## UJI VARIASI PANJANG BLADE TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL DENGAN MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER
Nur Kholis, Elfi Yuliza, Riska Ekawita *
Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Bengkulu, 38121, Indonesia * e-mail: rekawita@unib.ac.id

## ABSTRAK
Posisi Provinsi Bengkulu yang berada di kawasan pesisir menjadikan provinsi ini memiliki kecepatan angin yang relatif tinggi. Hal ini merupakan peluang energi listrik terbarukan bagi Provinsi Bengkulu. Penelitian ini dilakukan dengan memvariasikan panjang blade turbin angin untuk menghasilkan sumber energi listrik terbarukan. Penelitian ini dilakukan dengan merancang bangun hardware dan software turbin angin sumbu horizontal. Turbin angin dilengkapi oleh sensor dan mikrokontroler dalam pembacaan energi yang dihasilkan. Pengujian variasi panjang blade turbin angin dilakukan untuk memperoleh ukuran blade yang paling optimal. Variasi panjang blade yang diujikan 30 cm, 45 cm dan 60 cm. Kalibrasi sensor dan blade dilakukan dalam skala laboratorium dengan menggunakan catu daya, multimeter, anemometer dan kipas sebagai sumber angin. Pengujian turbin angin secara keseluruhan dilakukan di Pantai Sungai Suci Bengkulu. Panjang blade 30 cm menghasilkan nilai tegangan dan arus paling tinggi 9,08 volt dan arus sebesar 32,1 mA pada saat kecepatan angin 4,9 m/s.
Kata Kunci: Daya; Energi Angin; Listrik; Prototype; Turbin Angin

## ABSTRACT
[Title: Blade Length Variation Test of Horizontal Axis Wind Turbine Using Microcontroller] The position of Bengkulu Province which is in the coastal area makes this province has a relatively high wind speed. This is an opportunity for renewable electrical energy for Bengkulu Province. This research was conducted by varying the length of the wind turbine blade to produce a renewable source of electrical energy. This research was conducted by designing the hardware and software for a horizontal axis wind turbine. The wind turbine is equipped with sensors and a microcontroller in the reading of the energy produced. The wind turbine blade length variation test was carried out to obtain the most optimal blade size. The variations of blade length tested were 30 cm, 45 cm and 60 cm. Sensor and blade calibration is carried out on a laboratory scale using a power supply, a multimeter, anemometer and fan as a wind source. Overall wind turbine testing on the Coast of the Sungai Suci Bengkulu. The 30 cm blade length variation produces the highest voltage and current values, with the highest voltage being 9.08 volts and a current of 32.1 mA at a wind speed of 4.9 m/s.
Keywords: Prower; Wind Energy; Electricity Generator; Prototype; Wind Turbine

## PENDAHULUAN
Sumber  energi  listrik  mayoritas  dari  bahan bakar  fosil  seperti  batu  bara,  minyak  dan  gas  yang mengakibatkan  bahan  bakar  fosil  menipis,  sehingga dibutuhkan sumber energi alternatif terbarukan yang dapat  digunakan  sebagai  penghasil  energi  listrik (Wibawa,  2017).  Pemerintah  Bengkulu  belum optimal  dalam  pemanfaatan  energi  angin  sebagai energi  listrik  alternatif,  sementara  energi  angin berlimpah. Menurut Priyadi et al., 2018 kecepatan angin  di  pesisir  pantai  Bengkulu  rata-rata  antara  1 m/s sampai 5 m/s, sehingga memungkinkan untuk dibangun pembangkit listrik tenaga angin skala kecil sampai dengan menengah (Bahari, 2015).
Prinsip utama pembangkit listrik tenaga angin adalah  mengubah  energi  angin  menjadi  energi mekanik, kemudian energi mekanik tersebut diubah menjadi  energi  listrik  menggunakan  generator (Puspawan  et  al.,  2018).  Generator  listrik merupakan mesin yang menggunakan magnet untuk mengubah  energi  mekanik  menjadi  energi  listrik (Latif et al., 2013).
Turbin  angin  merupakan  bagian  pembangkit listrik  tenaga  angin  yang  digunakan  untuk menghasilkan  energi  listrik  (Irfa,  2020). Blade merupakan  bagian  dari  turbin  angin  yang  memiliki fungsi sebagai penerima energi angin (Firmansyah & Zulkarnain,  2012).  Terdapat  dua  tipe  turbin  angin yang  digunakan  dalam  pembangkit  listrik  tenaga
angin,  yaitu  tipe  turbin  sumbu  horizontal  dan  tipe turbin sumbu vertikal (Wijayanti et al., 2015).  Tipe turbin dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1 . a.Turbin angin sumbu horizontal dan b.Turbin angin sumbu vertikal
Masing-masing  tipe  turbin  angin  memiliki kelebihan dan kekurangan.  Tipe turbin angin sumbu horizontal  mempunyai  efisiensi  yang  tinggi, cut-in wind rendah,  proses  pembuatan  dan  perakitannya mudah,  namun  hanya  bergantung  pada  arah  angin yang searah dengan sumbunya (Prakoso et al., 2016). Indriani  et  al.,  2019  memperoleh  hasil  penelitian bahwa  turbin  angin  sumbu  horizontal  dapat digunakan untuk kecepatan angin yang rendah hingga kecepatan angin sedang.
Bentuk, ukuran dan jumlah blade mempengaruhi  kinerja  turbin  angin  sumbu horizontal. Berbagai penelitian masih dikembangkan untuk  mendapatkan  energi  angin  paling  optimal dengan  turbin  sumbu  horizontal  (Nongdhar  & Goswami,  2018).  Beberapa  penelitian  sebelumnya yang telah dilakukan, diantaranya oleh Indriani et al., 2019  membandingkan  perubahan  kecepatan  angin dengan  tegangan  yang  dihasilkan  dari  turbin  angin, pengukuran  yang  dilakukan  masih  secara  manual menggunakan multimeter. Penelitian  Sayoga et al., 2014 membandingkan besarnya daya yang dihasilkan dengan jumlah blade yang digunakan, pada penelitian ini  belum  dibahas  pengaruh  panjang blade terhadap tegangan  yang  dihasilkan.  Penelitian  oleh Simanjuntak  et  al.,  2020  membandingkan  jumlah blade dan panjang blade dengan menggunakan simulasi software, namun  dalam  bentuk prototype belum dilakukan padahal kondisi ideal pada software belum tentu dapat diterapkan semua dalam kondisi real .
Berdasarkan  potensi  angin  di  wilayah Bengkulu,  perkembangan  penelitian  terkait  dengan turbin  angin  sumbu  horizontal,  dan  beberapa kekurangan  dari  penelitian  sebelum  seperti  yang sudah dibahas, maka pada penelitian ini dilakukan uji variasi  panjang blade pada  turbin  angin  sumbu horizontal dengan menggunakan mikrokontroler dan sensor. Sensor digunakan untuk pembacaan tegangan dan  arus  secara  otomatis  dan  hasil  pengukuran
ditampilkan  pada liquid  crystal  display (LCD), sehingga pengukuran secara manual dapat dikurangi. Sistem yang dibangun dan pengujian yang dilakukan akan  terlihat  waktu  pengukuran  dan  potensi  angin yang  dapat  menghasilkan  energi  listrik  secara maksimal.
KOMPONEN  PENDUKUNG  UJI  TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL
Pengujian blade dengan variasi panjang pada turbin  angin  sumbu  horizontal  dilakukan  dengan menggabungkan  beberapa  komponen  elektronik seperti  mikrokontroler,  sensor  dan display untuk memudahkan pengujian. 1. Mikrokontroler Mikrokontroler merupakan
bagian pengolah  data  yang  terdiri  dari chips prosesor. Terdapat  berbagai  jenis  mikrokontroler,  salah satunya  yang  banyak  digunakan  saat  ini  adalah Arduino  UNO.  Arduino  mengolah  input  dari berbagai  sensor  seperti  biometrik,  gerakan,  listrik, cahaya, lokasi, dan lain-lain yang dipasang di papan Arduino (Pratmanto, 2019).
2. Modul sensor INA219
Sensor  INA219  memiliki  fungsi  sebagai pengukur  tegangan  dan  arus.  Sensor  INA219 merupakan modul sensor yang memiliki kemampuan untuk  mengukur  sumber  0  volt  sampai  dengan  26 volt  DC  dan  arus  0  ampere  sampai  dengan  3,2 ampere (Instruments, 2015).
3. LCD ( Liquid Crystal Display ) LCD  merupakan  suatu  layar  terbuat  dari bahan  cairan  kristal  yang  menggunakan  sistem operasi dot matrix. LCD terdapat 16 karakter yang bisa  menampilkan  huruf  dan  angka  (Simanjuntak  & Tamaji, 2020).
4. Modul SD card
Modul  SD  card  merupakan  modul  untuk mengakses micro -SD  untuk  pembacaan  maupun penulisan  data  dengan  menggunakan  sistem antarmuka  SPI  ( serial  peripheral  interface ).  Data tersebut dapat berupa data gambar, data tulisan, data angka,  data  video,  data  audio,  maupun  data dokumen.  Terdapat  beberapa  pin  pada  modul  SD card yaitu GND, VCC, MISO, MOSI, SCK dan CS (Susana et al., 2016).
5. Modul sensor RTC ( Real Time Clock ) Modul  RTC  dapat  membaca  waktu  secara real  time.  Modul  RCT  dapat  bekerja  dengan  input tegangan 3,3 volt (Pawar et al., 2019).

## METODE
Mode  eksperimen  yang  dilakukan  pada penelitian  ini  adalah  dengan  merancang  bangun sistem  yang  diuji.  Mulai  dari  perancangan hardware turbin, baik itu sistem elektronik ataupun mekanik. Kemudian dilakukan dengan pembuatan s oftware yang akan  ditanamkan  pada  mikrokontroler  sebagai kendali  pada  keseluruhan  sistem.  Setelah  itu dilakukan  kalibrasi  sensor  INA219  yang  digunakan pada pengujian blade turbin angin sumbu horizontal. Perakitan  dan  penggabungan  bagian hardware , elektronik dan mekanik, dilakukan sebelum tahapan pengukuran  di  lapangan/pengambilan  data  dan analisa. Secara keseluruhan tahapan penelitian dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2 . Diagram alir penelitian
Variasi blade telah dilakukan oleh Simanjuntak et  al.,  2020  dalam  bentuk  simulasi  panjang blade menggunakan software tertentu.  Pada  penelitian  ini variasi blade dilakukan  berupa prototype, dengan variasi panjang blade adalah 30 cm, 45 cm, dan 60 cm. Bentuk turbin angin dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3 . Turbin angin sumbu horizontal
Gambar  4  merupakan box elektronik  yang digunakan  pada  turbin  angin  sumbu  horizontal. Perangkat  elektronik  tersebut  terdiri  dari  Arduino UNO,  generator,  rangkaian  penyearah,  baterai, sensor INA219, sensor RTC, modul micro -SD, LED dan LCD.
Gambar 4 . Box rangkaian elektronik
Perancangan software dilakukan  dengan menggunakan software IDE. Software terdiri  dari program  pengukuran  tegangan,  menampilkan  hasil pengukuran,  menyimpan  informasi  waktu  dan tanggal data pengukuran serta penyimpanan data hasil pengukuran. Program yang telah dibuat di upload ke mikrokontroler  Arduino  UNO.  Alur  kerja  dari program tersebut dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5 . Diagram alir program
Pengambilan data dilakukan dengan menggunakan panjang blade 30 cm, 45 cm dan 60 cm.
Setiap panjang blade yang digunakan diukur nilai arus dan tegangan yang dihasilkan dari turbin angin. Data kecepatan  angin  diambil  dengan  menggunakan anemometer.  Data  yang  didapat  dianalisis menggunakan  Microsoft  Excel  berupa  grafik perbandingan  arus  dan  tegangan  dengan  kecepatan angin.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Kalibrasi sensor dilakukan dengan membandingkan  nilai  keluaran  arus  dan  tegangan pada  sensor  INA219  menggunakan  multimeter digital.  Gambar  6  menunjukkan  hasil  kalibrasi tegangan dengan menggunakan sensor INA219.
LED LCD Tombol on / off
Gambar 6. Hasil kalibrasi tegangan sensor INA219
Hasil  kalibrasi  sensor  INA219  pada  Gambar  6 menunjukkan  hubungan  linier.  Perubahan  tegangan dari  catu  daya  terbaca  oleh  sensor  INA219  dan multimeter  bernilai  sama,  dengan  persamaan  linier y=1,0041x + 0,0105 dan R2 = 0,9997.
Tabel  1  merupakan  hasil  pengujian blade dengan kecepatan angin tertentu. Variasi kecepatan angin diperoleh dengan menggunakan sumber angin dari  kipas  angin.  Kipas  angin  terdiri  dari  3  variasi kecepatan angin.
Tabel 1 . Data pengujian turbin angin
No.  Panjang blade Kecepatan angin (m/s) Tegangan (volt) Arus (mA) 1. 30 cm 2,4 4,5 0,7
3,6 5,5 1,6 4,1 6,59 2 2. 45 cm 2,4 1,65 0,1 3,6 2,2 0,12 4,1 4,1 0,14 3. 60 cm 2,4 0 0
3,6 0 0 4,1 1,1 0
Pada Tabel 1 terlihat besarnya tegangan yang dihasilkan  dari  uji  coba  dengan  menggunakan  kipas angin  menunjukkan  nilai  tegangan  yang  diperoleh semakin  kecil  dengan  adanya  penambahan  panjang blade ,  sesuai  dengan  penelitian  yang  dilakukan  oleh Libii & Drahozal, 2012 menunjukkan hasil pengujian blade dengan menggunakan sumber energi angin dari kipas  angin    menghasilkan  putaran blade yang  lebih rendah  sesuai  dengan  penambahan  panjang blade , dengan  variasi  panjang blade yang  digunakan  yaitu 11,43  cm,  15,24  cm,  19,05  cm  dan  22,86  cm. Panjang blade 30 cm pada kecepatan angin 4,1 m/s menghasilkan tegangan sebesar 6,59 volt dengan arus sebesar 2 mA.  Panjang blade 45 cm pada kecepatan angin  4,1  m/s  menghasilkan  tegangan  sebesar  4,1 volt dengan arus sebesar 0,14 mA. Panjang blade 60 cm  pada  kecepatan  angin  4,1  m/s  menghasilkan tegangan sebesar 1,1 vol dengan arus sebesar 0 mA.
Pengukuran  tegangan  pada  turbin  angin sumbu  horizontal  yang  dilakukan  di  Pantai  Sungai
Suci Bengkulu (Gambar 7) dengan hasil pengukuran pada Gambar 8.
Gambar 7 . Pengambilan data
Gambar 8 . Perbandingan kecepatan angin dengan tegangan pada panjang blade 30 cm, 45 cm, dan 60 cm .
Pada  Gambar  8  menunjukkan  bahwa  nilai tegangan yang dihasilkan dari masing-masing panjang blade berbeda-beda.  Nilai  tegangan  tertinggi  pada panjang blade 30 cm yaitu 9,08 volt pada kecepatan angin 4,9 m/s, Nilai tegangan tertinggi pada panjang blade 45 cm yaitu 8,4 volt pada kecepatan angin 4,9 m/s dan nilai tegangan tertinggi pada panjang blade 60 yaitu cm 8,06 volt pada kecepatan angin 4,9 m/s. Nilai tegangan terendah pada panjang blade 30 yaitu 0 volt  pada  kecepatan  angin  0,5  m/s,  nilai  tegangan terendah pada panjang blade 45 cm yaitu 0 volt pada kecepatan angin 0,5 m/s dan nilai tegangan terendah pada panjang blade 60 cm yaitu 0 volt pada kecepatan angin  0,5  m/s.  Hasil  pengukuran  arus  pada  turbin angin  sumbu  horizontal  yang  dilakukan  di  Pantai Sungai Suci dapat dilihat pada Gambar 9.
Gambar 9 . Perbandingan kecepatan angin dengan arus pada panjang blade 30 cm, 45 cm, dan 60 cm .
Pada Gambar 9 menunjukkan bahwa arus yang dihasilkan  pada  setiap  panjang blade berbeda-beda sesuai  dengan  kecepatan  angin  yang  diterima  oleh blade . Panjang blade 30 cm dengan kecepatan angin 4,9  m/s  menghasilkan  arus  terbesar  32,1  mA  dan terendah  0  mA  dengan  kecepatan  angin  0,5  m/s. Panjang blade 45 cm menghasilkan arus terbesar 15,2 mA dan terendah 0 mA dengan kecepatan angin 0,5 m/s. Panjang blade 60 cm menghasilkan arus terbesar 6,8 mA dan terendah 0 mA dengan kecepatan angin 0,5 m/s.
Berdasarkan  Gambar  8  dan  Gambar  9  dapat diketahui panjang blade yang menghasilkan tegangan dan arus paling besar dari ketiga variasi adalah blade dengan panjang blade 30 cm. Perbedaan panjang blade yang  digunakan  mempengaruhi  hasil  nilai  tegangan dan  arus  yg  dihasilkan  oleh  turbin  angin.  Semakin panjang blade yang  digunakan,  maka  semakin  kecil tegangan  dan  arus  yang  dihasilkan.  Dari  Gambar  8 dan  Gambar  9  menghasilkan  tegangan  dan  arus terbesar pada panjang blade 30 cm dengan kecepatan angin 4,9 m/s yaitu 9,08 volt dan 32,1 mA.

## KESIMPULAN
Hasil  pengujian  tiga  variasi  panjang blade adalah blade menghasilkan  tegangan 9,08  volt  pada panjang blade 30  cm,  arus  sebesar  32,1  mA  dan kecepatan angin 4,9 m/s. Ketika panjang blade 60 cm tidak  dapat  menghasilkan  tegangan  jika  kecepatan angin di bawah 4,1 m/s. Panjang blade dan kecepatan angin  sangat  mempengaruhi  tegangan  listrik  yang dihasilkan. Setiap variasi panjang blade menghasilkan tegangan  dan  arus  sesuai  dengan  kecepatan  angin yang  diterima  oleh blade .  Semakin  tinggi  kecepatan angin yang diterima oleh turbin angin, maka tegangan yang dihasilkan oleh turbin semakin besar.

## DAFTAR PUSTAKA
Bahari, S. (2015). Analisis pembangkit listrik tenaga angin di Desa Sungai Nibung Kecamatan Teluk Pakedai Kabupaten Kubu Raya. Jurnal Teknik ,
1 (1). Firmansyah,  A.  I.,  &  Zulkarnain.  (2012). Perancangan Bilah Turbin Pembangkit Listrik Tenaga Angin (PLT-Angin) Kapasitas 100 KW Menggunakan  Studi  Aerodinamika. Jurnal
Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan , 11 (2), 151–158. Indriani, A., Manurung, G., Daratha, N., & Hendra. (2019). Perancangan Turbin Sumbu Horizontal  dan  Sumbu  Vertikal  untuk Pembangkit Listrik Tenaga Angin (Studi Kasus di  Kota  Bengkulu). Jurnal  Amplifier :  Jurnal Ilmiah Bidang Teknik Elektro Dan Komputer , 9 (2), 1–6. Instruments,  T.  (2015). INA219  Zerø-Drift  , Bidirectional Current / Power Monitor With I 2 C Interface .
Irfa, M. A. (2020). Pengaruh beban lampu terhadap tegangan  ,  arus  ,  dan  rpm  pada  turbin  angin savonius 2 sudu. ARMATUR: Artikel Teknik Mesin Dan Manufaktur , 1 (2), 41–47.
Latif,  M.,  Nazir,  R.,  &  Reza,  H.  (2013).  Analisa Proses  Charging  Akumulator  Pada  Prototipe Turbin  Angin  Sumbu  Horizontal  Di  Pantai Purus  Padang. Jurnal  Nasional  Teknik  Elektro ,
2 (1), 1–8.
Libii,  J.  N.,  &  Drahozal,  D.  M.  (2012).  The influence of the lengths of turbine blades on the power  produced  by  miniature  wind  turbines that operate in non-uniform flow fields. Journal World Transactions on Engineering and Technology Education , 10 (2), 128–133.
Nongdhar,  D.,  &  Goswami,  B.  (2018).  Design  of micro wind turbine for low wind speed areas :
A  review. Journal  of  Electrical  and  Electronics Engineering (AJEEE) , 2 (1), 36–41.
Pawar,  P.,  Langade,  S.,  &  Bandgar,  M.  (2019).  A Paper on IOT Based Digital Notice Board using Arduino  ATMega  328. International  Research Journal  of  Engineering  and  Technology  (IRJET) ,
06 (03), 7509–7513.
Prakoso, I. P., Hartono, P., & Lesmanah, U. (2016). Perencanaan turbin angin sumbu vertikal tipe Darrieus-H  dengan  penambahan  2  blade  tipe Savonius  untuk  pembangkit  listrik. Jurnal Teknik Energi , 1 (1), 1–7.
Pratmanto,  D.  (2019).  Pembuatan  Alat  Pendeteksi Kadar Logam Pada Air Berbasis Aduino UNO. Jurnal Evolusi , 7 (1), 29–34.
Priyadi,  I.,  Surapati,  A.,  &  Putra,  V.  T.  (2018). Rancang  Bangun  Turbin  Angin  Horizontal Sebagai  Salah  Satu  Pembangkit  Daya  Pada Mobil  Hybrid. Seminar  Nasional  Inovasi, Teknologi  Dan  Aplikasi  (SenNITiA)  2018 ,  147– 158.
Puspawan,  A.,  Andreas,  J.  R.  H.,  &  Nurul,  I.  S.
(2018).  Unjuk  Kerja  Kincir  Angin  Tipe Horizontal  Axial  Wind  Turbine  Propeler Variasi Sudut Baling-Baling 20 0, 25 0, Dan 30
0. Seminar  Nasional  Inovasi,  Teknologi  Dan Aplikasi (SenTITiA) 2018 , 257–261. Sayoga, I. M. A., Wiratama, I. K., Mara, I. M., & Catur, A. D. (2014). Pengaruh variasi jumlah blade  terhadap  aerodinamik  performan  pada rancangan  kincir  angin  300  watt. Dinamika Teknik Mesin , 4 (2), 103–109. Simanjuntak, J. N., Tangkuman, S., & Rondonuwu,
I.  (2020).  Simulasi  Pengaruh  Jumlah  Dan Panjang  Sudu  Terhadap  Daya  Turbin  Angin Tipe  Poros  Horisontal. Jurnal  Online  Poros Teknik Mesin , 10 (1). Simanjuntak,  &  Tamaji.  (2020).  Desain  dan pembuatan  alat  pendeteksi  ketinggian  air sungai  berbasis  arduino  uno. Jurnal  Teknik Elektro , 1 (1), 1–6.
Susana,  R.,  Ichwan,  M.,  &  Phard,  S.  AL.  (2016). Penerapan Metoda Serial Peripheral Interface ( SPI  )  pada  Rancang  Bangun  Data  Logger berbasis SD card. Jurnal ELKOMIKA , 4 (2), 208– 227. Wibawa,  U.  (2017). Pembangkit  energi  baru  dan terbarukan (1st ed.). UB Press. Wijayanti, D., Rahmawati, E., & Sucahyo, I. (2015).
Rancang  Bangun  Alat  Ukur  Kecepatan  dan Arah  Angin  Berbasis  Arduino  Uno. Jurnal Inovasi Fisika Indonesia , 4 (3), 150–156.