Jurnal ECOTIPE , Vol. 9, No.1, April 2022, Hal. 8-18 p-ISSN 2355-5068, e-ISSN 2622-4852 Terakreditasi Kemdikbudristek ( SINTA 3 ), SK. No.158/E/KPT/2021 DOI : 10.33019/jurnalecotipe.v9i1.2658
Rancang Bangun Turbin Angin Axial Flux …(Dean Corio, dkk.)

## Rancang Bangun Turbin Angin Axial Flux Permanent Magnet Generator Aplikasi pada Daerah Berkecepatan Angin Rendah
Dean Corio 1 , Rosmawan Arwinda S 2 , Ega Liguna 3 , Munir Azhari 4 , Kiki Kananda 5 , Swadexi Istiqphara 6 1,2,3,4,5,6 Program Studi Teknik Elektro, Institut Teknologi Sumatera *dean.corio@el.itera.ac.id¹

## INTISARI
Seiring dengan meningkatnya konsumsi energi listrik, ketersediaan sumber energi fosil semakin berkurang. Pembentukan energi fosil membutuhkan proses yang panjang, sehingga peneliti dan akademisi mencoba mengembangkan sumber energi alternatif dengan memanfaatkan Energi Baru dan Terbarukan (EBT), salah satunya energi angin. Penelitian ini berfokus pada desain dan implementasi  turbin  angin.  Turbin  angin  yang  dirancang  adalah  jenis  turbin  angin  dengan  sumbu  horizontal  yang  dirancang menggunakan generator listrik tipe fluks aksial generator magnet permanen . Housing generator didesain menggunakan material besi, dan bilah yang digunakan tipe inverse taper yang terbuat dari styrofoam yang kemudian dilapisi dengan lembaran kayu balsa dan monocote . Sistem kendali yang digunakan adalah Wind Charge Controller (WCC) dengan spesifikasi tegangan break 30V. Desain turbin angin ini memberikan daya luaran yang baik di daerah kecepatan angin rendah 2,5 m/s. Daya keluaran turbin 14.28W dengan tegangan keluaran rata-rata 29.78V, arus 0.46A. Efisiensi turbin angin dapat dicapai hingga 88,92%.
Kata kunci: Axial Flux Permanent Magnet Generator , Energi Terbarukan, Generator Magnet Permanen, Inverse Taper , Turbin Angin Horizontal

## ABSTRACT
Along  with  the  increasing  consumption  of  electrical  energi,  the  availability  of  fossil  energi  sources  is  decreasing.  The formation of fossil energi requires a long process, so researchers and academics try to develop alternatif energi sources by utilizing New and Renewable Energi (EBT), one of them is wind energi. This study focuses on the design and implementation of wind turbines. The wind turbine designed is a type of wind turbine with a horizontal axis that is designed using an electric generator of the axial flux type permanent magnet generator. The housing of the generator is designed using iron material, and the blades used are of the inverse taper type made of styrofoam which is then covered with sheets of balsa wood and monocot. The control system used is a Wind Charge Controller (WCC) with a brake voltage specification of 30V. This wind turbine design provides a good output in the low wind speed area of 2.26 m/s. Output power of turbine 14.28W with an average output voltage of 29.78V, current 0.46A. Wind turbine efficiency can be achieved up to 88.92%.
Keywords  :  Axial  Flux  Permanent  Generator,  Horizontal  Wind  Turbine,  Inverse  Taper,  Permanent  Magnet  Generator, Renewable Energy

## I. PENDAHULUAN
Seiring  dengan  peningkatan  konsumsi  energi listrik,  ketersediaan  sumber  energi  fosil  semakin berkurang.  Sedangkan  pembentukan  energi  fosil membutuhkan proses waktu yang lama, sehingga para peneliti  dan  akademisi  mencoba  mengembangkan alternatif sumber energi dengan memanfaatkan Energi Baru  Terbarukan  (EBT).  Salah  satu  EBT  yang dikembangkan  adalah  angin  menjadi  pembangkit listrik  tenaga  angin.  Angin  dapat  dikonversi  menjadi
energi  listrik  dengan  menangkap  potensialnya menggunakan baling-baling yang dapat menghasilkan energi  kinetik  pada  turbin.  Turbin  ini  dihubungkan dengan generator sehingga menghasilkan energi listrik. Pada aplikasinya, turbin angin dibedakan menjadi dua, yaitu turbin angin dengan poros horizontal dan turbin angin dengan poros vertical [1], [2].
Beberapa wilayah di Indonesia memiliki wilayah yang  dapat  dimanfaatkan  untuk  menghasilkan  energi terbarukan  sebagai  energi  alternatif  yaitu  dengan menggunakan PLTS dan PLTB. Indonesia yang berada
Jurnal ECOTIPE , Vol. 9, No.1, April 2022, Hal. 8-18 p-ISSN 2355-5068, e-ISSN 2622-4852 Terakreditasi Kemdikbudristek ( SINTA 3 ), SK. No.158/E/KPT/2021 DOI : 10.33019/jurnalecotipe.v9i1.2658
Rancang Bangun Turbin Angin Axial Flux …(Dean Corio, dkk.)
di  jalur  khatulistiwa  memiliki  keuntungan  dari  dua energi  alternatif  ini  yaitu memiliki  panas  yang  cukup untuk  menghasilkan  energi  PLTS  di  semua  wilayah Indonesia. Namun untuk PLTB, wilayah yang memiliki angin yang tinggi hanya di pinggir pantai dan semakin jauh  dari  pantai  maka  kecepatan  angin  menjadi semakin berkurang. Oleh karena itu, Untuk optimalisasi  energi  PLTB  di  Indonesia  agar  dapat  di implementasikan  pada  wilayah  yang  lebih  luas meskipun  cukup  jauh  dari  pantai,  diperlukan  turbin angin  PLTB  yang  mampu  bekerja  pada  kecepatan angin yang rendah yaitu 0.5 – 5 m/s. Pada manuskrip ini  akan  membahas  terkait  perancangan  dan implementasi turbin angin agar dapat di implementasikan  untuk  daerah  yang  memiliki kecepatan angin rendah.
Beberapa  penelitian  terkait  turbin  angin  telah dilakukan.  Pada  [3]  telah  membahas  perancangan turbin  angin  dengan  poros  horizontal  dengan  metode Horizontal  Axis  Rotor  Performance  Optimization (HARP-Opt). HARP-Opt  ini  dimaksudkan  untuk mengoptimalkan kinerja rotor pada saat kondisi stabil, konfigurasi  rotor  dirancang  menggunakan  parameter kecepatan  rotor  dan  konfigurasi  bilahnya.    Beberapa bagian penting yang ada pada pembangkit listrik tenaga angin tipe horizontal adalah; generator, nacelle, blade, shaft,  tower ,  dan gear  box [4].  Jika  Generator  yang digunakan  berbeda,  maka  sistem  turbin  angin  akan memberi  pengaruh  kinerja  yang  berbeda.  Umumnya Generator  yang  digunakan  adalah radial  flux permanent magnet generator (RFPMG) dan axial flux permanent  magnet  generator (AFPMG)[5]  di  mana fluks magnetik yang dihasilkan arahnya sejajar (aksial) terhadap poros[6]. Generator  ini sesuai jika diaplikasikan  pada  daerah  yang  memiliki  kecepatan angin rendah, dapat menghasilkan daya dengan tingkat efisiensi  yang  lebih  tinggi  karena  tidak  adanya  rugi- rugi daya pada kumparan rotor[7], [8].
Turbin  angin  dengan  sumbu  horizontal  memiliki tiga  jenis  bilah  yang  biasa  digunakan,  yaitu taper, taperless, dan inverse  taper . Inverse  taper yang merupakan jenis bilah yang mampu menghasilkan torsi besar, sehingga dapat lebih mudah berputar meskipun pada  kecepatan  angin  yang  rendah[9].  Turbin  angin dengan  torsi  yang  besar  membuat  putaran  menjadi pelan, sehingga diperlukan tip speed ratio (TSR) yang rendah[10].
Perancangan bilah menggunakan software QBlade [11]  yang  merupakan  sebuah software  open  source . Dalam  memproses  simulasi  di  QBlade  terdapat  dua metode,  yaitu Blade  Element  Momentum (BEM)  dan Double  Multiple  Streamtube (DMS)[12].  BEM digunakan  untuk  memproses  simulasi  turbin  angin dengan sumbu horizontal, sedangkan DMS digunakan untuk memproses simulasi turbin angin dengan sumbu vertikal.  Pada  QBlade  pengguna  dapat  melakukan desain custom airfoil dan perhitungannya menggunakan  panel method code  XFOIL  yang  telah terintegrasi  dalam  QBlade.  Proses  simulasi  dengan menggunakan QBlade meliputi beberapa tahapan, yaitu airfoil design, Xfoil direct analisys, polar exploration, rotor  blade  design [13].  Pada  perancangan  bilah  ini, pemilihan material juga berpengaruh terhadap kinerja bilah,  sehingga  agar  bilah  ringan  dan  tidak membutuhkan  torsi  yang  besar  untuk  berputar digunakan  bahan  material  styrofoam[14].  Sebagai bingkai  styrofoam  digunakan  kayu  balsa  dan  dilapisi monocote sehingga lebih kokoh dan tahan terhadap air hujan  dan  debu.  Bilah  dan  daerah  sapuannya  akan menjadi  dasar untuk menentukan besarnya daya yang dapat dikonversi oleh system[15].
Dari beberapa kajian literatur tersebut, maka pada penelitian ini digunakan generator axial flux permanent magnet  generator (AFPMG)  yang  akan  digunakan sebagai generator turbin angin. Dengan menggunakan AFPMG  diharapkan  dapat  menghasilkan  pembangkit listrik  dengan  efisiensi  yang  tinggi.  Sehingga  dapat dimanfaatkan  sebagai  PLTB  pada  daerah  dengan kecepatan angin rendah.

## II. LANDASAN TEORI

## A. Daya Angin
Daya angin merupakan jumlah energi angin yang dapat dihasilkan. Kecepatan angin dan daerah sapuan akan mempengaruhi besarnya daya angin. Daya angin dapat  dihitung menggunakan  rumus  pada  Persamaan (1)[16].
W= 1 2 ρAV 3 (1)
di mana W = daya angin (W) ρ = kerapatan udara (kg/m 3 ) A = luas daerah sapuan (m 2 ) V
= kecepatan angin (m/s)
Jurnal ECOTIPE , Vol. 9, No.1, April 2022, Hal. 8-18 p-ISSN 2355-5068, e-ISSN 2622-4852 Terakreditasi Kemdikbudristek ( SINTA 3 ), SK. No.158/E/KPT/2021 DOI : 10.33019/jurnalecotipe.v9i1.2658

## B. Efisiensi Daya Generator
Generator  adalah  sebuah  alat  pembangkit  listrik yang terdiri atas dua bagian utama, yaitu bagian rotor dan  stator.  Rotor  terdiri  atas  magnet  permanen  dan stator  terdiri  atas  beberapa  kumparan  kawat konduktor.  Generator  mengubah  energi  gerak  yang dapat  dihitung  sebagai  daya  masukan  dengan menggunakan  Persamaan  (1)  menjadi  daya  listrik sebagai  daya  luaran.  Perbandingan  antara  daya masukan  dan  luaran  disebut  sebagai  efisiensi  dari generator.  Efisiensi  yang  dimaksud  dapat  dihitung menggunakan Persamaan (2) [17]
h = Pout Pin ×100% (2)
di mana h = efisiensi (%) P in = daya masuk (W)
P out = daya keluar (W)

## III. METODE PENELITIAN
Pada  penelitian  ini  terdapat  beberapa  kegiatan penelitian  yang  dilakukan.  Kegiatan  tersebut  dimulai dari  studi  literatur  untuk  melakukan  kajian  penelitian terkait  turbin  angin  dengan  menggunakan  AFPMG. Kemudian  kegiatan  selanjutnya  adalah  dilakukan perancangan  bilah  dan housing untuk  turbin  angin AFPMG,  dan  selanjutnya  dilakukan  implementasi turbin  angin  AFPMG  berdasarkan  hasil  rancangan yang  telah  dibuat.  Untuk  menguji  apakah  hasil rancangan dan implementasi memiliki hasil yang baik yaitu  hasil yang memiliki efisiensi di  atas  50%  maka dilakukan  pengujian  AFPMG  yang  telah  dibuat. Berikut merupakan diagram alir metodologi penelitian yang dilakukan oleh penulis dapat dilihat pada Gambar 1.

## Gambar 1. Metode penelitian
Pada  sistem  yang  diusulkan  ini  terdapat perancangan  dan  implementasi  sistem  pemantauan turbin  angin  AFPMG  berbasis Web  Monitoring yang bertujuan untuk melengkapi kelengkapan sistem kerja Horizontal Axial Wind Turbine (HAWT). Turbin angin berfungsi  sebagai  sumber  daya  pada  HAWT web monitoring ini.  Pada  produk  HAWT  berbasis web monitoring terdapat tiga sub sistem utama, yaitu turbin angin,  kontroler,  dan  sistem monitoring seperti  yang ditunjukkan  dalam  diagram  blok  pada  Gambar  2. Penelitian  ini  berfokus  pada  turbin  angin  yang ditunjukkan dalam kotak jingga pada Gambar 2.
Mulai Identifikasi Permasalahan Kajian Pustaka Perancangan Bilah- Housing Implementasi Hasil Perancangan Pengujian Efisiensi diatas 50%? Selesai Analisis Permasalahan Dapat diperbaiki? Tidak Ya
Jurnal ECOTIPE , Vol. 9, No.1, April 2022, Hal. 8-18 p-ISSN 2355-5068, e-ISSN 2622-4852 Terakreditasi Kemdikbudristek ( SINTA 3 ), SK. No.158/E/KPT/2021 DOI : 10.33019/jurnalecotipe.v9i1.2658
Gambar 2. HAWT
Pada subsistem turbin angin diperlukan beberapa spesifikasi agar HAWT dapat bekerja, yaitu listrik yang dihasilkan  dari  konversi  disimpan  menggunakan accumulator dan  digunakan  sebagai  sumber  daya alternatif selain listrik PLN. Spesifikasi yang dimaksud adalah sebagai berikut:
1. Menggunakan generator jenis aksial.
2. Memiliki bilah sebanyak tiga buah berjenis inverse taper .
3. Mulai bekerja ( cut in ) pada kecepatan angin 2,5 m/s.

## A. Perancangan Bilah
Perancangan bilah menggunakan beberapa parameter  yang  digunakan,  salah  satunya  adalah menentukan  jenis airfoil yang  akan  digunakan[18]. Pada  manuskrip  ini  digunakan airfoil NACA  4412 yang dirancang menggunakan perangkat lunak Qblade. Selain itu dibutuhkan parameter awal, yang ditentukan dengan  dua  cara,  yaitu  berdasarkan  asumsi  dan berdasarkan  perhitungan.  Data  parameter  awal  dapat dilihat pada Tabel 1 dan Tabel 2.
Pada  Tabel  1  nilai  kapasitas  daya  listrik  dan efisiensi  bilah (η) ,  generator (η) ,  serta controller (η) yang  digunakan  berdasarkan  literatur[19],  sedangkan untuk  efisiensi  sistem  (K)  dihitung  menggunakan Persamaan 3.
K=η b ×η g ×η t (3)
Tabel 1. Penentuan kapasitas daya dan efisiensi subsistem
turbin angin Kapasitas daya listrik ( We ) Efisiensi Bilah ( ) Generator ( ) Controller ( ) Sistem ( K ) Watt % % % % 600 0,3 0,8 0,8 0,1920 Tabel 2. Perhitungan daya angin, kecepatan angin maksimal, luas sapuan bilah dan jari-jari bilah Daya Angin ( Wa ) Kec. Angin Maks ( Vmax ) Luas Sapuan Bilah ( A ) Jari-jari ( R ) Watt (m/s) (m 2 ) (meter) 3125 12 1,25 0,55
Kemudian  pada  Tabel  2  nilai  kecepatan  angin maksimal  (Vmax)  dan  jari  jari  (R)  ditentukan, sedangkan untuk nilai daya angin (Wa) dan luas sapuan bilah  (A)  dihitung  dengan  menggunakan  rumus  pada Persamaan 4 dan 5.
= (4) = × × (5)
Dari  parameter  tersebut  dapat  dirancang  bilah seperti terlihat pada Gambar 3.
(a) (b)
(c)                                      (d) Gambar 3. Desain bilah inverse taper : (a) tampak 3D;
(b) tampak garis dalam; (c) tampak depan; (d) tampak belakang

## B. Perancangan Turbin Angin dan Housing
Perancangan  turbin  angin  terbagi  menjadi  dua sub-bagian, yaitu menentukan generator elektrik yang akan  digunakan  dan  melakukan  perancangan  desain housing  untuk  generator  elektrik.  Penelitian  ini menggunakan generator elektrik berjenis aksial dengan spesifikasi daya 600 W dapat dilihat pada Gambar 4.
Jurnal ECOTIPE , Vol. 9, No.1, April 2022, Hal. 8-18 p-ISSN 2355-5068, e-ISSN 2622-4852 Terakreditasi Kemdikbudristek ( SINTA 3 ), SK. No.158/E/KPT/2021 DOI : 10.33019/jurnalecotipe.v9i1.2658
Rancang Bangun Turbin Angin Axial Flux …(Dean Corio, dkk.)
Gambar 4. Generator aksial
Dalam  perancangan housing generator  ini,  jenis material  yang  digunakan  adalah  besi,  dikarenakan memiliki kekuatan yang kuat dan harganya yang lebih terjangkau  meskipun  kekurangannya  adalah  berat. Perancangan housing generator  ini  dapat  dilihat  pada Gambar  5  dan  Gambar  6.  Dalam  gambar  tersebut terdapat  beberapa bagian housing, seperti base, shaft , dan flange .
Gambar 5. Komponen housing : (1) housing base belakang;
(2) housing base bawah; (3, 4, 10 dan 11) penopang housing base ; (5) poros housing ; (6) housing base depan; (7) generator; (8) shaft pinion; (9) shaft bilah; (12) gear ; (13) flange bilah; (14) hub bilah
Gambar 6. Housing full
C. Simulasi QBlade
Hasil perancangan bilah disimulasikan
menggunakan  perangkat  lunak  QBlade  untuk  melihat parameter nilai Cl/Cd. Nilai Cl/Cd yang tinggi artinya bilah  tersebut  memiliki  pengaruh  gaya  angkat  yang lebih besar daripada gaya dorong sehingga bilah dapat berputar. Coefficient lift (Cl) merupakan koefisien gaya angkat,  sedangkan drag  coefficient (Cd)  merupakan gaya  dorong.  Dalam  hasil  simulasi  pada  Gambar  7 dapat  dilihat  bahwa  bilah  mempunyai  nilai  Cl/Cd terhadap Alpha tertinggi 111 pada sudut serang 5 0 yang membuat sirkulasi udara pada bilah ini mengalir lebih banyak pada permukaan bawah bilah dan mengakibatkan gaya yang dihasilkan lebih besar.
Gambar 7. Grafik Cl/Cd terhadap Alpha
Simulasi  rotor  dengan  menggunakan  metode BEM pada perangkat lunak QBlade dengan parameter jumlah  pengulangan  sebanyak  1000  kali,  viskositas dinamik sebesar 1,647 x 10 -5 Ns/m 2 , dan densitas udara sebesar 1,225 Kg/m 3 . Dari hasil simulasi menghasilkan grafik  perbandingan  torsi  terhadap tip  speed  ratio (TSR)  yang  dapat  dilihat  pada  Gambar  8  dan  grafik power terhadap kecepatan sudut (rpm) pada Gambar 9.
Gambar 8. Grafik torsi terhadap TSR
Jurnal ECOTIPE , Vol. 9, No.1, April 2022, Hal. 8-18 p-ISSN 2355-5068, e-ISSN 2622-4852 Terakreditasi Kemdikbudristek ( SINTA 3 ), SK. No.158/E/KPT/2021 DOI : 10.33019/jurnalecotipe.v9i1.2658
Received: 22/12/2021; Reviced: 26/12/2021; Accepted: 05/01/2022
Rancang Bangun Turbin Angin Axial Flux …(Dean Corio, dkk.)
Gambar 9. Grafik power terhadap kecepatan sudut
Nilai torsi tertinggi yang dihasilkan bilah sebesar 10,04  Nm  pada  TSR  2,5.  Kemudian  daya  maksimal yang dihasilkan oleh bilah adalah sebesar 553 W pada kecepatan  putar  668  rpm  dan  daya  minimum  bilah sebesar 104 W pada kecepatan putar 191 rpm.

## IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

## A. Hasil Implementasi Bilah
Dalam
melakukan implementasi, bilah menggunakan  bahan  utama  styrofoam  yang  dilapisi kayu  balsa  di  bagian  luarnya.  Proses  implementasi mengacu  pada  spesifikasi  dan  bentuk  geometri  bilah inverse taper yang dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Geometri bilah
Geometri Bilah Inversetaper NACA4412
n r
(m) r Cr (m) Cl ( 0 ) Ф ( 0 ) ( 0 ) ( 0 ) 1 0,15 1,09 0,120 0,64 2,37 28,34 25,97 12,49 2 0,19 1,41 0,127 0,46 0,9 23,51 22,61 11,94 3 0,24 1,74 0,135 0,36 -0,19 19,95 20,14 11,39 4 0,28 2,06 0,142 0,28 -0,645 17,26 17,89 10,85 5 0,33 2,38 0,150 0,23 -0,99 15,17 16,16 10,30 6 0,37 2,71 0,157 0,20 -1,3 13,52 1,00 9,76 7 0,42 3,03 0,165 0,17 -1,5 12,18 13,68 9,21 8 0,46 3,35 0,172 0,14 -1,7 11,07 12,77 8,66 9 0,51 3,68 0,180 0,13 -1,9 10,14 12,04 8,12 10 0,6 4 0,187 0,11 -2,08 9,36 11,44 7,57 n : elemen bilah ( 0 ) : alpha
r (m) : jari-jari parsial Ф ( 0 ) : flow angle r : TSR parsial
( 0 ) : twist Cr (m) : chord ( 0 ) : twist linear Cl : coefficient lift
Tabel 4. Titik koordinat elemen 0 dan 1 0 1 x y z x Y Z 100 0,13 0 100 0,13 -47,78 95 1,47 0 95 1,47 -47,78 90 2,71 0 90 2,71 -47,78 80 4,89 0 80 4,89 -47,78 70 6,69 0 70 6,69 -47,78 60 8,14 0 60 8,14 -47,78 50 9,19 0 50 9,19 -47,78 40 9,8 0 40 9,8 -47,78 30 9,76 0 30 9,76 -47,78 25 9,41 0 25 9,41 -47,78 20 8,8 0 20 8,8 -47,78 15 7,89 0 15 7,89 -47,78 10 6,59 0 10 6,59 -47,78 7,5 5,76 0 7,5 5,76
-47,78 5 4,73 0 5 4,73 -47,78 2,5 3,39 0 2,5 3,39
-47,78 1,25 2,44 0 1,25 2,44 -47,78 0 0 0 0 0 -47,78 (a) (b) (c) (d)
Gambar 10. Proses implementasi bilah: (a) pembuatan sketsa di styrofoam ; (b) hasil styrofoam yang telah dipotong; (c) melapisi styrofoam dengan kayu balsa; (d) melapisi bilah
dengan monocote
Jurnal ECOTIPE , Vol. 9, No.1, April 2022, Hal. 8-18 p-ISSN 2355-5068, e-ISSN 2622-4852 Terakreditasi Kemdikbudristek ( SINTA 3 ), SK. No.158/E/KPT/2021 DOI : 10.33019/jurnalecotipe.v9i1.2658
Rancang Bangun Turbin Angin Axial Flux …(Dean Corio, dkk.)
Untuk  melakukan  proses  implementasi  perlu dilakukan  penentuan  titik  koordinat.  Titik  koordinat dibuat menjadi beberapa elemen agar bilah tetap presisi saat proses implementasi, terdapat titik koordinat untuk elemen  0  sampai  dengan  elemen  10.  Titik  koordinat untuk  elemen  0  dan  elemen  1  sebagian  dapat  dilihat pada Tabel 4. Kemudian, parameter yang telah didapat dari  proses  perancangan  digunakan  dalam  proses implementasi  yang  dapat  dilihat  pada  Gambar  10. Proses implementasi dilakukan dengan cara memotong styrofoam sesuai  dengan  desain  geometri  dan  titik elemen yang telah ditentukan. Selanjutnya, styforoam dilapisi dengan lembar kayu balsa dan monocote .
B. Hasil Implementasi Generator dan Housing Gdc
(a) (b)
Gambar 11. Proses machining housing : (a) pembuatan shaft ; (b) pembuatan flange
(a) (b) (c)
Gambar 12. Hasil implementasi housing dan generator:
(a) hasil implementasi flange ; (b) hasil implementasi shaft ; (c) implementasi housing pada generator
Implementasi  generator  dan housing yang dilakukan  adalah  melakukan  proses  pencetakan ( machining) menggunakan mesin CNC miling dan las bubut. Proses dan hasil implementasi dapat dilihat pada Gambar 11 sampai dengan Gambar 12.

## C. Hasil Implementasi Turbin Angin AFPMG
Implementasi  turbin  angin  dilakukan  dengan menggabungkan seluruh bagian, yaitu bilah, generator, dan housing di  atas  meja  yang  dapat  dilihat  pada Gambar 13. Proses ini dilakukan untuk memverifikasi bahwa turbin angin dapat berputar sebelum dilakukan pemasangan pada tiang.
Gambar 13. Turbin angin AFPMG
Tiang  yang  digunakan  merupakan  tiang triangle dengan tinggi 5 meter di atas permukaan tanah. Proses pemasangan  dilakukan  dengan  menggunakan  katrol. Generator dan housing dinaikkan menggunakan katrol, sedangkan  bilah  dipasang  saat  generator  dan housing telah  terpasang  pada  tiang.  Proses  pemasangan  dan implementasi  dapat  dilihat  pada  Gambar  14  dan Gambar 15.
Gambar 14. Proses pemasangan turbin angin pada tiang
Jurnal ECOTIPE , Vol. 9, No.1, April 2022, Hal. 8-18 p-ISSN 2355-5068, e-ISSN 2622-4852 Terakreditasi Kemdikbudristek ( SINTA 3 ), SK. No.158/E/KPT/2021 DOI : 10.33019/jurnalecotipe.v9i1.2658
Rancang Bangun Turbin Angin Axial Flux …(Dean Corio, dkk.)
Gambar 15. Implementasi turbin angin AFPMG pada tiang 5 meter

## D. Pengujian
Setelah  produk  diimplementasikan,  dilakukan pengujian  terhadap  kinerja  dari  turbin  angin.  Proses pengujian ini untuk meng- generate tegangan, arus, dan daya  keluaran  dari  turbin  angin  terhadap  kecepatan angin.  Pengujian turbin angin ini dilakukan selama 11 jam, yaitu mulai dari pukul 07.00 sampai dengan pukul 18.00  WIB.  Berikut  merupakan  hasil  dari  pengujian turbin angin AFPMG.

## E. Pengujian Generator
Pada  pengujian  ini  generator  diputar  dengan menggunakan bor listrik kemudian dilakukan pengukuran  terhadap  kecepatan  putar  generator menggunakan  tachometer  dan  tegangan  keluaran generator setiap fasa menggunakan multimeter. Berikut hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5. Hasil pengukuran generator RPM Ꞷ V (UV) V (UW) V(VW) 46,15385 4,830769 8,7 9,2 8,8 92,30769 9,661538 16,9 16,58 15,8 184,6154 19,32308 35,02 35,6 33,54 230,7692 24,15385 44,81 46,1 44,57 276,9231 28,98462 56,32 56,3 56,53 323,0769 33,81538 65,2 66,7 66,8 369,2308 38,64615 74,5 74,7 74,2 415,3846 43,47692 83,2 83,7 82,5 461,5385 48,30769 90,4 90,4 92,3 538,4615 56,35897 108,8 109,3 109,5 615,3846 64,41026 124,8 124,7 127,4 692,3077 72,46154 136,9 128,4 136,2 769,2308 80,51282 154,3 154,9 151,7 846,1538 88,5641 169,3 168,7 165,7 923,0769 96,61538 187,5 187,4 189,5 1000 104,6667 204,3 201,9 202,7 1076,923 112,7179 218,7 220,2 219,9
Dari  hasil  pengujian  yang  diperoleh  pada kecepatan  putar  antara  46  rpm  hingga  1000  rpm, generator dapat mengeluarkan tegangan hingga sebesar 220,2  V  pada  kecepatan  putar  1076.923  rpm  dan tegangan terendah yang dihasilkan sebesar 8,7 V pada kecepatan  putar  46,15385  rpm.  Tegangan  antar  fasa yang dihasilkan saat pengukuran memiliki selisih rata- rata sebesar 1%.

## F. Tegangan dan Arus Keluaran Turbin Angin
(a) (b)
Gambar 16. Grafik tegangan keluaran terhadap kecepatan angin: (a) grafik keseluruhan mulai dari pukul 07.00 hingga 18.00 WIB; (b) grafik saat pukul 12.01 hingga 13.00 WIB
Data  tegangan  dan  arus  keluaran  turbin  angin diambil  setiap  menit.  Berikut  merupakan  data  yang diperoleh, dapat dilihat  pada Gambar 16 dan Gambar 17.  Pada  Gambar  16(a)  merupakan  grafik  nilai tegangan  dan  Gambar  17(a)  merupakan  grafik  arus yang diperoleh dibandingkan dengan kecepatan angin selama  proses  pengujian.  Gambar  16(b)  merupakan grafik  nilai  tegangan  keluaran  dan  Gambar  17(b) merupakan  grafik  nilai  arus  keluaran  terhadap kecepatan angin saat pukul 12.01 sampai dengan pukul 13.00 WIB.
Jurnal ECOTIPE , Vol. 9, No.1, April 2022, Hal. 8-18 p-ISSN 2355-5068, e-ISSN 2622-4852 Terakreditasi Kemdikbudristek ( SINTA 3 ), SK. No.158/E/KPT/2021 DOI : 10.33019/jurnalecotipe.v9i1.2658
Rancang Bangun Turbin Angin Axial Flux …(Dean Corio, dkk.)
(a)
(b)
Gambar 17. Grafik arus keluaran terhadap kecepatan angin: (a) grafik keseluruhan mulai dari pukul 07.00 hingga 18.00 WIB; (b) grafik saat pukul 12.01 hingga 13.00 WIB
Berdasarkan  hasil  pengujian,  nilai  tegangan keluaran  maksimum  yang  dapat  dihasilkan  adalah sebesar  29,78  V.  Berdasarkan  data  pengujian,  nilai tegangan keluaran pada kecepatan angin tinggi berkisar diantara 28 V sampai 29 V. Hal tersebut dikarenakan, kontrol  yang  digunakan  melakukan  pengereman generator saat tegangan keluaran mencapai 30 V, dapat dilihat  dari Gambar 16, dimana tegangan pengukuran tidak  mengalami  peningkatan  lagi  saat  mencapai kecepatan  angin  yang  tinggi.  Berdasarkan  hasil pengujian,  turbin  angin  ini  membutuhkan  kecepatan angin  minimal  2.5  m/s  untuk  membuat  bilah  dapat bergerak  dari  kondisi  diam.  Hal  tersebut  dibuktikan saat rata-rata kecepatan angin dibawah 2.5 m/s, turbin angin tidak menghasilkan tegangan keluaran. Kemudian  untuk  nilai  arus  pada  Gambar  17  dapat dilihat bahwa nilainya tidak berubah secara signifikan karena menggunakan beban konstan.

## G. Daya Keluaran Turbin Angin
Proses  pengujian  ini  dilakukan  dengan  cara menghitung  daya  keluaran  turbin  menggunakan  hasil data  tegangan  dan  arus  keluaran  turbin  angin  setiap
menit.  Berikut  merupakan  hasil  data  yang  diperoleh dapat  dilihat  pada  Gambar  18.  Pada  Gambar  19(a) merupakan grafik keseluruhan dari nilai tegangan yang diperoleh  terhadap  kecepatan  angin  selama  proses pengujian, sedangkan Gambar 19(b) merupakan grafik nilai tegangan keluaran terhadap kecepatan angin saat pukul 12.01 sampai dengan pukul 13.00 WIB.
(a)
(b)
Gambar 18. Grafik daya keluaran terhadap kecepatan angin: (a) grafik keseluruhan mulai dari pukul 07.00 hingga 18.00 WIB; (b) grafik saat pukul 12.01 hingga 13.00 WIB
Berdasarkan  hasil  pengujian  nilai  daya  keluaran, kecepatan angin paling tinggi yang dihasilkan sebesar 14,28  W.  Nilai  daya  keluaran  dipengaruhi  oleh tegangan,  maka  dapat  dilihat  pada  Gambar  18  besar daya yang dikeluarkan juga dipengaruhi oleh kecepatan angin.  Akan  tetapi  karena  generator  maksimal  hanya mampu menghasilkan tegangan tidak lebih dari 30 V, sehingga daya yang dihasilkan tidak terlalu besar.

## H. Efisiensi Turbin Angin
Proses pengujian efisiensi turbin angin dilakukan dengan cara membandingkan daya keluaran dan daya masukan.  Daya  masukan  merupakan  daya  angin  atau besar potensi energi angin dalam satu  waktu. Dengan luas daerah sapuan bilah sebesar 1,25 m 2 dan kerapatan udara  adalah  1,2  kg/m 3 ,  maka  daya  angin  dan
Jurnal ECOTIPE , Vol. 9, No.1, April 2022, Hal. 8-18 p-ISSN 2355-5068, e-ISSN 2622-4852 Terakreditasi Kemdikbudristek ( SINTA 3 ), SK. No.158/E/KPT/2021 DOI : 10.33019/jurnalecotipe.v9i1.2658
Rancang Bangun Turbin Angin Axial Flux …(Dean Corio, dkk.)
efisiensinya dengan menggunakan Persamaan (1) dan (2)  adalah  W=8.71Watt  dan h =88,92 % . Nilai efisiensi  ini  dinyatakan  baik  karena  hanya  sebesar 11.08%  daya  yang  hilang.  Nilai  efisiensi  ini  dapat dipengaruhi  oleh  jenis  bilah  dan  generator  elektrik yang digunakan pada penelitian ini.  Efisiensi  ini  juga dapat  dipengaruhi  dari  kontrol  yang  digunakan  oleh turbin angin saat digunakan.

## V. KESIMPULAN
Perancangan dan implementasi turbin angin axial flux permanent magnet generator untuk mendapatkan nilai  kooefisien  desain  bilah  yang  mampu  beroperasi pada kecepatan angin rendah berhasil dilakukan. turbin angin AFPMG mampu bekerja pada kecepatan rendah dengan  tegangan  luaran  dibuat  konstan  30  V.  hasil rancangan  menunjukkan  efisiensi  Turbin  angin AFPMG  yang  baik  yaitu  88,92%.  Daya  luaran turbin angin  AFPMG  rata-rata  14,28  W  dengan  kecepatan angin terukur 2,5 m/s.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian ini didanai oleh Kemendikbud melalui program  Hibah  Penelitian  Dosen  Pemula  dengan Nomor  SK:  8/E1/KPT/2020  dengan  nomor  kontrak 009/SPH/LT/DRPM/2020.

## REFERENSI
[1]  A.  Bachtiar  and  W.  Hayyatul,  “Analisis  Potensi Pembangkit  Listrik  Tenaga  Angin  PT.  Lentera Angin Nusantara (LAN) Ciheras,” J. Tek. Elektro ITP ,  vol.  7,  no.  1,  pp.  34–45,  2018,  doi: 10.21063/jte.2018.3133706.
[2]  A. Raj, R. B. Gurav, J. B. Sankpal, D. S. Chavan, and P. B. Karandikar, “Study of output parameters of horizontal axis wind turbines using experimental  test  setup,” 1st  IEEE  Int.  Conf. Power  Electron.  Intell.  Control  Energy  Syst. ICPEICES  2016 ,  pp.  363–368,  2017,  doi: 10.1109/ICPEICES.2016.7853120.
[3]  K.  A.  Singh  and  M.  R.  Ahmed,  “Design  and Optimisation  of  a  20kW  Horizontal  Axis  Wind Turbine  using  HARP-Opt,” 2019  9th  Int.  Conf.
Power  Energy  Syst.  ICPES  2019 ,  2019,  doi: 10.1109/ICPES47639.2019.9105431.
[4]  T.  F.  Chan  and  L.  L.  Lai,  “An  axial-flux permanent-magnet  synchronous  generator  for  a direct-coupled wind-turbine system,” IEEE Trans. Energy Convers. , vol. 22, no. 1, pp. 86–94, 2007, doi: 10.1109/TEC.2006.889546.
[5]  G. Messina, E. T. De Bella, and L. Morici, “HTS Axial  Flux  Permanent  Magnets  Electrical Machine  Prototype :  Design  and  Test  Results,” IEEE Trans. Appl. Supercond. , vol. 29, no. 2, pp. 1–5, 2019, doi: 10.1109/TASC.2019.2892560.
[6]  C.  P.  Butterfield,  “Axial  Flux  ,  Modular  , Permanent-  Magnet  Generator  with  a  Toroidal Winding  for  Wind  Turbine  Applications,”  no. July, 1998.
[7]  A. Ferreira, A. M. Silva, A. F. Costa, “Prototype of an Axial Flux Permanent Magnet Generator for Wind  Energy  Systems  Applications  Department of  Electrical  and  Computer  Engineering  ,  FEUP Keywords,” 2007  Eur.  Conf.  Power  Electron. Appl. , 2007.
[8]  M. R. Minaz and E. Akcan, “An Effective Method for  Detection  of  Demagnetization  Fault  in  Axial Flux  Coreless  PMSG  with  Texture-Based Analysis,” IEEE Access , vol. 9, pp. 17438–17449, 2021, doi: 10.1109/ACCESS.2021.3050418.
[9]  T. Ferinando G. S. and M. Awaludin, “Meter  Di Gedung C Fakultas Teknik Universitas Riau,” pp. 2015–2018, 2015.
[10] A.  A.  Nada  and  A.  S.  Al-Shahrani,  “Shape Optimization of Low Speed Wind Turbine Blades using  Flexible  Multibody  Approach,” Energy Procedia ,  vol.  134,  pp.  577–587,  2017,  doi: 10.1016/j.egypro.2017.09.567.
[11] D. Marten and G. Pechlivanoglou, “Integration of a  WT  Blade  Design  tool  in  XFOIL/XFLR5,” Proc. DEWEK , no. April 2015, pp. 1–4, 2010.
[12] R.  Rq,  H.  Dqg,  and  E.  Ko,  “Scaled  Horizontal Axis  Wind  Turbine  Analysis,” 5Th  Int.  Conf. Renew. Energy Res. Appl. , vol. 5, pp. 3–8, 2016.
[13] Mohammad Nachrul  Irfan, “Analisa Performansi Mekanisme Passive Variable Pitch Untuk Turbin Hidrokinetik  Sumbu  Vertikal  Tipe  Darrieus Dengan  Variasi  Geometri  Airfoil  Berbasis  Q- Blade,” 2017 , vol. 1, no. 1, pp. 1–85, 2017.
Jurnal ECOTIPE , Vol. 9, No.1, April 2022, Hal. 8-18 p-ISSN 2355-5068, e-ISSN 2622-4852 Terakreditasi Kemdikbudristek ( SINTA 3 ), SK. No.158/E/KPT/2021 DOI : 10.33019/jurnalecotipe.v9i1.2658
Rancang Bangun Turbin Angin Axial Flux …(Dean Corio, dkk.)
[14] M.  A.  Ikaningsih  and  W.  Rosihan,  “Penggunaan
Styrofoam sebagai Material Bilah Turbin Angin,”
Rotasi ,  vol.  21,  no.  1,  p.  23,  2019,  doi:
10.14710/rotasi.21.1.23-29.
[15] M. Murshed, M. Y. Arafat, and M. Abdur Razzak,
“Analysis of Air Foils and Design of Blades for a Low-Speed  250W  Vertical  Axis  Wind  Turbine
Suitable for Coastal Areas of Bangladesh,” 1st Int. Conf.  Adv.  Sci.  Eng.  Robot.  Technol.  2019,
ICASERT 2019 , 2019, doi:
10.1109/ICASERT.2019.8934624.
[16] T.  Yeni  Yusuf,  “Analisa  Kerja  Turbin  Angin Sederhana  Dengan  Dua  Sudu  Poros  Horizontal,” pp. 2–6, 2006.
[17] Yudi  Prasetyo,  “Analisis  Perbandingan  Bahan Material  Magnet  Dalam  Pemodelan  Permanent Magnet Synchronous Generator (Pmsg) 12 Slot 8 Kutub  Dengan  Menggunakan  Finite  Elemen Method (Fem) Software,” 2019.
[18] S.  D.  Nikhade,  S.  C.  Kongare,  and  S.  A.  Kale, “Design of an airfoil for low wind horizontal axis micro wind turbine,” 2017 2nd Int. Conf. Converg. Technol.  I2CT  2017 ,  vol.  2017-Janua,  pp.  850–
853, 2017, doi: 10.1109/I2CT.2017.8226249.
[19] N.  H.  Sari  and W.  G.  Laksamana,  “Perancangan bilah tipe taperless pada kincir angin: Studi kasus di  PT.  Lentera  Bumi  Nusantara  Tasikmalaya,” Din. Tek. Mesin , vol. 9, no. 2, p. 104, 2019, doi:
10.29303/dtm.v9i2.286.
[20] A. Anam, I. W. Sujana, and G. Andri, “Pengaruh Parameter  Efisiensi  dan  Daya  Terhadap  Kinerja Turbin Angin Vertikal Darrieus Tipe H Naca 4309
Energi  angin  merupakan  energi  stokastik  yang berhembus pada waktu- waktu tertentu tetapi hal itu  dapat  diprediksi  dengan  suatu  kemungkinan tertentu  .  Ke,” Tek.  Mesin  Inst.  Teknol.  Nas. Malang , vol. 8, no. 2, pp. 1–7, 2018.