser yaitu 0.1166 Nm dan 7.935 W.

## KESIMPULAN
Berdasarkan data hasil penelitian di atas, dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Turbin angina sumbu horizontal bersudu air foil yang menggunakan perangkat tambahan berupa nozzle dan diffuser dapat  meningkatkan kecepatan putaran pada turbin tersebut sebagaimana  hasil  pengukuran  yang  terdapat pada tabel 3.2 dan 3.3, seperti pada kecepatan 1, dari  kipas,  kecepatannya  5,46  m/s  dapat menjadi menjadi 5.65 m/s, demikian juga untuk kecepatan 2 dan kecepatan 3.
2. Torsi  dan  daya  terbesar  untuk  kecepatan  1, terjadi pada turbin angin yang tidak menngunakan nozzle dan diffuser yaitu  sebesar 0.1017  Nm  dan  4.126  W,  sedangkan  pada kecepatan  2  dan  3,  torsi  dan  daya  terbesar terjadi  pada  turbin  angin  yang  menngunaka diffuser yaitu  masing  masing  sebesar  0.1195 Nm dan 6.88 W dan 0.1166 Nm dan 7.935 W.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Akhari, 2007, Experimental Investigation of the
Performance  of  diffuser  Augmented  Vertical Axis  Wind  Turbie ,  Disertasi  University  of Teheran.