studi eksperimental performansi vertical axis wind …
TRANSCRIPT
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].