Abstrak —  Turbin  angin  adalah  kincir  angin  yang  digunakan untuk  membangkitkan  tenaga  listrik.  Prinsip  dasar  kerjanya yaitu mengubah energi mekanis dari angin menjadi energi putar, lalu  putaran  kincir  digunakan  untuk  memutar  generator,  yang akhirnya  akan  menghasilkan  listrik.  Turbin  angin  yang dirancang  yaitu  diatas floating. Maka  diperlukan  perancangan konstruksi  turbin  angin  dengan  dipilih  tipe Vertical  Axis  Wind Turbine dengan blade yang  sudah  ada  di  pasaran  dengan  merk ‘Richuan’. Dengan spesifikasi power 5 KW, dimensi blade (4x0,6) m,  jumlah blade 5,  tinggi  tower  8  m,  diameter  rotor  2,5  m, kecepatan laju angin 10 m / s, kecepatan angin beroperasi 3-25 m /  s,  dan  100  rpm.  Kemudian  konstruksi  turbin  angin  akan digambarkan menggunakan software Solidworks dengan pembuat pemodelan  terlebih  dahulu.  Model  yang  sudah  dibuat  kemudian di simulasikan untuk mendapatkan hasil analisa. Beban eksternal untuk di input sebesar 655 N dan 1300 N. Dari hasil simulasi dan analisa  turbin  angin  diperoleh  hasil  untuk stress  von  mises sebesar  10,583,224.00  N  /  m 2 , displacement sebesar  7.781  mm, strain maksimal  yaitu  sebesar  3.84126,  dan safety  factor minimal yaitu  sebesar  23.62.  Dapat  disimpulkan  perancangan  konstruksi turbin angin ini aman untuk pembebanan yang sudah ditentukan.
Kata  Kunci — Floating , Vertical  Axis  Wind  Turbine,  Blade, Solidworks, Stress Von Mises, Displacement, Strain

## I. PENDAHULUAN
urbin  angin  adalah  kincir  angin  yang  digunakan  untuk membangkitkan  tenaga  listrik.  Prinsip  dasar  kerja  secara umum dari turbin angin adalah mengubah energi mekanis dari angin  menjadi  energi  putar  pada  kincir,  lalu  putaran  kincir digunakan  untuk  memutar  generator,  yang  akhirnya  akan menghasilkan  listrik.  Pada  dasarnya  sangat  diperlukan pertimbangan  untuk  konstruksi  dari  turbin  angin  itu  sendiri. Sebab  kekuatan  dari konstruksi sangat penting untuk menjaga agar  dalam  pengoprasiannya  tidak  terjadi  permasalahan.  Laut merupakan  tempat  yang  paling  efektif  untuk  pemanfaatan turbin  angin  sebagai  energi  hybrid  gelombang  laut.  Karena energi  angin  yang  ada  di  laut  sangatlah  berbeda  dengan  yang di  darat.  Kekuatan  anginnya  juga  semakin  kuat  pada  saat turbin angin berada di laut.
Konstruksi  pada  turbin  angin  ini  nantinya  akan diperhitungan  dan  juga  di  simulasikan  dengan  salah  satu software yang  dapat  digunakan  untuk  simulasi  turbin  angin ini.  Selain  itu  nantinya  akan  ditentukan  berapa  tinggi  dan menggunakan tipe blade untuk turbin angin  ini. Semakin kuat konstruksi  dari  turbin  angin  maka  dapat  mengoptimalkan kinerja  dari  turbin  angin.  Pembangunan  turbin  angin  dapat dilakukan di tripod atau media yang lainnya. Faktor besar yang sangat mempengaruhi bagaimana bentuk dari konstruksi turbin angin  yaitu  kekuatan  angin  dan  juga  aliran  gelombang  yang tidak  bisa  stabil  dan  hanya  dapat  dilakukan  dengan pamantauan  keadaan  yang  akan  dilakukan  pemasangan  turbin angin  atau  dapat  juga  dengan  mensimulasikan  sedemikian hingga  agar  dapat  menyerupai  kondisi  seperti  kenyataannya. Hasil yang diharapkan yaitu agar dapat memberikan gambaran bagaimana seharusnya konstruksi dari turbin angin yang sesuai dan dapat beroperasi dengan optimal.
Pada  perancangan  ini  akan  diuji  atau  di  simulasikan dengan  menggunakan software  “Solidwork”. Atas  dasar  itu penulis mengangkat judul “ Perancangan Konstruksi Turbin Angin Diatas Hybrid Energi Gelombang Laut ”. Diharapkan dari  perancangan  ini  dapat  menjadi  pertimbangan  untuk mendesain konstruksi turbin angin yang sesuai.
II. TUJUAN
1. Untuk merancang konstruksi dari turbin angin.
2. Mengetahui  respon  sistem  dari  rancangan  turbin  angin dengan menggunakan Solidwork .

## Perancangan Konstruksi Turbin Angin di Atas Hybrid Energi Gelombang Laut
Musfirotul Ula, Irfan Syarief Arief, Tony Bambang Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail : irfansya@its.ac.id e-mail : tobac@its.ac.id
T

## III. METODOLOGI
Metodologi Tugas Akhir ini dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Metodologi Tugas Akhir
Penjelasan  lengkap  tentang  Metodologi  dapat  dilihat  pada buku Tugas Akhir penulis.

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Perancangan Ukuran Turbin Angin
Dari  data  yang  sudah  didapatkan  untuk  merancang konstruksi  turbin  angin,  kemudian  dilakukan  penggambaran dengan menggunakan Solidwork. Sebelumnya sudah ditentukan  untuk  jenis blade yang  akan  digunakan  yaitu sebagai berikut : Tipe turbin angin   : VAWT Merk             : Richuan Jenis floating : Semi submersible Power            : 5 KW Dimensi blade : (4 x 0,6) m Jumlah blade : 5 Tinggi tower      : 8 m
Rpm             : 100 Diameter rotor     : 2,5 m Kecepatan laju angin    : 10 m/s Kec. angin beroperasi   : 3-25 m/s
B. Pembuatan Model Dari  data  yang  sudah  ada  maka  untuk blade dari  turbin angin  ini  hanya  digambarkan  permodelan  dengan  asumsi sebagai  pelat strip bukan foil tetapi  pada  kondisi  sebenarnya bentuk blade yaitu foil dengan mempertimbangkan aerodinamis  dari  turbin  angin  itu  sendiri.  Sedangkan  untuk penggambaran bentuk blade yang foil dapat dilakukan dengan menggunakan software lain.  Jadi  disini  hanya  dibuat  untuk asumsi  dari  penggambaran  perancangan  untuk  melengkapi desain  turbin  angin  ini.  Penggambaran  model  yang  pertama yaitu pada bagian pondasi dari turbin angin yang berada diatas deck dari  suatu floating .  Berikut  adalah  model  dari  pondasi turbin angin yang akan direncanakan.

## Gambar 2. Pondasi Turbin Angin
Setelah  pondasi  sudah  selesai  digambarkan  kemudian dilanjutkan dengan tower untuk turbin angin yang dimensinya sudah ditentukan sebelumnya.
Gambar 3. Tower turbin angin
Diatas  tower  dibuatkan  konstruksi  untuk  penguatan  dari baling-baling  diatasnya.  Poros  yang  berhubungan  langsung dengan generator harus diperkuat dengan konstruksi pelat yang akan  direncanakan  oleh  penulis.  Sedangkan  untuk  baling- baling  harus  didukung  dengan  adanya bearing .  Untuk meminimalkan getaran dari putaran baling-baling yang berada diatasnya.  Dibuatkan  2  buah bearing yang  menggunakan standart  ISO  dengan  diameter  poros  yang  sudah  ada  di pasaran.
Gambar 4. Konstruksi genset
Baling-baling yang dibuat hanya asumsi dengan menggunakan pelat sebanyak 5 buah. Ukuran baling-baling sudah ditetapkan berdasarkan  mengambil  data  dari  pasaran  untuk  baling-baling yang  dijual.  Dengan tipe  Vertical  Axis  Wind  Turbine maka bentuk  dari  baling-baling  ini  searah  dengan  sumbu vertical yang  artinya  segaris  dengan  tower  turbin  angin.  Yang kemudian  dihubungkan  langsung  dengan  pelat  untuk berhubungan  langsung  dengan  porosnya  sehingga  dapat berputar.  Baling-baling  yang  dibuat  tidak  berbentuk  foil karena  pada  bagian  ini  hanya  diasumsikan  dengan  pelat  strip yang seperti lempengan pelat persegi panjang.
Gambar 5. Blade turbin angin
Setelah  semua  model  sudah  dibuat  kemudian  langkah selanjutnya  yaitu  penggabungan  dari  2  komponen  yang  sudah dibuat  yang  pada  Solidwork  dinamakan  proses assembly . Tower  yang  sudah  jadi  kemudian  digabungkan  dengan blade yang sudah dibuat pada bagian part .
Gambar 6. Assembly turbin angin
C. Simulasi Solidwork
Setelah dilakukan pembuatan model yang sudah digabungkan  menjadi  satu  seperti  diatas  maka  langkah selanjutnya  yaitu  melakukan  simulasi  dengan  Solidwork. Adapun  proses  untuk  running  konstruksi  turbin  angin  adalah sebagai berikut:
a. Pemilihan material
Sebelum  dilakukan  simulasi  maka  harus  ditentukan  terlebih dahulu  untuk  jenis  material  yang  akan  digunakan.  Pada Solidwork  sudah  terdapat  spesifikasi  untuk  berbagai  jenis material  yang  sudah  disediakan.  Apabila  material  yang diinginkan  tidak  terdapat  pada  Solidwork  maka  harus memasukkan  data-data  material  yang  diperlukan  untuk  dapat dilakukan proses simulasi.
Tabel 1. Spesifikasi material
Standar t Grade Mechanical Properties Tensile Test Yield Strength (Mpa) Tensile Strength (Mpa) Elongatio n (%) ASTM A 36 A 36 ≥ 250 400-550 ≥ 23

## b. Pemilihan Fixture
Pada  perancangan  turbin  angin  ini  ditentukan  jepit  ( fixture ) pada  model  saat  akan  dilakukan  simulasi.  Pada  Solidwork terdapat  banyak  macam  untuk fixture .  Untuk  perancangan turbin angin ini dipilih fixed geometry yang ditempatkan pada pondasi  pada  turbin  angin.  Sebab  nantinya  yang  akan dilakukan analisa statis yaitu pada bagian pondasi turbin angin. Apakah  konstruksi  tersebut  sudah  dapat  menahan  beban  yang ada diatasnya dan apakah memenuhi atau tidak.
Gambar 7. Fixed 1
Gambar 8. Fixed 2

## c. Eksternal Load
Penentuan  gaya  yang  bekerja  pada  turbin  angin  untuk dilakukan  simulasi  yaitu  terlebih  dahulu  menghitung  gaya sentripetal  yang  terjadi  pada  salah  satu blade .  Untuk  gaya gravitasi juga ditambahkan pada konstruksi ini. Berikut adalah rumus untuk mencari gaya sentripetal.
F = m . a s
m/s 2
m = (p x l x t) x ρ = (4 x 0,6 x 0,01) x 7850 kg/m 3 = 0,024 m 3 x 7850 kg/m 3 = 188,4 kg
F = 188,4 x 3,472 = 654,125 N = 655 N
Jadi  gaya  atau  beban  yang  akan  diberikan  pada  satu  baling- baling  yaitu  sebesar  655  N  yang  akan  didistribusikan  merata pada baling-baling turbin angin yang sudah di buatkan model.
Gambar 9. Force 1 dan 2
Sedangkan  untuk  beban  yang  mengarah  kebawah  yaitu dipengaruhi  oleh  berat  dari  genset  yang  nantinya  akan terpasaang  di  bagian  atas  konstruksi  turbin  angin.  Gaya  yang diberikan sebesar 1300 N.
d. Proses Meshing
Untuk  proses mesh merupakan  pembagian  titik-titik  dimana akan terdapat ukuran yang dapat diatur sesuai yang diinginkan. Semakin  kecil  ukuran  dari mesh ,  maka  hasil  analisanya semakin mendekati kebenaran dan begitupun sebaliknya. Pada perancangan turbin angin ini untuk ukuran mesh yaitu 173 mm. Bentuk  untuk mesh pada  benda  seperti  jaring-jaring  yang melingkupi  semua  bagian yang ada pada benda. Setelah mesh
sudah  bisa  dilakukan,  maka  proses running sudah  dapat dilakukan apabila data yang di input kan sudah benar.
Gambar 10. Meshing
D. Hasil dari Simulasi Setelah  proses running selesai,  maka  akan  keluar  hasil  dari simulasi  turbin  angin  tersebut.  Untuk  hasil  dari  simulasi diantaranya  adalah stress  von  mises,  displacement,  strain dan safety  factor . Stress  analisys ini  akan  menunjukkan  bagian mana  yang  terkena  pembebanan  paling  besar  dan  terkecil. Daerah  tersebut  akan  ditandai  dengan  perbedaan  warna  yang terlihat  pada  benda.  Terdapat  kisaran  warna  yang  sudah didetailkan  pada  sisi  samping  benda.  Jadi  bagian  warna tersebut  terdapat  nilai-nilai  yang  nantinya  akan  terbaca  pada hasil simulasi.
Gambar 11. Hasil stress von mises
Gambar 12. Hasil displacement
Gambar 4.17 Hasil strain
Gambar 4.19 Hasil factor of safety
Dari  hasil  running  turbin  angin  yang  sudah  dilakukan  dapat diketahui  beberapa  hasil  untuk stress  von  mises sebesar 10,583,224.00  N/m 2 ,  displacement sebesar  7.781  mm ,  strain maksimal  yaitu  sebesar  3.84126,  dan safety  factor minimal yaitu sebesar 23.62.

## V. KESIMPULAN/RINGKASAN
Dari  perancangan  konstruksi  turbin  angin  yang  kemudian di  simulasi  dan  di  analisa    menggunakan software Solidwork yang telah dilakukan oleh penulis maka dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut.
1. Tegangan (stress  von  mises) yang  terjadi  pada  konstruksi turbin  angin  yang  sudah  di  simulasi  menghasilkan  nilai sebesar 10,583,224.00 N/m 2 . 2. Untuk  regangan (strain) maksimaldari  konstruksi  turbin angin didapatkan nilai dari hasil simulasi sebesar 3.84126. 3. Untuk  hasil displacement sebesar  7.781  mm. Displacement merupakan  batas  deformasi  yang  didapatkan  dari  suatu bentuk benda.
4. Sedangkan  untuk  hasil  dari safety  factor minimal  yaitu sebesar 23.62  yang artinya konstruksi tersebut aman dengan pembebanan yang sudah ditentukan.
5. Jadi  secara  garis  besar  konstruksi  turbin  angin  ini  dapat dikatakan  aman  setelah  dilakukan  proses  simulasi  dengan Solidwork.

## Saran
Hasil dari perancangan konstruksi turbin angin yang sudah dilakukan  simulasi  dan  analisa  dengan  Solidwork  ini  penulis memberikan beberapa saran.
1. Perlu  dilakukan  analisa  lebih  lanjut  dengan  memberi pembebanan yang bervariasi atau ditambahkan.
2. Dapat  di  variasikan  kembali  dengan  menggunakan  blade dengan jenis Horizontal Axis Wind Turbine .

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Guidelines for Design of Wind Turbines Second Edition .
(2002), DNV / Rise press, Copenhagen, Denmark.
[2] Bagbanci,  Hasan.  (2011), Dynamic  Analysis  of  Offshore Floating Wind Turbin, Instituto Superior Tecnico.
[3] D.  Cook,  Robert.  (1989), Concepts  and  Applications  of Finite  Element  Analysis ,  University  of  Wisconsin- Madison.
[4] Dan  B.  Marghitu.  (2001),  Mechanical  Engineer’s Handbook, Academy Press, USA.
[5] Ghulamz. 2012. Solidwork 3D CAD. Diambil dari http://ghulamzoldies.wordpress.com.
Terakhir diakses tanggal 16 Juni 2014.