## ANALISA EFISIENSI TURBIN ANGIN BERDASARKAN VARIASI JUMLAH SUDU DI LABORATORIUM TEKNIK LISTRIK POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA
Mutiar 1 / R. Ahmad Yani 2
mutiar.tiar@gmail.com / ray_azhari@yahoo.co.id
Dosen Teknik Elektro Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Sriwijaya Palembang 1 , Dosen Tetap Yayasan pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Palembang 2

## ABSTRAK
Dari  hasil  penelitian  didapat  bahwa  semakin  besar  kecepatan  angin  yang diberikan maka putaran turbin akan semakin tinggi sehingga daya listrik yang dihasilkan oleh  generator  juga  akan  semakin  besar.  Beban  yang  digunakan  adalah  beban  Lampu Halogen  50W/220  V.  Pada  jumlah  sudu  turbin  12  didapatkan  kecepatan  putar  turbin tertinggi  460  rpm  yaitu  pada  kecepatan  7.0  m/s  dan  sedangkan  jumlah  sudu  turbin  6 didapatkan  kecepatan  putar  turbin tertinggi  yaitu  430 rpm  yaitu  pada  kecepatan 7.0  m/s juga. Untuk Efisiensi tertinggi 2,83 % dan Efisiensi terendah yaitu 0,01 %.
Kata Kunci : Energi Angin, Turbin Angin, Pengaruh Kecepatan Angin.

## 1. PENDAHULUAN

## 1.1. Latar Belakang
Generator  adalah  suatu  mesin  listrik  yang  berfungsi  untuk  mengubah  energi mekanik  menjadi  energi  listrik.  Salah  satu  penggerak  dari  generator  ialah  angin. Generator yang menggunakan tenaga angin menggunakan turbin angin sebagai penggerak rotor  pada  generator,  sehingga  perputaran  dari  rotor  dipengharuhi  angin  yang  melewati sudu-sudu dari turbin angin tersebut.
Dalam penggunaan generator angin diperlukan kecepatan angin yang optimal  dan didasarkan  pada  tempat  untuk  membangkitkan  daya  tertentu,  untuk  mengoptimalkan kecepatan  angin  harus  diketahui  seberapa  besar  kecepatan  angin.  Efisiensi  merupakan ukuran  keberhasilan  suatu  kegiatan  yang  dinilai  berdasarkan  sumber  daya  yang digunakan  untuk  mencapai  hasil  yang  diinginkan,  atau  efisiensi  merupakan  rasio  dari daya  output  (daya  listrik  yang  dibangkitkan)  terhadap  daya  input  (tenaga  angin  yang menerpa sudu turbin).
Penelitian  ini  menyelidiki  efisiensi  turbin  angin.  Maka  dari  itu  penulis  ingin meneliti tentang seberapa besar efisiensi daya pada turbin angin berdasarkan jumlah sudu.

## 1.2. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Untuk mengetahui besar kecepatan putar turbin dari kecepatan angin yang menerpa sudu turbin untuk menghasilkan daya input generator.
2. Untuk  mengetahui  seberapa  besar  daya  output  atau  daya  listrik  yang  dibangkitkan dari konversi kecepatan angin yang digunakan sebagai pembangkitan listrik.
1.3. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Dapat mengetahui besar kecepatan putar turbin dari kecepatan angin yang  menerpa sudu turbin untuk menghasilkan daya input generator.
2. Dapat  mengetahui  seberapa  besar  daya  output  atau  daya  listrik  yang  dibangkitkan dari konversi kecepatan angin yang digunakan sebagai pembangkitan listrik.

## 1.4. Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian dilakukan  dalam  dalam  batasan  yang  berhubungan  dengan  hasil  yang di inginkan yaitu dengan :
1. Bagaimana  besar  kecepatan  putar  turbin  dari  kecepatan  angin  yang  menerpa  sudu turbin untuk menghasilkan daya input generator.
2. Bagaimana besar daya output atau daya listrik yang dibangkitkan dari konversi kecepatan angin yang digunakan sebagai pembangkitan listrik.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1. Kecepatan Energi Angin
Kecepatan angin yang dikehendaki untuk kincir angin berada pada kelas 3 samapai kelas  8,  dimana  angin  bertiup  pada  kecepatan  angin  3  m/s  sampai  20  m/s.  Indonesia belum memiliki peta angin dimana pada setiap daerah dimonitor kecepatan angin sebagai referensi  untuk  pembangunan  kincir  angin  dan  keperluan  lainnya,  seperti  penerbangan. Potensi  energi  angin  di  Indonesia  pada  umumnya  berkecepatan  lebih  dari  5  meter  per detik  (m/s).  Sebagaimana  diketahui  menurut  fisika  klasik  energi  kinetik  dari  sebuah benda bermassa m dan kecepatan v adalah E= 0.5mv 2 . Rumus tersebut berlaku juga untuk angin, yang merupkan udara bergerak.
E  =    . m . v 2 .................................................................................................................................................................... (2.1) dimana : E = Energi (joule) m = Massa udara (kg) v = Kecepatan angin (m/s)
Bilamana suatu “blok” udara, yang mempunyai penampang A m 2 , dan bergerak dengan kecepatan v m/s, maka jumlah aliran massa yang melewati suatu tempat adalah :
m = A v .................................................................................................................. (2.2)
dimana : A = luas penampang (m 2 )
= kepadatan udara (kg/m 3 )
P angin =   . . A . v 3 ....................................................................................................................................................... (2.3)
dimana : P angin = Daya Angin (W)

## 2.2. Turbin Angin [4]
Sesuai  dengan  ketetapan  Betz,  sebuah  turbin  angin  yang  ideal  akan  mengubah 16/27(59%)  dari  energi  angi  yang  dihasilkan  oleh  angin.  Akan  tetapi  dalam  prakteknya daya  turbin  yang  didapat  lebih  kecil  karena terdapat beberapa  faktor.  Daya turbin  angin tersebut  merupakan  hasil  kali  dari  daya  angin  dengan coeficient  performance (Cp). Adapun rumus daya turbin adalah sebagai berikut :
P turbin = A v 3 Cp( , ) ....................................................................................... (2.4)
dimana : P turbin = daya turbin (watt) C p = koefisien performa = tip speed ratio = sudut sudu ( o )

## 2.3. Daya Generator Turbin [5]
Daya  dari  generator  yang  dikopel  langsung  dengan  turbin  angin  dapat  dihitung dengan  menggunakan  rumus  daya  pada  rangkaian  listrik  pada  umumnya.  Perhitungan daya juga dapat dilakukan dengan menggunakan harga dari tegangan maksimum dan arus maksimum pada gelombang sinusoidal keluaran generator yang terbentuk.
P = V x I ............................................................................................................ (2.5) V = V p-p / ....................................................................................................... (2.6) V = V m / ....................................................................................................... (2.7) I = I m / .......................................................................................................... (2.8) dimana : V = Tegangan  (V) I = Arus (A) V p-p = Tegangan Phasa ke Phasa (V) V m = Tegangan Maksimum Pada Gelombang Sinusoidal (V) I m = Arus Maksimum Pada Gelombang Sinusoidal (I)
Torsi dari turbin dapat dihitung dengan rumus;
τ   = Pe / ω  ............................................................................................................... .(2.9)
= 2πn/60   .............................................................................................................. (2.10)
Dimana : Pe = Daya Listrik Pada Beban (watt) T = Torsi Generator (N.m) = omega (rad/s) n = Putaran per menit (RPM) 2.4. Turbin Angin Sumbu Horizontal
Turbin  angin  sumbu  horizontal  (TASH)  memiliki  poros  rotor  utama  dan generator listrik di puncak menara. Turbin berukuran kecil diarahkan oleh sebuah baling- baling  angin  (baling-baling  cuaca)  yang  sederhana,  sedangkan  turbin  berukuran  besar pada  umumnya  menggunakan  sebuah  sensor  angin  yang  digandengkan  ke  sebuah  servo motor. Sebagian besar memiliki sebuah gearbox yang  mengubah perputaran kincir yang pelan  menjadi  lebih  cepat  berputar  karena  sebuah  menara  menghasilkan  turbulensi  di belakangnya,  turbin  biasanya  diarahkan  melawan  arah  anginnya  menara.  Bilah-bilah turbin dibuat kaku agar mereka tidak terdorong menuju menara oleh angin berkecepatan tinggi.
Sebagai tambahan, bilah-bilah itu diletakkan di depan menara pada jarak tertentu dan sedikit dimiringkan. Karena turbulensi menyebabkan kerusakan struktur menara, dan realibilitas  begitu  penting,  sebagian  besar  Turbin  Angin  Sumbu  Horizontal  merupakan mesin  upwind  (melawan  arah  angin).  Meski  memiliki  permasalahan  turbulensi,  mesin downwind  (menurut  arah  angin)  dibuat  karena  tidak  memerlukan  mekanisme  tambahan agar  mereka  tetap  sejalan  dengan  angin,  dan  karena  di  saat  angin  berhembus  sangat kencang,  bilah-  bilahnya  bisa  ditekuk  sehingga  mengurangi  wilayah  tiupan  mereka  dan dengan demikian juga mengurangi resintensi angin dari bilah-bilah itu.

## 2.5. Turbin Angin Sumbu Vertikal
Turbin angin sumbu vertikal/tegak ( TASV ) memiliki poros/sumbu rotor utama yang  disusun  tegak  lurus.  Kelebihan  utama  susunan  ini  adalah  turbin  tidak  harus diarahkan ke angin agar menjadi efektif. Kelebihan ini sangat berguna di tempat-tempat yang  arah  anginnya  sangat  bervariasi.  Turbin  Angin  Sumbu  Vertikal  mampu mendayagunakan angin dari berbagai arah. Dengan sumbu yang vertikal, generator serta gearbox  bisa  ditempatkan  di  dekat  tanah,  jadi  menara  tidak  perlu  menyokongnya  dan lebih mudah diakses untuk keperluan perawatan. Tapi ini menyebabkan sejumlah desain menghasilkan  tenaga  putaran  yang  berdenyut. Drag (gaya  yang  menahan  pergerakan sebuah  benda  padat  melalui  fluida  (zat  cair  atau  gas)  bisa  saja  tercipta  saat  kincir berputar. Sudu / Blades
Untuk  mendapatkan  hasil yang  optimal  maximal  dari  sebuah  kincir  angin  maka perlu diperhatikan sebagai berikut:
Bentuk sudu seperti sekerup atau memuntir, sehingga aerodinamisnya semakin baik.
 Untuk mendapatkan energi yang lebih baik sayap-sayap dipasang langsung pada rotor.
 Untuk sudu yang ideal berjumlah 3 buah sudu, karena menghasilkan pembagian gaya dan keseimbangan yang lebih baik.

## 3. METODE PENELITIAN
Metode penelitian ini dibuat untuk menjelaskan tentang penelitian yang dilakukan. Penulis  melakukan  pengukuran  daya  generator  yang  dihasilkan  oleh  generator  angin terhadap  kecepatan  yang  berbeda.  Daya  angin  yang  dihasilkan  oleh  blower  akan menggerakkan turbin yang kemudian memutar poros dari generator sinkron yang dikopel dengan  turbin  tersebut.  Penelitian  dan  pengambilan  data  dilakukan  di  Laboratorium Teknik Listrik Politeknik Negeri Sriwijaya.

## Langkah-langkah pengukuran:
1. memposisikan terlebih dahulu blower dan generator angin secara berhadapan dengan jarak 1 meter.
2. menyiapkan Sumber AC untuk blower sebagai simulasi angin dengan menggunakan SLIDAC,  atur  tegangan  pada  SLIDAC  menjadi  0V  terlebih  dahulu  kemudian hubungkan ke blower
3. Mengubah sudu generator angin yang semula mempunyai 12 sudu menjadi 6 sudu
4. Merangkai  rangkaian  pengukuran  daya  untuk  generator  angin  sesuai  dengan  blok diagram rangkaian percobaan
5. Mengoperasikan blower dengan cara menekan tombol on pada blower
6. Mengukur kecepatan angin pada blower dengan menggunakan anemometer, aturlah kecepatan  angin  dengan  mengatur  tegangan  sumber  pada  blower,  aturlah  sesuai dengan kecepatan angin yang telah ditentukan
7. Melakukan  pengukuran  untuk  tegangan  phasa  ke  phasa,  arus  phasa,  daya  total  dan putaran (rpm).

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Hasil Pengukuran
Adapun Data Hasil Pengukuran Adalah Sebagai Berikut :
Tabel 4.1. Pengukuran Daya yang dibangkitkan menggunakan 12 Sudu
No Kecepatan Angin Jumlah Sudu RPM ( rpm ) Arus ( mA ) Vp-p 1 2.0 m/s 12 244 46,0 mA 8,0 V 2 3.0 m/s 284 58,6 mA 15,0 V 3 4.0 m/s 364 80,5 mA 34,0 V 4 5.0 m/s 409 94,3 mA 49,1 V 5 6.0 m/s 428 104,0 mA 61,3 1 6 7.0 m/s 460 108,0 mA 66,4 V
Tabel 4.2. Pengukuran Daya yang dibangkitkan menggunakan 6 Sudu
No Kecepatan Angin Jumlah Sudu RPM ( rpm ) Arus ( mA ) Vp-p 1 2.0 m/s 6 234 16,0 mA 1,11 V 2 3.0 m/s 254 52,2 mA 8,06 V 3 4.0 m/s 322 62,3 mA 15,22 V 4 5.0 m/s 401 76,6 mA 28,20 V 5 6.0 m/s 420 89,6 mA 41,28 V 6 7.0 m/s 430 103,7 mA 56,68 V 4.2. Pembahasan
4.2.1. Daya Pada Beban
Sesuai  dengan  data  pengukuran  percobaan  dapat  dilakukan  perhitungan  untuk nilai tahanan beban ( R Lampu ), tegangan phasa ke phasa ( V p-p ), Arus ( I ), Daya ( P ), dan Torsi ( τ ). Beban yang digunakan adalah lampu Halogen 220 V / 50 W yaitu :
R Lampu = V Lampu 2 / P Lampu R Lampu = 220 2 / 50 = 968 Ω
Menghitung nilai tegangan phasa ke netral:
V p-n = Vp-p / = 8,0 / = 14,01 V Menghitung nilai arus yang mengalir ke beban: I = Vp-n / R = 14,01 / 968 = 0,014 A Daya yang dikonsumsi: P = Vp-n . I = 14,01 V . 0,014 A = 0,196 Watt
Adapun  untuk  kecepatan  sudut  dapat  dihitung  berdasarkan  banyaknya  putaran permenit :
ω = 2πn / 60 = 2 . 3,14 . 245 / 60 = 25,6433 rad / s
Daya torsi kemudian dapat dihitung seperti di bawah ini :
τ = P / ω = 0,196 / 25,6433 = 0,007 N.m

## 4.2.2. Daya Kinetik Angin
Untuk luas penampang yang diterpa angin dihitung seperti di bawah ini :
A =  r 2 = 3,14 . 0,35 2 = 0,385 m 2
Daya angin pada kecepatan angin 2 , 0 m/s kemudian dapat dihitung seperti di bawah ini :
Pangin  =
=
= 1,85 Watt
Tabel 4.3. Data hasil perhitungan daya generator dan daya angin pada sudu 12 No  Kecepatan Angin P angin (Watt) R (Ω) V p-n (V) I (A) Ω rad /s Τ (N.m) P (watt) 1 2.0 m / s 1,85 968 Ω 4,67 0,0048 25,64 0,0008 0,02 2 3.0 m / s 6,23 9,23 0,0095 29,83 0,002 0,08 3 4.0 m / s 14,77 20,20 0,0208 38,20 0,010 0,40 4 5.0 m / s 28,85 28,52 0,0294 42,91 0,019 0,82 5 6.0 m / s 49,85 35,39 0,0365 45,00 0,028 1,27
6 7.0 m / s 79,16 38,51 0,0497 48,67 0,030 1,50 Tabel 4.4. Data hasil perhitungan daya generator dan daya angin pada sudu 6 No  Kecepatan Angin P angin (Watt) R (Ω) V p-n (V) I (A) Ω rad /s Τ (N.m) P (watt) 1 2.0 m / s 1,85 968 Ω 0,65 0,0006 24,59 0,0002  0,0003 2 3.0 m / s 6,23 4,66 0,0048 26,69 0,0008 0,02 3 4.0 m / s 14,77 8,79 0,0090 34,01 0,002 0,07 4 5.0 m / s 28,84 16,29 0,0168 42,18 0,006 0,27 5 6.0 m / s 49,85 23,84 0,0246 44,16 0,013 0,59 6 7.0 m / s 79,16 32,73 0,0338 45,73 0,024 1,10
yang dibangkitkan terhadap daya input ( tenaga angin yang menerpa sudu turbin ) dengan menggunakan persamaan berikut seperti di bawah ini :
Ƞ Pembangkitan =    P gen X 100 % P mekanik
=  0,02  X 100 % 1,84 = 1,08 %
Tabel 4.7. Efisiensi Daya yang dihasilkan oleh generator
No Kecepatan Angin Efisiensi 12 Blades Efisiensi 6 Blades 1 2.0 m/s 1,08 % 0,01 % 2 3.0 m/s 1,28 % 0,32 % 3 4.0 m/s 2,70 % 0,47 % 4 5.0 m/s 2,83 % 0,93 % 5 6.0 m/s 2,54 % 1,18 % 6 7.0 m/s 1,89 % 1,38 %

## 5. PENUTUP
Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan adalah sebagai berikut:
1. Besar kecepatan putar turbin yang terbesar yaitu 460 rpm pada kecepatan angin 7.0 m/s untuk turbin dengan 12 jumlah blades. Dan kecepatan putar turbin tertinggi yaitu 430 rpm pada kecepatan angin 7.0 m/s untuk turbin dengan 6 jumlah blades.
2. Daya  yang  dibangkitkan  oleh  generator  turbin  angin  pada  percobaan  berdasarkan perhitungan  untuk  beban  lampu  halogen  50W/220V  dengan  kecepatan  angin  2.0  – 7.0  m/s  dengan  jumlah  sudu  12  blades  adalah  sebesar  0.02  –  1.50  Watt  sedangkan untuk sudu 6 blades memiliki daya yang lebih kecil yaitu sekitar 0.003 – 1.10 Watt

## DAFTAR PUSTAKA
[1]. Bastomi, Akhwan., 2010, Simulasi Konversi Energy Angin Menjadi Energi Listrik Pada  Turbin  Angin  Sumbu  Horizontal .  Malang  :  Universitas  Islam  Negeri Maulana Malik Ibrahim.
[2]. Ikhwanul Ikhsan. 2011. Analisa Pengaruh Pembebanan Terhadap Kinerja Kincir Angin Tipe Propeller Pada Wind Tunnel Sederhana .