Simulasi Dan Eksperimental Kinerja Turbin Angin Tipe Savonius Dengan Kombinasi Blade Konvensional Dan Elips

Sanusi, Arifin (2017) Simulasi Dan Eksperimental Kinerja Turbin Angin Tipe Savonius Dengan Kombinasi Blade Konvensional Dan Elips. Doctor thesis, Universitas Brawijaya.

Abstract

Kebutuhan energi dewasa ini semakin meningkat sejalan dengan pertumbuhan ekonomi dan pertambahan penduduk, menyebabkan jumlah bahan bakar minyak (BBM) semakin terbatas dan mengakibatkan dampak lingkungan berupa polusi dan pemanasan global. Energi angin sebagai salah satu sumber dari energi alternatif yang ramah lingkungan dapat dimanfaatkan melalui penggunaan turbin angin. Turbin angin tipe Savonius sebagai salah satu jenis turbin angin poros vertikal, memiliki konstruksi sederhana, biaya murah, kecepatan operasi yang relatif rendah, dan kemampuan menerima angin dari semua arah. Namun demikian turbin angin Savonius memiliki efisiensi yang lebih rendah dari pada jenis turbin angin lainnya. Tujuan penelitian ini adalah meningkatkan kinerja turbin angin Savonius dengan melakukan kombinasi blade konvensional dan elips yang telah dikembangkan para peneliti terdahulu. Dengan memanfaatkan kelebihan dan kekurangan jenis blade tersebut, sebuah modifikasi blade turbin angin Savonius dengan menggabungkan blade konvensional sebagai sisi cembung dengan blade elips sebagai sisi cekung menjadi blade kombinasi (combined blade). Penelitian ini dilakukan dengan simulasi dan eksperimental, dimana simulasi menggunakan computational fluid dynamics (CFD) dengan bantuan program ANSYS-Fluent 14.5, sementara eksperimental dilaksanakan menggunakan wind tunnel sistem terbuka. Objek penelitian adalah prototipe blade rotor turbin angin tipe Savonius dengan model blade konvensional, elips dan kombinasi. Semua prototipe terbuat dari plat alumunium dengan tebal 0.6 mm dengan dimensi dan ukuran yang sama, masing-masing tinggi H = 200 mm dan diameter D 200 mm. Prototipe blade rotor dilengkapi end plate terbuat dari bahan akrelik dengan tebal 5 mm dan diameter end plat Do = 220 mm serta dilengkapi overlap dengan jarak 30 mm. Proses simulasi dilakukan pada setiap model blade dengan input dan kondisi batas yang sama. Khusus blade kombinasi dilakukan simulasi dengan input yang berbeda sehingga menunjukkan perubahan bilangan Reynolds (Re) pada tip speed ratio yang sama (TSR = 0.8). Input pada simulasi masing-masing dengan kecepatan angin V1 = 4 m/detik, V2 = 5.999 m/detik dan V3 = 9 m/detik dengan putaran rotor masing-masing n1 = 306 rpm, n2 = 459 rpm dan n3 = 688 rpm. Pelaksanaan eksperimental dilakukan dengan memberikan kecepatan angin yang sama (V = 4 m/detik) pada setiap model prototipe. Pengukuran dilakukan pada putaran maksimum dan setiap penurunan putaran 50 rpm sampai rotor tersebut tidak berputar (n = 0 rpm). Semua prototipe diuji tanpa poros diantara end plate, kecuali prototipe rotor blade kombinasi dilakukan juga pengujian dengan menggunakan poros tunggal yang menembus end plate. Dari analisis secara computational fluid dynamics (CFD) di simpulkan bahwa pola aliran pada blade kombinasi menunjukkan kinerja yang terbaik disusul blade elips dan blade konvensional. Peningkatan bilangan Reynolds (Re) pada blade kombinasi menunjukkan pola aliran berupa contour kecepatan dan tekanan yang berpengaruh terhadap peningkatan kinerja. Hasil analisa data eksperimental menghasilkan grafik antara koefisien daya (Cp) dan koefisien torsi (Ct) terhadap tip speed ratio (TSR) pada setiap xvi model blade. Secara umum blade kombinasi menunjukkan kinerja yang terbaik dibandingkan dengan model blade konvensional dan blade elips. Penggunaan blade kombinasi dapat meningkatkan koefisien daya (Cp) 11% terhadap blade konvensional, namun peningkatan terhadap blade elips lebih rendah yakni peningkatan koefisien daya (Cp) 5,5% pada tip speed ratio (TSR) 0.79. Koefisien torsi (Ct) blade kombinasi mengalami peningkatan rata-rata 9% dibandingkan dengan blade konvensional dan blade elips. Hasil eksperimen blade kombinasi yang menggunakan poros tunggal yang tembus end plate menghasilkan koefisien daya (Cp) dan koefisien torsi (Ct) lebih rendah dibandingkan tanpa menggunakan poros diantara end plate. Hal tersebut disebabkan karena penggunaan poros diantara end plate menyebabkan perubahan jarak overlap dan bertambahnya gaya inersia.

English Abstract

Energy needs increasing in line with economic and population growth, cause the amount of fuel oil (BBM) is increasingly limited and the resulted environmental impacts such as pollution and global warming. Wind energy as a source of alternative energy environmentally and be exploited through the use of wind turbines. The Savonius wind turbines as the type of vertical axis wind turbines (VAWT) has a simple construction, low cost, relatively low operating speeds, and the ability to receive the wind from all directions. Nevertheless, the Savonius wind turbine has a lower efficiency than other types of wind turbines. The purpose of this research is to improve the performance of a wind turbine blade Savonius with a combination of conventional and elliptical which has been developed by researchers in the past. By utilizing the advantages and disadvantages of the blade, the wind turbine blade Savonius modification by combining a conventional blade as the elliptical blade convex side as the concave side into blade combinations (namely combined blade). This research was conducted with the simulation and experimental, the simulations using computational fluid dynamics (CFD) with of the program Ansys_Fluent 14.5, while experimental implemented using a wind tunnel open jet system. The object of research is the prototype of blade rotor Savonius wind turbine with a conventional, elliptical and combined blade. All prototypes are made of the aluminum plate with thickness of 0.6 mm with the same dimensions and size, each height H=200 mm and diameter rotor D=200 mm. The end plate rotor is made of the acrylic plate with thickness of 5 mm and diameter end plate Do=220 mm and is equipped with a distance of 30 mm overlap. The simulation has done on each blade models with input and boundary conditions are the same. Combined blade performed simulations with different inputs that indicate changes in the Reynolds number (Re) on the same tip speed ratio (TSR = 0.8). Input on each simulation with a wind speed: V1 = 4 m/ s, V2 = 5999 m / s and V3 = 9 m/ s with rotor rotation each n1 = 306 rpm, n2 = 459 rpm and n3 = 688 rpm. Experimental implementation is done by providing the same wind velocity (V=4 m /sec) on each prototype. Measurements were at a maximum rotation and any decline in the round of 50 rpm until the rotor is not rotating (n = 0 rpm). All prototypes were tested without the axis between the end plate, except the combined blade rotor performed tests using with the single axis that penetrates off the end plate. Analysis of computational fluid dynamics (CFD) concluded that the flow pattern on the combined blade showed the best performance followed an conventional blade and elliptical blade. Increasing the Reynolds number (Re) on the combined blade in the form of contour patterns show flow rate and pressure which affect the performance improvement. Results of analysis of experimental produce a graph the coefficient of power (Cp) and coefficient of torque (Ct) toward the tip speed ratio (TSR) on each blade models. Generally, the combined blade showed the best performance compared to a conventional and elliptical blade. The use of combined blade can increase the coefficient of power (Cp) 11% of the conventional blade, and the increasing coefficient of power (Cp) of 5.5% of the xviii elliptical blade on tip speed ratio (TSR) 0.79. The coefficient of torque (Ct) combined blade has increased an average of 9% compared with conventional and elliptical blade. The experimental results combined blade using a single axis that is translucent end plate generating the coefficient of power (Cp) and the coefficient of torque (Ct) was lower than without the use of the axis between the end plate. This was due to the use of the axis between the end plate cause changes within the overlap and the inertial force increases

Item Type:	Thesis (Doctor)
Identification Number:	DIS/621.45/SAN/s/2017/061705309
Uncontrolled Keywords:	WIND TURBINES, WIND POWER, WIND TURBINES - DESIGN AND CONSTRUTION, TURBINES - BLADES
Subjects:	600 Technology (Applied sciences) > 621 Applied physics > 621.4 Prime movers and heat engineering > 621.45 Wind engines
Divisions:	S2/S3 > Doktor Teknik Mesin, Fakultas Teknik
Depositing User:	Nur Cholis
Date Deposited:	20 Jul 2017 05:18
Last Modified:	11 Dec 2020 08:10
URI:	http://repository.ub.ac.id/id/eprint/431

	Text BAGIAN DEPAN.pdf Restricted to Repository staff only Download (1MB)
	Text Bab-I-oke.pdf Restricted to Repository staff only Download (193kB)
	Text BAB II-oke.pdf Restricted to Repository staff only Download (1MB)
	Text Bab-III-oke.pdf Restricted to Repository staff only Download (212kB)
	Text Bab-IV-oke.pdf Restricted to Repository staff only Download (664kB)
	Text BAB-V-oke.pdf Restricted to Repository staff only Download (1MB)
	Text Bab-VI-oke.pdf Restricted to Repository staff only Download (13kB)
	Text DAFTAR PUSTAKA.pdf Restricted to Repository staff only Download (56kB)

Actions (login required)

View Item