studi eksperimental performansi vertical axis wind …

Oleh :Moch. Arif Afifuddin

2405 100 071

STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS WIND TURBINE (VAWT)

DENGAN VARIASI DESAIN TURBIN

Dosen pembimbing :1.Ir. Sarwono MM2.Ridho Hantoro ST. MT

Latar Belakang

Kekurangan dari VAWT adalah kebanyakan dari

VAWT menghasilkan energi hanya sekitar 50% dari

efisiensi yang dihasilkan HAWT karena gaya drag

tambahan ketika berputar.

Pada tugas akhir ini mengembangkan tugas akhir

sebelumnya yang sudah ada, yakni milik saudara

Arief Fajar Prasetya. dengan mengubah beberapa

varibel komponen turbin seperti panjang rotor,

dan jumlah blade 3 dan 5 blade pada sistem wind

turbine yang sama.

Perumusan Masalah� Bagaimana merancang vertical axis wind turbine

dengan kecepatan angin 2m/s ?

� Bagaimana menganalisa performansi sistem

Vertical Axis Wind Turbine dengan perubahan

variable panjang rotor dan jumlah blade?

� Bagaimana korelasi antara panjang rotor dan

jumlah blade yang berbeda terhadap rpm dan

torsi yang dihasilkan?

Batasan Masalah� Analisa yang dilakukan berupa analisa performansi dari

sistem wind turbine dengan keluaran rpm Shaft dan torsi.

� Uji performansi dilakukan pada jumlah blade dan panjang

rotor yang digunakan dengan sistem wind turbine yang

sama.

� Hasil rancangan dan algoritma wind turbine disimulasikan

dengan software CFX Ansys 11

� Pengerjaan tugas akhir ini berorientasi pada estimasi

putaran rotor (rpm) dan torsi yang dihasilkan oleh wind

turbin.

� Analisa perhitungan data menggunakan perhitungan

software Microsoft Excel.

Tujuan PenelitianTujuan dari penelitian ini untuk menjelaskan korelasi-

korelasi antara panjang rotor dan jumlah blade dengan

putaran rotor (rpm) dan torsi yang dihasilkan. Dan

membandingkan performansi rpm dan torsi dengan

penelitian sebelumnya.

Metodologi Penelitian

Komponen Vertical Axis Wind Turbine (VAWT)� Blade

� Rotor

� Main Shaft (Poros Utama)

� Hub

Blade

Bentuk Blade

Karakteristik dari turbin jenis ini adalah :

� Turbin angin berporos tegak.

� Prinsip aerodinamika : gaya drag

Main Shaft (Poros Utama)

Adalah poros yang digunakan untuk mentransmisikan power mekanik putaran sudu/blade ke bagian gear-box.

Hub

Merupakan bagian yang

menjadi penghubung

antara rangkaian

sudu/blade dengan main

shaft/poros utama.

Penelitian yang RelevanBerdasarkan yang telah dilakukan oleh Arief

Pajar Prasetya. Pada tahun 2008 tentang Uji

Performansi Vertical Axis Wind Turbine Tiga dan

Lima Blade didapatkan kesimpulan performansi

terbaik vertical axis wind turbine didapat saat

menggunakan 5 blade dengan sudut 30º yang bisa

mencapai 42.75 kali putaran dalam 1 menit

Desain dan geometri

Desain dan geometri di ANSYS Workbench

Perhitungan daya mekanik

� P = daya mekanik (Watt)

� Cp = Power Coefficient (59.3% )

� = massa jenis udara kering = 1,1726 kg/m3

� v = kecepatan angin dalam m/s

� r = jari-jari kincir angin dalam meter

� = 3,1415926535….

23 .....2

1rvCpP πρ=

π

ρ

Distribusi kecepatan angin tiap waktudata kecepatan angin bulan nov-des

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

7:55

8:38

9:21

10:04

10:48

11:31

12:14

12:57

13:40

14:24

15:07

15:50

16:33

17:16

18:00

18:43

19:26

20:09

20:52

jam

kece

pat

an (

m/s

)

17-11-0918.11.0919-11-0920-11-0921-11-0922-11-0923-11-0924-11-0925-11-0926-11-0927-11-0928-11-0929-11-0930-11-091/12/20092/12/20093/12/20094/12/20095/12/20096/12/20097/12/20098/12/20099/12/200910/12/200911/12/200912/12/200913-12-0914-12-0915-12-0916-12-0917-12-0918-12-0919-12-0920-12-0921-12-0922-12-0923-12-0924-12-0925-12-0926-12-09

0

1

2

3

4

5

6

7

0 1 2 3 4

kecepatan angin (m/s)

rpm

(p

uta

ran

)

3 blade, 170 cm

5blade, 170cm

Grafik perbandingan rpm 3 blade dan 5 bladedengan panjang rotor 170 cm

Grafik perbandingan rpm 3 blade dan 5 bladedengan panjang rotor 48 cm dan 170 cm

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 1 2 3 4

kecepatan angin (m/s)

rpm

(p

uta

ran

)

3 blade, 48 cm

5 blade, 48 cm

3 blade, 170 cm

5blade, 170cm

Perbandingan torsi 3 blade dan 5 blade dengan panjang rotor 48 cm dan 170 cm

garfik perbandingan torsii

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

kecepatan angin

tors

i (N

m) 3 blade, 48 cm

5 blade, 48cm

3 blade, 170cm

5 blade,170cm

Uji simulasi perubahan panjang rotor

angin

angin

Perbandingan torsi hasil perhitungan dan pengukuran simulasi 3 blade dan 5 blade pada kecepatan angin 2m/s

Panjangrotor(cm)

Kecepatanangin(m/s)

Torsi (Nm)

Blade 3 Blade 5

48

1 0.04 0.11

1.5 0.11 0.25

2 0.20 0.45

2.5 0.32 0.73

3 0.40 1.08

170

1 0.13 0.35

1.5 0.31 0.83

2 0.52 1.55

2.5 0.83 2.37

3 1.23 3.44

Panjangrotor(cm)

Kecepatan angin(m/s)

Torsi (Nm)

3 blade 5 blade

48

1 0.32 0.5

1.5 0.38 0.51

2 0.63 0.65

2.5 0.7 0.81

3 0.93 1.25

170

1 0 0.62

1.5 0.94 1.2

2 1.24 1.26

2.5 1.49 1.84

3 1.77 2.67

Tabel hasil simulasi Tabel hasil pengukuran

kesimpulan� Telah dilakukan perancangan vertical axis wind turbine

untuk kecepatan angin 2m/s dengan mengubah panjang

rotor menjadi 170 cm

� Turbin dengan panjang lengan 170 cm dengan jumlah

blade 3 memiliki nilai rpm 3.48 kali putaran dalam satu

menit pada saat kecepatan angin 2m/s.

� Turbin dengan panjang lengan 48 cm dengan jumlah blade

3 memiliki nilai rpm 9.16 kali putaran dalam satu menit

pada saat kecepatan angin 2m/s.

� performansi rpm terbaik dimiliki oleh turbin dengan

5blade panjang lengan 48 cm sebesar 23.72 kali putaran

dalam satu menit dengankecepatan angin 2m/s.

performansi torsi terbaik dimiliki oleh turbin dengan 5

blade panjang rotor 170 cm sebesar 1.26 Nm.

� Semakin panjang panjang lengan nilai rpm-nya semakin

kicil namun nilai torsinya semakin besar

Daftar Pustaka[1]. Daryanto, Y. 2007 Kajian Potensi angin Untuk Pembangkit

Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG – UPT-LAGG. Yogyakarta

[2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika.

Penyimpangan Nilai Kerapatan Udara pada Pembangkitan Energy di Pulau-Pulau Kecil Indonesia, Jurusan Teknik

Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi

Sepuluh Nopember (ITS), Surabaya.

[4]. Hantoro, Ridho, 2007. Modul Pelatihan Energi Terbarukan, Wind Turbine 2007, Jurusan Teknik Fisika – FTI – ITS.

[5] Prasetya, Arief Pajar. 2008. Uji Performansi Vertical Axis Wind Turbine Tiga dan Lima Blade. Surabaya. Teknik Fisika-FTI-ITS

[6] http://www.ifb.uni-stuttgart.de/~doerner/edesignphil.html

[7] KSE. Modul Pelatihan Ansys. Surabaya

Sekian terima kasih….

Rpm 3 dan 5 blade pada panjangrotor 170 cm

Panjang

rotor (cm)

v

(kecepat

an angin)

rpm (putaran)

3 blade 5 blade

170

1m/s 0 2.94

1.5 m/s 2.45 3.68

2 m/s 3.48 4.30

2.5 m/s 3.71 4.95

3 m/s 4.63 6.16

Data rpm pada masing-masing blade

Panjang rotor (cm)

nilai v (m/s)

rpm (putaran)

48

1 6.58

1.5 7.29

2 9.16

2.5 11.01

3 14.04

Panjangrotor (cm)

nilai v (m/s) rpm (putaran)

170

1 0

1.5 2.45

2 3.48

2.5 3.71

3 4.63

Panjang rotor (cm)

nilai v (m/s)

rpm (putaran)

48

1 17.32

1.5 19.55

2 23.72

2.5 26.08

3 37.38

Panjang rotor(cm)

nilai v (m/s)

rpm (putaran)

170

1 2.94

1.5 3.68

2 4.30

2.5 4.95

3 6.16

Data pengukuran turbin 3 blade

Data pengukuran turbin 5 blade

Data torsi pada masing-masing blade

Panjangrotor

nilai v (m/s)

torsi (Nm)

48

1 0.32

1.5 0.38

2 0.63

2.5 0.7

3 0.93

Panjang rotornilai v (m/s) torsi (Nm)

170

1 0

1.5 0.94

2 1.24

2.5 1.49

3 1.77

Panjangrotor

nilai v (m/s) torsi (Nm)

48

1 0.5

1.5 0.51

2 0.65

2.5 0.81

3 1.25

Panjang rotor nilai v (m/s) torsi (Nm)

170

1 0.62

1.5 1.2

2 1.26

2.5 1.84

3 2.67

Data pengukuran turbin 3 blade

Data pengukuran turbin 5 blade

Massa Jenis AnginDefinisi dari density adalah massa dari suatu fluida

dalam satu satuan volume, atau ρ= m/v,

Selain massa dan volume, kerapatan fluida dipengaruhi

vaiabel lain, yaitu T (temperature) dan S (salinity:

untuk kasus air laut). Kenaikan T memberikan

kontribusi penurunan kerapatan pada sebuah boundary

system yang seragam

ρ = 1,225 kg/m3 untuk daerah dengan temperatur 150C

Hal ini tidak mungkin kita dapati di wilayah pesisir dan

pantaipada siang hari, mengingat temperatur ambient

sekitar 280C-320C (1,1574<ρ<1,1726) Kg/m3 [2].