© 2023 Pres Univ Press Publication, Indonesia

## STUDI EKSPERIMEN KINERJA TURBIN ANGIN PROPELLER PIPA PVC DENGAN UJUNG BENGKOK DAN TANPA UJUNG BENGKOK
Gigih Ananda Wibowo 1,a , Bagus Wahyudi 2,b
1,2 Politeknik Negeri Malang, Indonesia
a gigihananda0@gmail.com

## Abstrak.
Turbin angin sumbu horizontal (TASH) memiliki poros rotor utama dan generator listrik di puncak menara, di dalam turbin angin terdapat komponen yang sangat penting yaitu blade merupakan bagian turbin angin yang berfungsi menerima energi kinetik dari angin dan merubahnya menjadi energi gerak (mekanik). Pada penelitian turbin kali ini menggunakan baling baling yang berbahan pipa PVC dan menggunakan ujung bengkok pipa PVC. perancangan yang digunakan dengan cara eksperimen, dan menggunakan  software  minitab  19  untuk  pengolahan  data,  sedangkan  ekperimen  bertujuan  untuk mengetahui nilai daya yang dihasilkan, Eksperimen ini menggunakan variasi kecepatan angin 5 m/s, 6 m/s dan 7 m/s, dan terdapat variasi posisi ekor, yaitu dengan posisi menghadap ke kiri, kanan dan tengah. Experimen pada turbin angin dengan menggunakan ujung bengkok mendapatkan daya rata- rata  paling  besar  7,42  Watt,  sedangkan  experimen  pada  turbin  angin  tanpa  menggunakan  ujung bengkok  dapat  menghasilkan  daya  rata-rata  7,54  Watt.  Turbin  angin  dengan  menggunakan  ujung bengkok  memiliki  nilai  koefisien  power  (Cp)  paling  tinggi  yaitu  0,0182  ,  sedangkan  turbin  angin tanpa  menggunakan  ujung  bengkok  memiliki  koefisien  power  (Cp)  paling  tinggi  yaitu  0,0145.
Kata kunci . Turbin angin, Sumbu Horizontal, Pipa PVC

## Abstract.
Wind turbines are one of the environmentally friendly power plant technologies currently. A wind turbine's propeller is essential for capturing wind energy; however, making blades is difficult. This research aims to experiment with wind turbines that use pipe-based propellers. A PVC pipe propeller was used in this turbine study. The experimental design implements Minitab 19 software to determine which  is  more  efficient,  while  the  experiment  aims  to  determine  the  power  value  produced.  This experiment engages wind speed variations of five m/s, six m/s, and seven m/s, in addition to variations in the direction of the turbine's tail. Experiments  on wind turbines using bent ends get an average power of 7.42 Watts, while experiments on wind turbines without bent ends can produce an average power of 7.54 Watts. Wind turbines using bent ends have a power coefficient value (Cp) that is the highest,  namely  0.0182,  while  wind  turbines  without  using  bent  ends  have  the  highest  power coefficient (Cp), namely 0.0145.
Keywords: Wind Turbine, Experiment, and PVC Pipe

## Pendahuluan
Indonesia  merupakan  negara  yang  memiliki  sumber  energi  yang  melimpah  tetapi  hal  tersebut belum  dapat  dimanfaatkan  secara  maksimal.  Terutama  ada  dua  sumber  energi  yang  tersedia  yaitu sumber  terbarukan  dan  tidak  terbarukan.  Saat  ini,  penggunaan  lebih  luas  pada  sumber  tidak terbarukan, sebagian besar bahan bakar fosil menyebabkan polusi parah yang sangat mempengaruhi lingkungan.

## Journal of Mechanical Engineering and Mechatronics 2023
Dibandingkan dengan bahan bakar fosil, seperti batu bara dan gas alam, angin merupakan sumber energi  yang  ramah  lingkungan,  tidak  ada  polusi  udara  yang  dipancarkan  ke  lingkungan  setelah konsumsi. Energi angin adalah salah satu yang paling menjanjikan karena ada di wilayah geografis yang luas, berbeda dengan sumber energi lain yang terkonsentrasi di sejumlah negara terbatas
Turbin angin merupakan sebuah alat yang dapat mengkonversi energi kinetik angin menjadi energi listrik atau energi mekanik. Angin digunakan untuk memutar blade, yang mana ketika berputar akan menghasilkan  energi.  Energi  angin  termasuk  energi  terbarukan  yang  didefinisikan  sebagai  energi yang  secara  cepat  dapat  diproduksi  kembali  melalui  proses  alam.  Beberapa  kelebihan  energi terbarukan  antara  lain:  sumbernya  relatif  mudah  didapat,  dapat  diperoleh  dengan  gratis,  minim limbah, tidak mempengaruhi suhu bumi secara global, dan tidak terpengaruh oleh kenaikkan harga bahan  bakar.  Walaupun  sampai  saat  ini  pembangunan  turbin  angin  masih  belum  dapat  menyaingi pembangkit listrik konvensional (Contoh: PLTD,PLTU,dll), turbin angin masih dikembangkan oleh para  ilmuwan  karena  dalam  waktu  dekat  manusia  akan  dihadapkan  dengan  masalah  kekurangan sumber  daya  alam  tak  terbaharui  (Contoh  :  batubara,  minyak  bumi)  sebagai  bahan  dasar  untuk membangkitkan listrik.
Teori Betz atau lebih dikenal  dengan batas Betz (Betz limit diambil dari ilmuan Jerman Albert Betz)  merupakan  angka  batas  16/27  =59,3%.  Angka  ini  secara  teori  menunjukkan  efisiensi maksimum yang dapat dicapai oleh rotor turbin angin.
Ketidak mungkinan suatu desain turbin angin yang memiliki coeffisien power (Cp) diatas 59,3%. Hal  ini  dapat  diartikan  bahwa  desain  turbin  angin  terbaik  tipe  apapun  tidak  akan  menghasilkan efisiensi rotor diatas 59.3%. Suatu turbin angin tidak akan mampu menyerap seluruh energi kinetik yang  berada  dalam  aliran  angin,  dan  kapasitas  penyerapan  maksimal  hanya  59.3%.  Nilai  efisiensi 59.3%. inilah yang sering disebut Betz Limit.
Nilai Cp untuk satu tipe turbin angin tidak selalu sama karena nilai Cp merupakan fungsi dari tip speed ratio atau λ. Untuk mengetahui nilai Cp maksimal yang mampu dihasilkan oleh sebuah turbin angin, maka perlu diketahui terlebih dahulu berapa nilai tipspeed ratio yang dihasilkan.

## Metodologi Penelitian
Penelitian  ini  untuk  mencari  data  dalam  suatu  proses  melalui  eksperimen  sehingga  dapat mengetahui  pengaruh  kecepatan  angin  dan  sudut  serang  terhadap  daya  kerja  yang  terjadi  pada konstruksi rotor turbin angin sumbu horizontal baling- baling pipa.
Gambar 1. Kerangka konsep penelitian

## Diagram Alir

## Gambar 2 Diagram Alir Penelitian

## Metode Penelitian Uji Eksperimen
Pada  pengujian  ekperimen  penelitian  untuk  mendapatkan  nilai  daya,  dilakukan  dengan variasi kecepatan angin dan posisi arah ekor.
Gambar 3. Sudu Pipa PVC
Gambar 4. Pengambilan Data

## Gambar 5. Pengambilan Data
Pada  metode  pengujian  pada  uji  eksperimen  untuk  mendapatkan  nilai  daya  dilakukan  dengan menggunakan  wind  tunnel    sebagai  penghasil  angin,  dimana  setelah  putaran  baling-baling  stabil, dilakukan pengukuran untuk mengetahui berapa daya yang diterima oleh turbin angin dengan variasi kecepatan angin dan posisi ekor

## Hasil dan Pembahasan
Pada  penelitian  ini  setelah  melakukan  uji  eksperimen  dimana  menggunakan  variasi  posisi  arah ekor, yang menggunakan arah ke kiri, kanan, dan tengah, dan variasi kecepatan angin 5m/s, 6m/s, 7m/s didapatkan hasil seperti berikut :

## Journal of Mechanical Engineering and Mechatronics 2023

## Tabel 1. Data Daya Turbin Dengan Ujung Bengkok
Tabel 1 Data Daya Turbin Tanpa Ujung Bengkok

## Journal of Mechanical Engineering and Mechatronics 2023
Gambar 1. Grafik Daya Dengan Arah Ekor ke Kiri 105º
Gambar 2. Grafik Daya Dengan Arah Ekor ke Kanan 75º

## Gambar 3. Grafik Daya Dengan Arah Ekor ke Kiri 90º
Grafik daya antara turbin dengan menggunakan ujung bengkok dan turbin tanpa menggunakan ujung bengkok,  dengan  warna  orange  diperuntukan  untuk  turbin  dengan  ujung  bengkok  dan  biru diperuntukan dengan turbin tanpa ujung bengkok, seperti diperlihatkan pada gambar 6, gambar 7,dan gambar 8 bahwa daya yang terbesar diperoleh ketika sudut ekor 90º dengan ujung bengkok.

## Pengolahan Data
Data yang diperoleh pada pengujian wind tunnel yang dicatat dalam nilai daya rata rata pada tabel  lalu  diolah  menggunakan  aplikasi software minitab  19  pada  fitur  DOE.  Penelitian  ini memiliki dua variabel bebas yang terdiri dari kecepatan angin dan posisi ekor. Masing-masing
variabel telak dilakukan pengujian ulang atau bisa disebut dengan replikasi dengan  tiga kali replikasi.

## Uji Normalitas

## Gambar 4. Uji Normalitas Turbin Dengan Ujung Bengkok

## Gambar 5. Uji Normalitas Turbin Angin Tanpa Ujung Bengkok
Dalam  pengolahan  data  dilakukan  dengan  beberapa  pengujian  yang  berguna  untuk  memastikan data  teersebut  masih  dalam  batas  normal,  sehingga  hasil  akhir  pengujian  mendapatkan  hasil  yang falid. Salah satunya menggunakan uji normalitas yang merupakan sebuah pengujian yang bertujuan untuk mengetahui sebaran data atau variabel yang dianalisis mengggunakan faktorial. Suatu populasi dianggap normal apabila distribusisebaran titik titik merata mengikuti garis diagonal.

## Analisis Data Pengujian
Data pengujian yang telah dikumpulkan selanjutnya dilakukan analisis pada software minitab 19 dengan metode DOE Factorial hasil tabel dibawah.
Disini kita dapat membandingkan nilai P-Velue dengan nilai alfa (α) yang diizinkan yaitu sebesar 5% atau 0.05. Nilai alfa (α) ini digunakan untuk batas nilai maksimum kesalahan. Sehingga jika nilai P-Value melebihi nilai alfa(α) maka hipotesis nol (H0) ditolak dan hipotesis alternative (H1) diterima maka nilai P-Value tidak boleh melebihi 5% atau 0.05.

## Journal of Mechanical Engineering and Mechatronics 2023

## Tabel 2 Hasil Pengolahan Data Turbin Dengan Ujung Bengkok
Nilai P-Velue dari turbin angin dengan ujung bengkok pada kecepatan angin menunjukkan nilai 0,000 maka kecepatan angin dapat dikatakan mempengaruhi daya yang dihasilkan turbin, hal ini juga serupa  dengan  posisi  arah  ekor  pada  turbin,  yang  memiliki  nilai  P-Velue  0,000.  Pada  interaksi kecepatan  angin  dan  posisi  ekor  memiliki  P-Velue  0,000.  Nilai  dari  pengujian  data regression equation dari  posisi  ekor  mendapatkan  nilai  efisiensi  paling  besar  0,5807  dengan  posisi  ekor  ke tengah (90º), nilai efisiensi terbesar dari kecepatan angin yaitu berada di kecepatan 7 m/s dengan nilai 1,2063, dan nilai interaksi efisiensi terbesar dari posisi sudut dan kecepatan angin sebesar 0,3837. Koefisiensi  regresi  terbesar  menunjukkkan  pemilihan  paling  dominan  yang  berpengaruh  terhadap daya turbin.

## Journal of Mechanical Engineering and Mechatronics 2023
Diatas  menunjukan  bahwa  hasil  nilai  R-Sq  sebesar  96,75%  yang  mendekati  nilai  100%,  bisa dikatakan  kedua  variabel  bebas  kecepatan  angin  dan  posisi  ekor  tersebut  sangat  sesuai  terhadap variabel terikat atau daya.

## Tabel 3 Hasil Pengolahan Data Turbin Tanpa Ujung Bengkok
Nilai P-Velue dari kecepatan angin menunjukan 0,000 yang berarti dibawah nilai alfa  ( 𝛼 ) maka dapat dikatakan kecepatan angin dapat mempengaruhi daya yang dihasilkan turbin, hal ini juga serupa dengan posisi arah ekor pada turbin yang berpengaruh pada daya dikarenakan memiliki nilai 0,000. Pada interaksi kecepatan angin dan posisi arah ekor memiliki nilai 0,000 yaitu dibawah alfa ( 𝛼 ) yang berarti  kedua  variabel  tersebut  memiliki  interaksi  pada  daya  turbin.  Nilai  dari  pengujian  data regression equation dari posisi ekor mendapatkan nilai koefisiensi regresi paling besar 0,4561 dengan
posisi  ekor  ke  tengah  (90º),  nilai  koefisiensi  regresi  terbesar  dari  kecepatan  angin  yaitu  berada  di kecepatan 7 m/s dengan nilai 1,1106, dan nilai interaksi koefisiensi regresi terbesar dari posisi sudut dan  kecepatan  angin  sebesar  0,3961.  Koefisiensi  regresi  terbesar  menunjukkan  pemilihan  paling dominan yang berpengaruh terhadap daya turbin.
Diatas  menunjukan  bahwa  hasil  nilai  R-Sq  sebesar  96,75%  yang  mendekati  nilai  100%,  bisa dikatakan  kedua  variabel  bebas  kecepatan  angin  dan  posisi  ekor  tersebut  sangat  sesuai  terhadap variabel terikat atau daya

## Kesimpulan
Dari penelitian turbin angin sumbu horizontal dengan pengaruh kecepatan angin dan posisi ekor terhadap nilai daya didapatkan kesimpulan sebagai berikut :
1. Nilai P-Velue dari turbin angin dengan ujung bengkok pada kecepatan angin menunjukkan nilai 0,000 maka kecepatan angin dapat dikatakan mempengaruhi daya yang dihasilkan turbin, hal ini juga serupa dengan posisi arah ekor pada turbin, yang memiliki nilai P-Velue 0,000. Pada interaksi kecepatan angin dan posisi ekor memiliki P-Velue 0,000. Nilai dari pengujian data  regression  equation  dari  posisi  ekor  mendapatkan  nilai  efisiensi  paling  besar  0,5807 dengan posisi ekor ke tengah (90º), nilai efisiensi terbesar dari kecepatan angin yaitu berada di kecepatan 7 m/s dengan nilai 1,2063, dan nilai interaksi efisiensi terbesar dari posisi sudut dan  kecepatan  angin  sebesar  0,3837.  Koefisiensi  regresi  terbesar  menunjukkkan  pemilihan paling dominan yang berpengaruh terhadap daya turbin.
2. Nilai P-Velue dari turbin angin tanpa ujung bengkok pada kecepatan angin menunjukkan nilai 0,000 maka kecepatan angin dapat dikatakan mempengaruhi daya yang dihasilkan turbin, hal ini juga serupa dengan posisi arah ekor pada turbin, yang memiliki nilai P-Velue 0,000. Pada interaksi kecepatan angin dan posisi ekor memiliki P-Velue 0,000. Nilai dari pengujian data regression equation dari posisi ekor mendapatkan nilai efisiensi paling besar 0,4561 dengan posisi  ekor  ke  tengah  (90º),  nilai  efisiensi  terbesar  dari  kecepatan  angin  yaitu  berada  di kecepatan 7 m/s dengan nilai 1,1106, dan nilai interaksi efisiensi terbesar dari posisi sudut dan  kecepatan  angin  sebesar  0,3961.  Koefisiensi  regresi  terbesar  menunjukkkan  pemilihan paling dominan yang berpengaruh terhadap daya turbin.
3. Hasil dari grafik yang diperlihat kan pada gambar 6, gambar 7, dan gambar 8 bahwa daya yang terbesar diperoleh ketika sudut ekor 90º dengan ujung bengkok.

## Saran
Pada penelitian ini ditemukan saran yang dapat digunakan sebagai acuan untuk memperbaiki penelitian selanjutnya yaitu :
1. Mengubah kecepatan angin
2. Mengubah bahan baku sudut

## References
[1] Magdi ragheb and Adam M. Ragheb, 2011, Wind Turbines Theori – The Betz Equation and Optimal Rotor Tip Speed Ratio
[2] Hugh Pinggott, 1997, Wind Power Workshop published by CAT publications 1997
[3] Marizka L.D., 2010, Analisis Kinerja Turbin Angin Poros Vertikal Dengan Modifikasi Rotor Savonius L Untuk Optimasi Kinerja Turbin, Skripsi, Universitas Sebelas Maret
[4] Hendrix NF., 2013, Analisis Tegangan Kulit Bilah Turbin Angin Komposit (Quasi Iso Tropic) Menggunakan Metode Elemen Hingga, Jurnal, STT Adisutjipto
[5] Alpan Hadi, dkk., 2017, Numerik Aerodinamika Turbin Angin Poros Horizontal Hybrid Solar Cell, Jurnal, Universitas Gadjah Mada