studi numerikal turbin angin savonius tipe …...fluent in evaluating the fluid flow for determining...

commit to user

library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

STUDI NUMERIKAL TURBIN ANGIN SAVONIUS TIPE S

DENGAN PENAMBAHAN FIN PADA BLADE

MENGGUNAKAN METODE COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC(CFD)

SKRIPSI

Oleh :

BAYU ANGGARA

K2514018

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Juli 2018

commit to user


ii

commit to user


iii

STUDI NUMERIKAL TURBIN ANGIN SAVONIUS TIPE S

DENGAN PENAMBAHAN FIN PADA BLADE

MENGGUNAKAN METODE COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC

(CFD)

Oleh :

BAYU ANGGARA

K2514018

Skripsi

diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan mendapatkan gelar

Sarjana Pendidikan pada Program Studi Pendidikan Teknik Mesin

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Juli 2018

commit to user


iv

commit to user


v

commit to user


vi

ABSTRAK

Bayu Anggara. K2514018. STUDI NUMERIKAL TURBIN

ANGINSAVONIUS TIPE S DENGANPENAMBAHAN FIN PADA

BLADEMENGGUNAKAN METODE COMPUTATIONAL FLUID

DYNAMIC(CFD). Skripsi, Surakarta : Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan

Universitas Sebelas Maret Surakarta, Juli 2018.

Turbin angin savonius merupakan sistem konversi energi angin yang

memiliki potensi yang baik dalam memenuhi kebutuhan energi skala kecil.Akan

tetapi, desain standar dari turbin savonius memiliki efisiensi dan kecepatan putar

yang relatif kecil. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik

aerodinamika turbin angin savonius dengan penambahan fin pada blade

Penelitian ini menggunakan computational fluid dynamic (CFD) dari

sebuah softwareFinite Element Analysis (FEA). Turbin angin savonius pada

penelitian ini memiliki diameter rotor 1,1 m dan tinggi 1,4 m. Model 3D dari

turbin savonius dibuat dengan software CAD SolidWorks® dengan variasi tanpa

penambahan fin, 1 fin, 2 fin dan 3 fin. Kecepatan angin yang digunakan pada

simulasi ini adalah 4,5 m/s dengan permodelan turbulensi k-epsilon standard.

Simulasi ini menggunakan dynamic mesh model, yang kemudian di ekspor pada

ANSYS FLUENT untuk menentukan karakteristik aerodinamika seperti drag,

torsi, dan koefisien daya.

Hasil dari penelitian yang telah dilakukan adalah variasi penambahan 1 fin

menunjukkan performansi aerodinamika yang lebih baik dibandingkan dengan

variasi penambahan 2 fin, 3 fin dan tanpa penambahan fin. Penambahan 1 fin

menghasilkan nilai koefisien daya 0,221 paling tinggi dibandingkan variasi yang

lain. Variasi penambahan 1 fin menunjukkan distribusi tekanan yang lebih baik,

dengan tekanan yang lebih merata dan perbedaan tekanan antara permukaan

cekung dan cembung yang lebih signifikan daripada variasi yang lain.

Kata kunci ; Turbin angin savonius, aerodinamika, fin, computational fluid

dynamic.

commit to user


vii

ABSTRACT

Bayu Anggara. K2514018. NUMERICAL STUDY OF SAVONIUS WIND

TURBINE TYPE S WITH ADDITIONAL FIN BLADE USING

COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC (CFD). Thesis, Surakarta : Teacher

Training and Education Faculty, Sebelas Maret University, July 2018

A Savonius wind turbine is the wind energy conversion systems which

have good potential for a small-scale electrical energy source. However, standard

design savonius rotor has a relatively low efficiency and rotation speed. The aim

of this research is to study aerodynamic characteristic of savonius windsavonius

type S by adding a variation of a fin in its turbine blades.

This research utilized computational fluid dynamic (CFD) using a

commercial Finite Element (FEA) software. Savonius rotor employed in this

research has a 1.1 m rotor diameter in 1.4 m height. The 3D model of savonius

rotor was developed by a CAD Software, SolidWorks®. The wind speed utilized

for simulation purpose was4.5 m/s with k-epsilon standard turbulent model.

Dynamic mesh model was used in this simulation, which then exported to ANSYS

FLUENT in evaluating the fluid flow for determining the aerodynamic coefficient

such as drag, torque and power coefficient. This model simulated a fluid flow

striking the blade and wind condition around the rotate blade.

Results from this study show that the 1 fin addition of variation have better

aerodynamic performance than 2 fins addittion, 3 fins addition, and without

adding fin variation. Add 1 fins produce power coefficient 0,221 that highest than

other varieties. Blade with 1 fin variation shows better pressure distribution, with

relatively equal pressure and significantly different pressure between concave and

concave than other varieties.

Keywords : Savonius wind turbine, wind energy, aerodynamic, fin, computational

fluid dynamic

commit to user


viii

MOTTO

Sesungguhnya sesudah kesulitan akan datang kemudahan, maka kerjakanlah

urusanmu dengan sungguh-sungguh dan hanya kepada Allah kamu berharap

(QS. Al-Insyirah : 6-8)

Banyak kegagalan dalam hidup ini dikarenakan orang-orang tidak menyadari

betapa dekatnya mereka dengan keberhasilan saat mereka menyerah.

(Thomas Alva Edison)

Kesuksesan bukanlah suatu kebetulan.Itu adalah hasil dari kerja keras, ketekunan,

pembelajaran, pengorbanan dan yang terpenting rasa cinta atas yang kau lakukan

dan yang kau pelajari.

(Pele)

Life is like riding bicycle, to keep your balance you must keep moving

(Albert Einstein)

commit to user


ix

PERSEMBAHAN

Skripsi ini saya persembahkan untuk :

Bapak dan Ibu

“Terima kasih atas semua dukungan, doa dan kasih sayang yang tiada pernah

berhenti.Terima kasih atas kerja keras dan semua pengorbanan yang telah

dilakukan selama ini.Diri ini bukanlah apa-apa tanpa kasih sayang kalian”.

Keluarga besar Parto Dikromo dan Darno Sudarpo

Terima kasih atas dukungan dan bantuan yang tidak hentinya diberikan sehingga

saya dapat menyelesaikan studi selama 4 tahun ini

Teman-teman PTM 2014

“Terima kasih telah banyak membantu baik berupa ilmu, tenaga, waktu, masukan,

dan dukungan yang telah kalian berikan selama 4 tahun ini.Juga semangat kerja

keras yang telah kalian tularkan pada saya selama mengerjakan skripsi”.

Addin Nur Kasanah

“Terima kasih senantiasa mendukung, tak pernah bosan memberi semangat dan

memotivasi”.

commit to user


x

KATA PENGANTAR

Puji syukur peneliti panjatkan ke hadirat Allah SWT karena telah

memberikan rahmat dan karunia-Nya berupa ilmu, inspirasi, kesehatan dan

keselamatan.Atas kehendak-Nya peneliti dapat menyelesaikan skripsi dengan

judul “STUDI NUMERIKAL TURBIN ANGIN SAVONIUS TIPE S

DENGANPENAMBAHANFINPADA BLADE MENGGUNAKAN METODE

COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC(CFD)”.

Skripsi ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan untuk

mendapatkan gelar Sarjana pada Program Studi Pendidikan Teknik Mesin,

Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas Maret

Surakarta.Peneliti menyadari bahwa terselesaikannya skripsi ini tidak terlepas dari

bantuan, bimbingan, dan pengarahan dari berbagai pihak. Untuk itu, peneliti

menyampaikan terima kasih kepada :

1. Prof Dr. Joko Nurkamto, M.Pd., Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu

Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.

2. Dr. Suharno, ST., MT., Kepala Program Studi Pendidikan Teknik Mesin

Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas Maret

Surakarta.

3. Dr. Indah Widiastuti, S.T., M.Eng., selaku Pembimbing I, yang telah

memberi dukungan dan bimbingan dalam penyusunan skripsi ini.

4. Dr. Eng Herman Saputro, S.Pd., M.Pd, MT., selaku Pembimbing II yang

telah memberikan pengarahan dan bimbingan dalam penyusunan skripsi

ini.

5. Ir. Husin Bugis, M.Si., selaku Pembimbing Akademik yang telah

membimbing dan mengarahkan selama masa perkuliahan.

6. Budi Harjanto, S.T., M.Eng., selaku Kepala Laboratorium Program Studi

Pendidikan Teknik Mesin yang telah memberi kesempatan dan tempat

guna pengambilan data penelitian.

commit to user


xi

7. Budi Sutopo, selaku Tool man Laboratorium Mesin Program Studi

Pendidikan Teknik Mesin yang telah membantu terlaksananya

pengambilan data penelitian.

Peneliti menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna dan hal ini

antara lain karena keterbatasan peneliti. Meskipun demikian, peneliti berharap

semoga skripsi ini bermanfaat bagi pembaca dan pengembangan ilmu.

Surakarta, 23 Juli 2018

Peneliti

commit to user


xii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL................................................................................................ i

HALAMAN PERNYATAAN ................................................................................ ii

HALAMAN PENGAJUAN................................................................................... iii

HALAMAN PERSETUJUAN............................................................................... iv

HALAMAN PENGESAHAN................................................................................. v

HALAMAN ABSTRAK........................................................................................ vi

HALAMAN MOTTO .......................................................................................... viii

HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................................ ix

KATA PENGANTAR ............................................................................................ x

DAFTAR ISI......................................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiv

DAFTAR TABEL................................................................................................ xvi

DAFTAR LAMPIRAN........................................................................................ xix

BAB I PENDAHULUANA. Latar Belakang Masalah ................................................................... 1B. Identifikasi Masalah.......................................................................... 3C. Pembatasan Masalah......................................................................... 4D. Rumusan Masalah............................................................................. 4E. Tujuan Penelitian .............................................................................. 4F. Manfaat Penelitian............................................................................. 5

BAB II KAJIAN PUSTAKA, KERANGKA BERPIKIR, DAN HIPOTESISA. Kajian Pustaka .................................................................................. 6B. Kerangka Berpikir........................................................................... 15C. Hipotesis ......................................................................................... 15

BAB III METODE PENELITIANA. Tempat dan Waktu Penelitian......................................................... 16B. Desain Penelitian ............................................................................ 16C. Teknik Pengumpulan Data.............................................................. 17D. Teknik Analisis Data ...................................................................... 17E. Prosedur Penelitian ......................................................................... 17

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASANA. Deskripsi Pemodelan Turbin Angin Dengan Computational FluidDynamic CFD....................................................................................... 25B. Pemodelan Turbin Angin Savonius Tipe S..................................... 25

commit to user


xiii

C. Validasi Pemodelan ........................................................................ 30D. Analisis Perbandingan Variasi Penambahan Fin............................ 40

BAB V SIMPULAN, IMPLIKASI, DAN SARAN

A. Simpulan......................................................................................... 43B. Implikasi ......................................................................................... 44C. Saran ............................................................................................... 44

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 45

LAMPIRAN.......................................................................................................... 47

commit to user


xiv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Tipe turbin angin ................................................................................. 6

Gambar 2.2 Prinsip kerja rotor savonius ................................................................ 6

Gambar 2.3 Tipe turbin angin savonius .................................................................. 7

Gambar 2.4 Perbandingan koefisien daya dan tip speed ratio beberapa turbin

angin................................................................................................... 8

Gambar 2.5 Aliran fluida ...................................................................................... 10

Gambar 2.6 Basic parameter savonius wind turbine ........................................... 12

Gambar 2.7 2D novel blade shape ........................................................................ 13

Gambar 2.8 Turbin angin savonius model twisted rotor ...................................... 13

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian...................................................................... 18

Gambar 3.2 Domain simulasi penelitian............................................................... 19

Gambar 3.3 Geometri turbin angin savonius ........................................................ 20

Gambar 3.4 Validasi hasil simulasi dengan eksperimental................................... 21

Gambar 3.5 Turbin angin savonius tanpa fin ........................................................ 22

Gambar 3.6 Turbin angin savonius dengan 1 fin .................................................. 22

Gambar 3.7 Turbin angin savonius 2 fin ............................................................... 23

Gambar 3.8 Turbin angin savonius 3 fin ............................................................... 23

Gambar 4.1 (a) Computational grid dari kedua domain, (b) Domain komputasi

disekitar blade, (c) Domain komputasi disekitar blade (Top view). 27

Gambar 4.2 Domain pemodelan turbin................................................................. 28

Gambar 4.3 Domain pemodelan turbin angin savonius ........................................ 28

Gambar 4.4 Grafik perbandingan koefisien daya (Cp) dan TSR (λ) .................... 30

Gambar 4.5 Distribusi kecepatan pada variasi tanpa penambahan fin (pandangan

depan)............................................................................................... 31

Gambar 4.6 Distribusi kecepatan pada variasi tanpa penambahan fin (pandangan

atas) .................................................................................................. 31

Gambar 4.7 Distribusi kecepatan pada variasi penambahan 1fin (pandangan

depan)............................................................................................... 32

commit to user


xv

Gambar 4.8 Distribusi kecepatan pada variasi penambahan 1fin (pandangan atas)

.......................................................................................................... 32


depan)............................................................................................... 33


.......................................................................................................... 33


depan)............................................................................................... 34


.......................................................................................................... 34

Gambar 4.13 Distribusi tekanan pada variasi tanpa penambahan fin (pandangan

depan)............................................................................................... 35

Gambar 4.14 Distribusi tekanan pada variasi tanpa penambahan fin (pandangan

atas) .................................................................................................. 35

Gambar 4.15 Distribusi tekanan pada variasi penambahan 1fin (pandangan depan)

.......................................................................................................... 36

Gambar 4.16 Distribusi tekanan pada variasi penambahan 1fin (pandangan atas)36


.......................................................................................................... 37



.......................................................................................................... 38


Gambar4.21Streamline pada variasi tanpa penambahan fin ................................. 39

Gambar4.22 Streamline pada variasi penambahan 1fin ........................................ 39



DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Skala kualitas meshing ............................................................................ 9

commit to user


xvi

Tabel4.1 Pengaturan sizing pemodelan................................................................. 26

Tabel4.2 Setting kondisi domain pemodelan turbin angin savonius..................... 29

Tabel4.3 Perbandingan hasil dari beberapa model turbulensi .............................. 29

Tabel4.4 Nilai performa dari pemodelan turbin angin savonius........................... 41

Tabel4.5 Nilai performa hasil eksperimen ........................................................... 41

commit to user


xvii

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1 Meshing Report dari Simulasi ANSYS ............................................. 49

Lampiran 2Surat keputusan Dekan tentang Izin Menyusun Skripsi ..................... 56

Lampiran 3Surat Permohonan Izin Penelitian kepada Instansi ............................ 57

Lampiran 4Surat Permohonan Izin Penelitian kepada Rektor .............................. 58

studi numerikal turbin angin savonius tipe …...fluent in evaluating the fluid flow for determining...

Documents