Rudi, Hariyanto (2018) Simulasi Dan Eksperimental Kinerja Kincir Angin Savonius Dengan Sudu Berventilasi. Doctor thesis, Universitas Brawijaya.
Abstract
Kincir angin Savonius sangat cocok untuk karakteristik angin di Indonesia. Kincir angin Savonius memiliki beberapa keunggulan. Konstruksinya sederhana dan murah. Kincir angin Savonius memiliki torsi awal yang baik pada kecepatan angin rendah dan dapat menerima angin dari segala arah sehingga tidak membutuhkan pengarah angin. Sudu kincir angin Savonius berbentuk seperti silinder yang terbelah dua dan berputar berdasarkan selisih torsi. Permukaan cekung dari sudu jalan menghasilkan torsi positif dan permukaan cembung dari sudu balik menghasilkan torsi negatif. Namun, kincir angin Savonius memiliki efisiensi yang lebih rendah dibandingkan turbin angin sumbu horizontal dan kincir angin Darrieus. Ada beberapa faktor yang menyebabkan rendahnya efisiensi kincir angin Savonius. Beberapa diantaranya adalah sudut rotasi kritis, pusaran atau vortek dan torsi negatif. Sudut rotasi kritis terjadi pada sudut 165o dan bergantung pada momen inersia rotor untuk dapat berputar melewatinya. Adapun vortek akan menyerap energi kinetik dari angin. Berdasar simulasi, terbentuk vorteks di depan permukaan cekung dari sudu Savonius konvensional. Hal ini menghambat laju angin datang serta menyerap sebagian energi kinetik angin. Luasan vortek tersebut semakin membesar pada sudut putar 165o. Semakin luas suatu vortek maka semakin besar selisih tekanan antara pusat vortek dengan bagian luarnya. Vorteks yang lebih luas akan lebih kuat menyerap energi kinetik angin. Dengan demikian kerugian energi kinetik angin menjadi semakin besar dan menyebabkan tekanan yang bekerja pada permukaan cekung dari sudu savonius menjadi rendah. Beberapa artikel penelitian di jurnal internasional juga menampilkan grafik yang menunjukkan jika nilai torsi dan Cp terendah dari rotor Savonius konvensional ternyata dihasilkan pada sudut putar 165o terhadap arah angin datang. Hal ini menunjukkan jika posisi sudu pada sudut putar 165o merupakan posisi kritis bagi rotor Savonius konvensional. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh pembuatan ventilasi tetap pada sudu terhadap unjuk kerja Savonius kincir angin. Penelitian ini akan membandingkan unjuk kerja antara kincir angin Savonius konvensional dengan Savonius berventilasi. Ventilasi berbentuk refleksi dari huruf C. ventilasi terbuka ke permukaan cekung dari sudu. Terdapat satu model kincir angin Savonius konvensional dan duabelas model Savonius kincir angin ventilasi yang diuji di terowongan angin dan dilakukan simulasi dengan CFD. Variabel bebas dari pengujian eksperimental antara lain: letak dan jumlah ventilasi pada sudu, lebar dari celah ventilasi, kecepatan angin serta putaran rotor. Hasil eksperimental menunjukkan jika kincir angin Savonius berventilasi untuk tipe SV15 memiliki koefisien daya (Cp) lebih tinggi dibanding Cp dari kincir angin Savonius konvensional. Sudu Savonius berventilasi dengan lebar celah 0,05 dari diameter sudu (model SV15 05) adalah model terbaik. Model SV15 05 mampu menghasilkan Cp 40% lebih tinggi dbanding Cp dari Savonius konvensional. Hasil simulasi CFD menyajikan profil aliran udara, distribusi tekanan dan torsi. Hasil simulasi mendukung dan memperkuat hasil eksperimental. Hasil simulasi menunjukkan jika sudu berventilasi tipe SV15 mampu memperbaiki profil aliran angin yang memutar rotor, memperbaiki torsi dan mengurangi terjadinya vortek. Savonius berventilasi tipe SV15 juga mampu memajukan gaya angkat serta menambah laju aliran massa angin yang menerpa sudu. Model SV15 05 adalah model terbaik. Model SV15 05 mampu menghasilkan torsi 32% lebih tinggi dbanding torsi dari Savonius konvensional.
English Abstract
Savonius windmills are very suitable for wind characteristics in Indonesia. Savonius Windmill has several advantages. The construction is simple and cheap. Savonius windmill has a good start torque at low wind speeds and can receive wind from all directions, so the Savonius windmill does not need a wind guide. The blade of Savonius windmill is shaped like a cylinder split in two and rotates based on the difference in torque. The concave surface of the advancing blade produces a positive torque and the convex surface of the returning blade produces a negative torque. However, Savonius windmills have lower efficiency than horizontal axis wind turbines and Darrieus windmills. There are several factors that cause the low efficiency of the Savonius windmill. Some of them are the critical rotation angle, vortex and negative torque. The critical rotation angle occurs at an angle of 165o and depends on the inertia moment of rotor to rotate through it. Vortex will absorbs kinetic energy of the wind. Based on the simulation, a vortex is formed in front of the concave surface of the conventional Savonius blade. This inhibits the incoming wind speed and absorbs the kinetic energy of the wind. The area of the vortex is getting bigger at the rotation angle of 165o. Wider vortices will more strongly absorb wind kinetic energy.Thus the loss of wind kinetic energy becomes greater and causes the pressure that acting on the concave surface of the savonius blade to be low. Several research articles in international journals have also shown that the lowest torque and Cp values of conventional Savonius rotors were found in the 165o rotation angle. This shows if the blade position at the 165o rotation angle is a critical position for the conventional Savonius rotor. This study aims to determine the effect of a permanent ventilations in blades on the Savonius rotor performance. This study will compare the performance of conventional Savonius rotor with ventilated Savonius rotor. The design of ventilation is a reflection of the letter C. The ventilations are open to the concave surfaces of the blades. There are one conventional Savonius rotor model and twelve the ventilated Savonius rotor models that tested in the wind tunnel and simulated with the CFD program. The independent variables of this study include: location and number of ventilation in blades, width of a ventilation gap, wind speed and rotor rotation. Experimental results show that the ventilated Savonius rotors for SV15 types have a higher power coefficient (Cp) than Cp from conventional Savonius rotor. Ventilated Savonius blades with a gap width of 0.05 from blade diameter (SV15 05 model) is the best model. The SV15 05 model has been able to improve Cp 40% higher than Cp of the conventional Savonius rotor. The CFD simulation results present the airflow profile, pressure distribution and torque. The simulation results support and reinforce experimental results. The simulation results show that the ventilated Savonius rotors for the SV15 types are able to improve the air flow profile that rotates the rotor, improves torque and reduces the occurrence of vortices. The ventilated Savonius rotors for the SV15 type is also capable of advancing lift and increasing the mass flow rate of winds that hit the blade. The SV15 05 model is the best model. The SV15 05 model has been able to produce 32% higher torque than conventional Savonius rotor torque.
Other obstract
-
| Item Type: | Thesis (Doctor) |
|---|---|
| Identification Number: | DIS/621.453/HAR/s/2018/061811525 |
| Uncontrolled Keywords: | Savonius kincir angin, ventilasi, lebar celah ventilasi, koefisien daya, simualsi CFD,-Savonius windmill , permanent ventilation, the gap width of ventilation, coefficient of power, CFD simulation |
| Subjects: | 600 Technology (Applied sciences) > 621 Applied physics > 621.4 Prime movers and heat engineering > 621.45 Wind engines > 621.453 Windmills |
| Divisions: | S2/S3 > Doktor Teknik Mesin, Fakultas Teknik |
| Depositing User: | Endang Susworini |
| Date Deposited: | 04 Feb 2022 07:01 |
| Last Modified: | 04 Feb 2022 07:01 |
| URI: | http://repository.ub.ac.id/id/eprint/189347 |
Preview |
Text
RUDI HARIYANTO.pdf Download (13MB) | Preview |
Actions (login required)
 |
View Item |