## Perencanaan Dan Analisa Sudu-Sudu Terhadap Daya Turbin Angin Horizontal Type Multiblade
Syawaluddin 1) , Kadir 2) , Salimin 3)
1 Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Unuversitas Halu Oleo
2,3 Staf Pengajar Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Unuversitas Halu Oleo Jl. H.E.A Mokodompit Kampus Baru Tridharma Anduonohu, Kendari
Email Penulis: Syawaluddin05@gmail.com Article Info Abstrak Available online December 29, 2019 Tujuan dari penelitian ini adalah untuk merancang dan menganalisa pengaruh jumlah sudu  terhadap  daya  dan  putaran  yang  dihasilkan  turbin.  Penelitian  ini  dilakukan dengan metode eksperimen berupa perancangan, pembuatan prototype dan dilakukan pengujian.  Model  turbin  angin  yang  digunakan  adalah  turbin  angin  poros  horizontal berdiameter  30  cm  dengan  jumlah  3,  4,  5,  6  sudu.  Variasi  kecepatan  angin  yang diberikan  3  m/s,  3,8  m/s  dan  4,6  m/s.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  nilai tertinggi 3,08% pada  turbin angin 6  sudu  dengan  kecepatan angin yang diberikan 4,6 m/s, sedangkan untuk nilai terendah diperoleh 1,45% pada turbin angin 3 sudu dengan kecepatan  yang  diberikan  angin  3  m/s.  Untuk  nilai  rasio  kecepatan  ujung  sebesar  λ  = 3,19  pada  kecepatan  angin  4,6  m/s  dengan  jumlah  turbin  6  sudu,  sedangkan  nilai terendah λ=0,95 pada kecepatan angin 3 m/s dengan jumlah t urbin 3 sudu.
Kata kunci: Perancangan, turbin, rasio, sudu dan daya

## Abstract
The purpose of the study was to design and analyze the influence of the number of Sudu  on  power  and  the  resulting  rounds  of  turbines.  This  research  is  done  by experimental  methods  of  designing,  making  prototypes  and  testing.  The  models  of wind turbines used are horizontal shaft wind turbines with a diameter of 30 cm with a number of 3, 4, 5, 6 Sudu. Variations in wind speed were given 3 m/s, 3.8 m/s and 4.6 m/s. The results showed that the highest value of 3.08% in the 6-Sudu wind turbine with a wind speed given 4.6 m/s, whereas for the lowest value obtained 1.45% in a 3- sudu wind  turbine  with  the  given  speed  of wind  3  m/s.  For  a  tip- speed  value  of  λ  = 3.19 at wind speed of 4.6 m/s with a 6-Sudu turbine amount, while the lowest value of λ = 0.95 at wind speed of 3 m/s with a total of 3 -Sudu turbine.
Keywords: Design, turbine, ratio, sudu and power

## 1. Pendahuluan
Perancangan turbin angin type axial energii di Indonesia khususnya dan di dunia pada umumnya mengalami  peningkatan  kebutuhan,  karena pertambahan  penduduk,  pertumbuhan  ekonomi, dan  pola  konsumsi  itu  sendiri  yang  senantiasa meningkat  menurut  [1].  Sedangkan  energi  fosil yang selama ini merupakan sumber energi utama, ketersediaannya  sangat  terbatas  dan  terus
mengalami  deplesi.  Energi  terbarukan  dapat didefinisikan  sebagai  energi  yang  secara  cepat dapat  diproduksi  kembali  melalui  proses  alam. Energi terbarukan meliputi energi air, panas bumi, matahari,  angin,  biogas,  dan  gelombang  laut. Beberapa  kelebihan  energi  terbarukan  yaitu, sumbernya  relatif  mudah  didapat,  diperoleh dengan gratis, minim limbah, tidak mempengaruhi suhu  bumi  secara  global,  dan  tidak  terpengaruh oleh kenaikan harga bahan bakar.

## ENTHALPY: Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
Journal homepage: http://ojs.uho.ac.id/index.php/ENTHALPY
Angin  merupakan  udara  yang  bergerak  dari akibat  rotasi  bumi  dan  perbedaan  tekanan  udara yang  bergerak  dari  tempat  bertekanan  tinggi ketekanan  rendah.  Angin  sebagai  sumber  energi yang  jumlahnya  melimpah  merupakan  sumber energi terbarukan yang tidak menimbulkan polusi udara  karena  tidak  menghasilkan  gas  buang  yang dapat menyebabkan efek rumah kaca [2].
Pemanfaatan  energi  angin  turbin  angin mampu  merubah  energi  kinetik  menjadi  energi listrik dengan bantuan generator. Salah satu jenis turbin angin adalah turbin angin sumbu horizontal dimana  arah  penggunaannya  memerlukan  aliran angin  berkecaptan  tinggi  dan  arah  aliran  yang searah dengan turbin [3].
Pembangkit  listrik  tenaga angin  menurut  [4], merupakan salah satu pembangkit listrik terbarukan  yang  ramah  lingkungan  dan  memiliki efisiensi kerja yang baik jika dibandingkan dengan pembangkit  listrik  energi  terbarukan  lainnya. Prinsip  kerja  PLTB  adalah  dengan  memanfaatkan energi  kinetik  angin  yang  masuk  ke  dalam  area efektif  turbin  untuk  memutar  baling-baling/kincir angin,  kemudian  anergi  putar  ini  diteruskan kegenerator untuk membangkitkan energi listrik.

## 1.1. Bagian-Bagian Turbin Angin
Turbin angin dibagi menjadi beberapa bagian [5], yaitu:
a. Kincir Angin
Secara  umum,  kincir  angin  dapat  dibagi menjadi  2,  yaitu  kincir  angin  yang  berputar dengan  sumbu  horizontal,  dan  yang  berputar dengan sumbu vertical.
b. Gear Box Gear box menghubungkan poros kecepatan  tinggi,  diporos  kecepatan  rendah dan  meningkatkan  kecepatan  sekitar  30-60 rotasi per menit (rpm).
c. Brake System
Digunakan  untuk  menjaga  putaran  pada poros  setelah gear  box agar  bekerja  pada  titik aman saat terdapat angin yang besar.
d. Generator Generator merupakan salah satu komponen  terpenting  dalam  pembuatan sistem  turbin  angin.  Generator  ini  dapat mengubah  energi  gerak  menjadi  energi  listrik, prinsip  kerjanya  dapat  dipelajari  dengan menggunakan medan elektromagnetik [6].
e. Penyimpanan energi
Pada  sistem stand  alone ,  dibutuhkan baterai  untuk  menyimpan  energi  listrik berlebih yang dihasilkan turbin angin.
f. Tiang Penyangga Tiang  generator  kincir  angin  sangat penting  untuk  mendapatkan  hembusan  angin yang kencang.

## 1.2. Rumus Perhitungan
Untuk  melakukan  perhitungan  dan  analisis kerja  kincir  angin  yang  diteliti  [7].  Berikut  ini adalah rumus-rumus yang digunakan
a. Rumus energi kinetik
Energi  kinetik  adalah  energi  yang  dimiliki oleh  suatu  benda  yang  bergerak.  Energi  yang terdapat  pada  angin  adalah  energi  kinetik, sehingga dapat dirumuskan menjadi:
E k = 1 2 ⁄ mv 2 (1)
Dengan:
E k : energi kinetik (joule)
m  : massa (kg)
v  : kecepatan angin (m/s) daya  adalah  energi  persatuan  waktu, sehingga  dapat  dituliskan  dengan  rumus sebagai berikut
P in = 1 2 ⁄ mv 2 (2)
Dengan:
P  : daya angin (watt)
ṁ : massa udara yang mengalir pada satuan waktu (kg/s)
Dimana:
m = ρAv                                                            (3) Dengan:
ρ : massa jenis udara (kg/m 3 ) A  : luas penampang sudu Dengan menggunakan  persamaan  (3),  daya angin  dapat  dirumuskan  menjadi P in = ½ (ρAv) v 2 ,  yang  dapat  disederhanakan menjadi:
P in = ½ ρAv 3 (4) b. Rumus perhitungan Tip speed ratio (TSR) Tip  speed  ratio adalah  perbandingan antara  kecepatan  ujung  sudu  kincir  angin dengan  kecepatan  angin.  Kecepatan  diujung sudu (V t ) dapat dirumuskan sebagai:
TSR = 2πrn
60v (5)
Dengan:
N  : putaran poros kincir tiap menit (rpm)
v  : kecepatan angin (m/s)
r  : jari-jari kincir (m)
c. Rumus Torsi
Torsi adalah hasil kali dari gaya (F) dengan panjang  lengan  torsi  (l),  perhitungan  torsi dapat dirumuskan sebagai berikut:
T = FI                                                                 (6) Dengan:
F  : Gaya (N) l  : panjang lengan torsi keporos (m) d. Rumus Daya Mekanis Rumus  daya  mekanis  Menurut  [8],  daya yang  dihasilkan  kincir  (P out ) adalah  gaya  yang dihasilkan  kincir  akibat  adanya  angin  yang melintasi sudu kincir, sehingga daya kincir yang dihasilkan oleh gerakkan melingkar kincir dapat dirumuskan:
P mekanis = Tω                                                           (7)
Dengan:
T  : torsi (Nm)
ω : kecepatan sudut ( rad s ⁄ ) dengan  ini  untuk  daya  yang  dihasilkan kincir dapat dinyatakan dengan persamaan (7), yaitu:
P mekanis = T πn 30 (8)
Dengan:
P mekanis : daya kincir angin (watt)
n : putaran poros (rpm)
e. Rumus Daya Listrik
Daya  listrik  adalah  daya  yang  dihasilkan generator, sehingga daya kincir yang dihasilkan adalah:
P elektris = V. I                                                   (9)
Dengan:
V  : tegangan (Volt) I  : arus (Ampere)
f. Koefisien Daya (CP)
Koefisien  gaya  menurut  [4],  adalah bilangan  tak  berdimensi  yang  menunjukkan perbandingan daya yang dihasilkan kincir (P out ) dengan  daya  yang  sediakan  oleh  angin  (P in ) sehingga Cp dapat dirumuskan:
Cp = P out P in 100 %                                            (10)
Dengan:
Cp  : koefisien daya, % P in : daya angin (watt) P out : daya yang dihasilkan kincir
2. Metode Penelitian
2.1. Alat dan Bahan Penelitian
a. Alat ukur kecepatan angina Anemometer  berfungsi  untuk  mengukur kecepatan angin.
b. Stopwatch Berfungsi  sebagai  mengukur  waktu  pada pengujian turbin angin.
c. Multimeter Multimeter berfungsi untuk mengukur tegangan dan arus yang dihasillkan kincir angin oleh setiap variasinya. [6].
d. Timbangan digital Timbangan digital digunakan untuk
mengetahui beban digital saat kincir berputar e. Tachometer Tachometer adalah  alat  yang  digunakan  untuk mengukur kecepatan putaran poros kincir yang dinyatakan  dalam  satuan rpm  (rottion  per minute) [3] .
f. Kipas
Kipas  berfungsi  sebagai  sumber  angin  utama untuk memutar kincir angin.
g. Dudukan sudu Dudukan  sudu  yang  merupakan  bagian komponen  yang  berfungsi  sebagi  pemasangan sudu.
h. Sudu kincir angin Ukuran  panjang  sudu  kincir  menentukan daerah  sapuan  angin  yang  menerima  energi angin  sehingga  dapat  membuat  dudukan  sudu atau turbin berputar.
i. Tripleks/papan Tripleks  atau  papan  digunakan  sebagai dudukan atau tiang sebagai tempat penyangga sudu turbin angin.
j. Pembebanan
Pembebanan yang dilakukan dengan menggunakan  lampu  LED  bermaksud  untuk mengetahui  peforma  kincir  angin,  variasi voltase  lampu  yang  diberikan  bermaksud  agar data yang dihasilkan lebih bervariasi

## 2.2. Langkah Penelitian
Langkah-langkah  yang  ddilakukan  dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
a. Poros  kincir  dihubungkan  dengan  mekanisme pembebanan lampu.
b. Memasang blade/sudu pada dudukan sudu.
c. Memasang blade dan dudukan sudu pada tiang penyangga.
d. Memasang kipas/fan di depan sudu turbin.
e. Jika  sudah  siap,  kipas  dihidupkan  untuk memutar kincir angin.
f. Percobaan pertama kincir angin 4 sudu dengan kecepatan  angin  3m/s,  3,8m/s  dan  4,6m/s, percobaan  kedua  kincir  angin  5  sudu  dengan kecepatan  angin  yang  sama,  dan  pada percobaan  ketiga  kincir  angin  6  sudu  dengan kecepatan angin yang sama.
g. Mengukur  pembebanan  pada  kincir  angin dengan menggunakan timbangan digital.
h. Untuk mengatur kecepatan angin yaitu dengan cara  memundurkan  jarak  kipas  dengan  kincir angin agar dapat menetukan variasi kecepatan angin.
i. Mengukur kecepatan
angin dengan
menggunakan  anemometer,  kecepatan  putar kincir  angin  dan  menggunakan tachometer , tegangan dan arus listrik dengan menggunakan multimeter . j. Mengamati selama waktu yang telah ditentukan.

## 2.3. Gambar Alat

## Gambar 1. Gambar alat

## 3. Hasil Penelitian
Adapun  hasil  penelitian  yang  didapatkan adalah sebagai berikut:
Tabel 1. Data hasil pengujian
Dalam  pengolahan  data  yang  digunakan beberapa asumsi untuk mempermudah pengolahan  dalam  pengambilan  data  sebagai berikut:
a) Percepatan gravitasi bumi = 9,81 m/s 2
b) Massa jenis udara = 1.18 kg/m 3
c) Massa sudu kincir angin = 75 gram
a. Perhitungan daya angin
Sebagai  contoh  perhitungan  daya  angin diambil  dari  Tabel  pengujian  4.2,  pada pengujian  jumlah  sudu  4  dan  pada  kecepatan angin  3.8  m/s,  massa  jenis  udara  ( ρ )  sebesar 1,18  kg/m 3 dan  luas  penampang  sebesar  0.07 m, maka dapat dihitung dengan persamaan (4) sebagai berikut:
P in = 1 2 ⁄ ρAv 3 P in = 1 2 ⁄ 1,18 x 0,07 x 3,8 3
P in = 2.27 watt Jadi, daya yang dihasilkan sebesar 2,27 watt. b. Perhitungan torsi Perhitungan  torsi  dapat  dihitung  dengan persamaan (6) sebagai berikut:
T = FI
T = 0,64 N x 0,15 m
T = 0,096 Nm
Jadi torsi yang dihasilkn sebesar 0,096 Nm.
c. Perhitungan daya kincir
Sebagai  contoh  perhitungan  di  ambil  dari tabel  4.2  pada  pengujian  kecepatan  angin  3,8 m/s,  putaran  poros  (n)  sebesar  312  rpm,  dan torsi sebesar 0,096 Nm, maka besar daya incir dapat  dihitung  dengan  persamaan  (7)  sebagai berikut:
P out = T. ω
P out = 0,096 Nm x 3,14 x 312 30
P out = 3,13 watt Jadi daya yang dihasilkan sebesar 3,13 watt. d. Perhitungan daya listrik
Sebagai  contoh  perhitungan  daya  listrik diambil  dari  Tabel  pengujian  4.2,  pada kecepatan  angin  3,8  m/s.  Diperoleh  tegangan sebesar 0,73 volt dan arus sebesar 4,3 ampere, maka  daya  listrik  dapat  dihitung  dengan persamaan (8) sebagai berikut:
P elektris = V. I P elektris = 0,73 volt x 4,3 ampere
P elektris = 3,14 watt
Jadi,  daya  listrik  yang  dihasilkan  sebesar  3,14 watt.
e. Perhitungan tip speed ratio (tsr)
Sebagai  contoh  perhitungan  diambil  dari tabel  1  pengujian  keceptan  angin  3,8  m/s diperoleh  putaran  poros  kincir  angin  sebesar
312 Rpm jari-jari kincir angin sebesar (r) = 0,15 m, maka tsr dapat dihitung dengan Persamaan (5) sebagai berikut:
TSR = 2πrn 60v
TSR = 2 x 3,14 x 0,15 x312 60 x 3,8 TSR = 1,289 Jadi, TSR yang dihasilkan sebesar 1,289.
f. Perhitungan koefisien daya
Sebagai  contoh  perhitungan  di  ambil  dari perhitungan  di  atas  yakni  daya  angin  sebesar 2,27 watt dan daya yang dihasilkan kincir angin sebesar  3,13  watt,  maka  koefisien  daya  dapat dihitung  dengan  persamaan  (10)  sebagai berikut:
Cp = P out P in 100% Cp = 3,13 watt
2,27 watt 100%

## Cp = 1,38
Jadi,  koefisien  daya  yang  dihasilkan  sebesar 1,38.

## 3.2. Data hasil perhitungan

## Tabel 2. Data hasil perhitungan
Pengolahan  data  yang  dilakukan  pada perhitungan  di  atas  mendapatkan  hasil  grafik. Grafik  hubungan  tersebut  antara  lain,  grafik antara  kecepatan  angin  (m/s)  dengan  putaran poros  (rpm),  grafik  antara  jumlah  sudu  dengan daya  listrik,  banyak  sudu  dengan  nilai  tip  speed ratio (tsr).
a. Grafik hubungan antara kecepatan angin (m/s) dengan putaran poros (rpm)
Dari  Tabel  2,  yang  sudah  diperoleh  pada perhitungan  di  atas  dapat  digunakan  untuk membuat grafik hubungan antara kecepatan angin (m/s) dengan putaran poros (rpm).
Gambar. Hubungan antara kecepatan angin (m/s) dengan putaran poros (rpm).
Dari  grafik  di  atas  menunjukkan  bahwa  nilai putaran  tertinggi  dihasilkan  oleh  kincir  angin dengan jumlah 6 sudu yaitu sebesar 837 rpm dan pada kecepatan angin 4,6 m/s, sedangkan putaran terendah  dihasilkan  oleh  kincir  angin  dengan jumlah  3  sudu  yaitu  sebesar  191  rpm  dan  pada kecepatan  angin  3m/s.  Maka,  dapat  disimpulkan bahwa semakin besar kecepatan angin dan jumlah sudu,  maka  putaran  yang  dihasilkan  semakin besar pula.
b. Grafik antara jumlah sudu dengan daya listrik
Dari  Tabel  2,  yang  sudah  diperoleh  pada perhitungan  di  atas  dapat  digunakan  untuk membuat  grafik  hubungan  antara  jumlah  sudu dengan daya listrik.
Gambar 2. Hubungan antara jumlah sudu dengan daya listrik.
Dari grafik di atas menunjukkan bahwa nilai daya  listrik  tertinggi  dihasilkan  oleh  kincir  angin dengan  jumlah  6  sudu  yaitu  sebesar  20,54  watt dan  pada  kecepatan  angin  4,6  m/s  sedangkan putaran  terendah  dihasilkan  oleh  kincir  angin dengan  jumlah  3  sudu  yaitu  sebesar  0,096  watt dan  pada  kecepatan  angin  3m/s.  Maka,  dapat disimpulkan  bahwa  semakin  besar  kecepatan angin  dan  jumlah  sudu,  maka  daya  listrik  yang dihasilkan semakin besar pula.
c. Grafik  antara  kecepatan  angin  (m/s)  dengan nilai tip speed ratio (tsr)
Dari  tabel  2  yang  sudah  diperoleh  pada perhitungan  di  atas,  dapat  digunakan  untuk membuat grafik hubungan antara kecepatan angin (m/s) dengan nilai tip speed ratio (tsr).
Gambar 3. Hubungan antara kecepatan angin (m/s) dengan nilai tip speed ratio (tsr)
Dari  grafik  di  atas  menunjukkan  bahwa  nilai TSR  tertinggi  dihasilkan  oleh  kincir  angin  dengan jumlah  6  sudu  yaitu  sebesar  3,198  dan  pada kecepatan  angin  4,6  m/s,  sedangkan  putaran terendah  dihasilkan  oleh  kincir  angin  dengan jumlah  3  sudu  yaitu  sebesar  0,95  dan  pada kecepatan  angin  3m/s.  Maka,  dapat  disimpulkan bahwa semakin besar kecepatan angin dan jumlah sudu,  maka  daya  listrik  yang  dihasilkan  semakin besar pula.

## 4. Kesimpulan
Dari rangkaian penelitian yang telah dilakukan  bisa  ditarik  beberapa  kesimpulan sebagai berikut:
1. Telah  berhasil  dibuat  kincir  angin  poros horinzontal 3, 4, 5 dan 6 sudu degnan diameter 30  cm,  lebar  maksimum  sudu  sebesar  4  cm dengan  jarak  dari  pusat  poros  sebesar  15  cm, dengan sudu terbuat dari bahan pipa pvc.
2. Daya listrik terbesar yang dihasilkan oleh kincir angin yaitu 20,54 watt  pada putaran 937 RPM terjadi  pada  kecepatan  angin  4,6  m/s  degnan jumlah 6 sudu.
3. Koefisien  daya  tertinggi  yang  didapat  yaitu sebesar  3,08  %  pada  tsr  3,198  dengan kecepatan angina 4,6 m/s.

## 4. Saran
Setelah  dilakukan  penelitian  maka  dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Penelitian  kincir  angin  yang  menggunakan kecepatan  angin  sebagai  variasi  pengujian, sebaiknya dilakukan di tempat yang luas.
2. Pengambilan  data  pengujian  seperti:  rpm, kecepatan angin, arus dan tegangan sebaiknya dilakukan secara bersamaan.
3. Sebelum  melakukan  pengujian  sebaiknya  alat ukur  telah  diakurasi  ulang  agar  data  yang didapat lebih presisi.

## Daftar Pustaka
[1]  A.  G.  Pratama,  "Perancangan  Turbin  Angin Type Axial Sebagai Pembangkit Tenaga Listrik," pp. 1-8, 2012.
[2]  JF Manwell, J.G McGowan and A. Rogers, Wind Energy  Explained  :  Theory  Design  And Application,  Australia:  USA  JHON  WLWY  and SONS, 2002.
[3]  Sugiharyanto,  "Geografi  Dan  Sosiologi  Skala Beufort," Jurnal Turbin Angin, pp. 1-12, 2007.
[4]  Weldy  Yudiansyah,  Ibnu  Kahfi  Bachtiar  and  E. Prayetno,  "Perancangan  Turbin  Angin  Multi- Blade  Poros  Horizontal  Tipeamerican  Multi- Blade," pp. 1-8, 2017.
[5]  Sumiati  Ruzita,  Amri  Khairul  and  Hanif, "Rancang Bangun Mikro Turbin Angin Pembangkit  Listrik  Untuk  Rumah  Tinggal  di Daerah  Kecepatan  Angin  Rendah," TM – 006 ISSN : 2407 – 1846, pp. 1-5, 2014.
[6]  Bono,  Gatot  Suwoto,  Margana  and  Sunarwo, "Karakterisasi  Turbin  Angin  Poros  Horizontal Dengan  Variasi  Bingkai  Sudu  Flat  Untuk Pembangkit  Listrik  Tenaga  Angin,"  pp.  1-9, 2015.
[7]  A.  D.  S.  K.  Mangu,  "Unjuk  Kerja  Kincir  Angin Poros  Horizontal  Dua  Sudu  Bahan  Komposit Diameter 1 M Lebar Maksimum 13 Cm Dengan Jarak 12,5 Cm Dari Pusat Poros," Jurnal Teknik Mesin, pp. 1-12, 2016.
[8]  M.  Ir.  Astu  Pudjanarso.  and  M.  Prof.  Ir.  Djati Nursuhud,  Mesin  Konversi  Energi,  Yogyakarta: ANDI OFFSET, 2006.
[9]  I.  K.  bachtiar,  "Perancangan  Turbin  Angin Multi-Blade  Poros  Horizontal  Tipe  American Multi Blade," pp. 1-15, 2017.