Post on 09-Mar-2019
UNIVERSITAS INDONESIA
DESAIN VERTICAL AXIS WIND TURBINE TIPE SAVONIUS OPTIMALISASI KECEPATAN ANGIN RENDAH
SKRIPSI
ADITYA INDRA BAYU
0806454544
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
DEPOK
JULI 2012
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
ii
UNIVERSITAS INDONESIA
DESAIN VERTICAL AXIS WIND TURBINE TIPE SAVONIUS OPTIMALISASI KECEPATAN ANGIN RENDAH
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
ADITYA INDRA BAYU
0806454544
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
DEPOK
JULI 2012
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
iii
HALAMAN PERSETUJUAN
Judul : DESAIN VERTICAL AXIS WIND TURBINE TIPE SAVONIUS OPTIMALISASI KECEPATAN ANGIN RENDAH
Nama : ADITYA INDRA BAYU
NPM : 0806454544
Laporan tugas akhir ini telah diperiksa dan disetujui.
Juli 2012
Ir. Warjito M.Sc., Ph.D
Pembimbing Tugas Akhir
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
d
HALAM
Tugas
dan semua s
NAMA
NPM
TANDA
TANG
MAN PERN
akhir ini ad
umber baik
telah saya n
A
A TANGA
GAL
iv
NYATAAN
dalah hasil k
k yang dikut
nyatakan de
: ADIT
: 08064
AN :
: Juli 2
N ORISINA
karya saya s
tip maupun
engan benar
TYA INDRA
454544
2012
ALITAS
sendiri,
yang diruju
r.
A BAYU
uk
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
v
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas akhir ini diajukan oleh :
Nama : ADITYA INDRA BAYU
NPM : 0806454544
Program Studi : TEKNIK MESIN
Judul Tugas Akhir : DESAIN VERTICAL AXIS WIND TURBINE TIPE SAVONIUS OPTIMALISASI KECEPATAN ANGIN RENDAH
Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai
bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia.
DEWAN PENGUJI
Pembimbing : Ir. Warjito M.Sc., Ph.D ( )
Penguji : Prof. Dr. Ir. Budiarso M.Eng ( )
Penguji : Prof. Dr. Ir. Harinaldi M.Eng ( )
Penguji : Dr. Ir. Ahmad Indra M.Eng ( )
Ditetapkan di : Depok
Tanggal :
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat
dan rahmat-Nya, saya dapat menyelesaikan skripsi ini. Penulisan skripsi ini dilakukan dalam
rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik
Mesin pada Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Saya menyadari bahwa tanpa bantuan dan
bimbingan dari berbagai pihak, penyusunan skripsi ini sangatlah sulit bagi saya. Oleh karena
itu, saya mengucapkan terima kasih kepada:
1) Orang tua dan keluarga besar yang telah memberikan dukungan moril dan materiil;
2) Dr. Wardjito, M.Eng sebagai dosen pembimbing yang telah meluangkan waktunya
untuk memberi masukan, inspirasi dan kesediaan beliau untuk meminjamkan
komputernya untuk digunakan simulasi;
3) Dr. Ir.Harinaldi, M.Eng selaku kepala Departemen Teknik Mesin;
4) Kuswarini, yang telah berperan menjadi pacar yang baik dan penyemangat dalam
kegiatan sehari-hari dan membantu penyelesaian skripsi ini;
5) Nurrohman, sebagai teman yang membantu bertukar pikiran dalam penyelesaian
skripsi ini;
6) Anindio Prabu, yang telah memberikan inspirasi untuk memulai penelitian terhadap
topik ini;
7) Teman-teman yang telah menemani penyelesaian skripsi dan turut mengingatkan akan
deadline skripsi;
Akhir kata, saya berharap Tuhan Yang Maha Esa berkenan membalas segala kebaikan semua
pihak yang telah membantu. Semoga skripsi ini membawa manfaat bagi pengembangan ilmu
pengetahuan.
Depok, 11 Juli 2012
Penulis
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
vii
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
H
Sebagai civ
ini :
Nam
NPM
Prog
Fak
Jeni
demi peng
Universitas
Free Right)
DE
beserta per
eksklusif in
mengelola
tugas akhir
sebagai pem
Demikian p
Dib
Pad
HALAMAN
vitas akadem
ma
M
gram Studi
kultas
is Karya
gembangan
s Indonesia
) atas karya
SAIN VEROPTIM
rangkat yan
ni Universi
dalam bent
r saya selam
milik Hak C
pernyataan i
buat di
da tanggal
N PERSET
mik Univer
: AD
: 08
: TE
: TE
: Sk
ilmu pen
a Hak Beb
ilmiah saya
RTICAL AXMALISASI
ng ada (jik
itas Indone
tuk pangkal
ma tetap men
Cipta.
ini saya bua
: De
: Ju
(AD
viii
UJUAN PU
sitas Indone
DITYA IND
806454544
EKNIK ME
EKNIK
kripsi
getahuan,
as Royalti
a yang berju
XIS WINDKECEPAT
ka diperluk
esia berhak
lan data (da
ncantumkan
at dengan se
epok
uli 2012
Yang meny
DITYA IND
UBLIKASI
esia, saya y
DRA BAYU
ESIN
menyetujui
Non-eksk
udul :
D TURBINETAN ANG
kan). Denga
menyimpa
atabase), m
n nama saya
ebenarnya.
yatakan,
DRA BAYU
I KARYA I
yang bertand
U
i untuk m
klusif (Non-
E TIPE SAIN RENDA
an Hak Be
an, mengali
merawat, dan
a sebagai p
U)
ILMIAH
da tangan d
memberikan
-exclusive R
AVONIUS AH
ebas Royal
ihmedia/for
n mempubli
enulis/penc
di bawah
kepada
Royalty-
lti Non-
rmatkan,
ikasikan
cipta dan
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
ix
ABSTRAK
Nama : ADITYA INDRA BAYU
Program Studi : TEKNIK MESIN
Judul : DESAIN VERTICAL AXIS WIND TURBINE TIPE SAVONIUS OPTIMALISASI KECEPATAN ANGIN RENDAH
Turbin angin tipe Savonius adalah turbin angin sumbu vertikal (VAWT) yang memiliki
kelebihan di konstruksinya yang sederhana, kemampuan untuk menerima angin dari segala
arah, kemudahan dalam perawatan dan tidak menghasilkan suara yang bising. Karakteristik
ini membuatnya cocok diterapkan untuk daerah perkotaan ataupun perumahan. Yang menjadi
kendala utama adalah lokasi penempatan yang cenderung berkecepatan angin rendah.
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan konfigurasi yang tepat untuk turbin angin
Savonius agar mampu memberikan performa yang baik pada kecepatan angin rendah. Hasil
penelitian dan studi kasus menunjukkan bahwa untuk setiap variasi parameter geometrik
Savonius turut serta mempengaruhi performa secara keseluruhan. Nilai Overlap Ratio antara
0.15 dan 0.25 memberikan performa yang optimal bagi nilai Cp. Dengan desain dan
konfigurasi Overlap R atio yang tepat diharapkan mampu menambah performa untuk
kecepatan angin rendah.
Kata Kunci : Vertical Axis Wind Turbine, Savonius, Kecepatan angin rendah
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
x
ABSTRACT
Name : ADITYA INDRA BAYU
Program : MECHANICAL ENGINEERING
Title : DESIGN OF VERTICAL AXIS WIND TURBINE SAVONIUS OPTIMALIZED FOR LOW WIND VELOCITY
Savonius wind turbine is a vertical axis wind turbine which has many advantages such
as simple construction, capabilites to accepting wind in omni directional, easiness in
maintenance and low noise pollution. These characteristic make it ecspecially suited
as an alternative electricity source in cities and urban area. The only problem lies in
the low wind velocity which resulting in low torque and power output. This research
aimed to decide the best configuration for Savonius wind turbine si it give the best
performance possible. Research and various studies shows that for every geometric
parameters give a boost in performance. An Overlap Ratio value of 0.15 and 0.25
gives the optimum Cp value according to various sources. With the right design and
optimum configurations of Overlap Ratio, hopefully could increase the performance
significantly in low wind velocity.
Keywords : Vertical Axis Wind Turbine, Savonius, Low wind velocity
.
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
xi
DAFTAR ISI
Halaman Judul ................................................................................................................... i
Halaman Persetujuan ...................................................................................................... iii
Halaman Pernyataan Orisinalitas .................................................................................... iv
Halaman Pengesahan ........................................................................................................ v
Kata Pengantar................................................................................................................. vi
Halaman Persetujuan Publikasi Karya Ilmiah .............................................................. viii
Abstrak ............................................................................................................................ ix
Abstract ............................................................................................................................ x
Daftar Isi .......................................................................................................................... xi
Daftar Gambar, Grafik, dan Tabel ................................................................................ xiii
Bab I Pendahuluan ............................................................................................................ 1
I. 1 Latar Belakang ........................................................................................................... 1
I. 2 Tujuan Penelitian ....................................................................................................... 3
I. 3 Perumusan Masalah ................................................................................................... 3
I. 4 Pembatasan Masalah .................................................................................................. 3
I. 5 Sistematika Penulisan................................................................................................. 4
Bab II Landasan Teori ...................................................................................................... 5
II. 1 Geometric Parameter ................................................................................................ 7
II. 2 Parameter Yang Berpengaruh ................................................................................... 7
II. 3 Dasar Teori ............................................................................................................. 15
Bab III Metodologi Penelitian ........................................................................................ 20
III. 1 Penentuan Karakteristik Turbin Angin ................................................................. 20
III. 2 Penentuan Desain Turbin Angin .......................................................................... 21
III. 3 Parameter Yang Digunakan .................................................................................. 25
III. 4 3D Modeling ......................................................................................................... 28
III. 5 Simulasi dan Batasan Masalah ............................................................................. 32
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
xii
III. 6 Meshing dan Goals setting ................................................................................... 36
Bab IV Hasil Simulasi Dan Analisa ............................................................................... 39
IV. 1 Pengolahan Data .................................................................................................... 39
IV. 2 Analisa Grafik ....................................................................................................... 42
IV. 3 Analisa Kualitatif .................................................................................................. 50
Bab V Kesimpulan Dan Saran ........................................................................................ 58
IV. 1 Kesimpulan............................................................................................................ 58
IV. 2 Saran ...................................................................................................................... 59
Daftar Pustaka ................................................................................................................ 60
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
xiii
DAFTAR GAMBAR, TABEL, DAN GRAFIK
Gambar 1-1. Presentase Emisi Greenhouse Gas .............................................................. 1
Gambar 1-2. Tabel Kecepatan Rata-rata di Indonesia ...................................................... 2
Gambar 2-1. Turbin Angin Savonius ............................................................................... 5
Gambar 2-2. Geometric Parameter Savonius. .................................................................. 7
Gambar 2-3. Aspect Ratio Terhadap Bentuk Turbin........................................................ 8
Gambar 2-4. Savonius dengan profil semi-circular. ....................................................... 11
Gambar 2-5. Savonius Dengan Sudut Twist Bervariasi. ................................................ 12
Gambar 2-6. Savonius dengan bentuk helical ............................................................... 12
Gambar 2-7. Penggunaan Valve pada bucket................................................................. 15
Gambar 3-1. Savonius dengan profil twist ..................................................................... 22
Gambar 3-2. Nampak depan profil Helical .................................................................... 22
Gambar 3-3. Model Savonius Helical ........................................................................... 23
Gambar 3-4. Savonius dengan profil semi-circular ............................................................ 24
Gambar 3-5. Angin terpantulkan oleh advancing bucket .............................................. 25
Gambar 3-6. Rendering 3D Twisted Savonius Menggunakan Photoview 360 ............. 29
Gambar 3-7. Rendering 3D Helical Savonius Menggunakan Photoview 360 ............... 30
Gambar 3-8. Rendering 3D Semi-circular Savonius Menggunakan Photoview 360 .... 31
Gambar 3-9. Setting Initial Mesh .................................................................................. 36
Gambar 3-10. Hasil meshing otomatis level 5 .............................................................. 37
Gambar 3-11. Pengaturan cell secara manual ................................................................ 37
Gambar 3-12. Hasil meshing dengan pengaturan manual .............................................. 37
Gambar 3-13. Pemilihan Goals ..................................................................................... 38
Gambar 4-1. (a) Overlap ratio 0.15. (b) Close up untuk Overlap ratio 0.15. (c).
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
xiv
Overlap ratio 0.25. ......................................................................................................... 50
Gambar 4-2. Cut plot tekanan untuk Twist 45 dengan Overlap ratio 0.15 dan 0.25 ...... 51
Gambar 4-3. Flow trajectory untuk Twist 45 dengan Overlap ratio 0.15 ...................... 51
Gambar 4-4. Surface plot tekanan untuk Twist 45 dengan Overlap ratio 0.15. ............. 52
Gambar 4-5. Cut plot model Helical Overlap ratio 0.15 .............................................. 53
Gambar 4-6. Surface plot model Helical Overlap ratio 0.25. ........................................ 54
Gambar 4-7.Cut plot kecepatan model Helical Overlap ratio 0.15 dan 0.25 ................ 55
Gambar 4-8. Cut plot tekanan model Helical Overlap ratio 0.15 dan 0.25. .................. 55
Gambar 4-9. Cut plot kecepatan untuk Semi-circular dengan e 0.15 (atas) dan 0.25
(bawah) ........................................................................................................................... 56
Gambar 4-10. Cut plot tekanan untuk Semi-circular dengan e 0.15 dan 0.25 ............... 57
Grafik 2-2 . (a) Perbandingan nilai overlap ratio dengan maximum Cp. (b) Variasi nilai
Overlap ratio dengan plot terhadap Cpaveraged dan λ. ......................................................... 8
Grafik 2-3. Efek penambahan end plates terhadap Cpaveraged dan λ ................................. 9
Grafik 2-4. (a) Posisi angular terhadap momen pada jumlah bucket 2 dan 3. (b)
Pengaruh jumlah bucket terhadap nilai Cpaveraged dan λ. ........................................... 10
Grafik 2-5. Pengaruh multiple stages terhadap moment ............................................... 11
Grafik 2-6. Plot Twist Angle Terhadap Torsi ................................................................ 12
Grafik 2-7. Nilai CM dan Cp berturut-turut berdasarkan Re .......................................... 13
Grafik 2-8. Turbulence intensity dan pengaruhnya terhdapa Cpaveraged dan λ ................ 14
Grafik 4-1. Plot nilai Cp terhadap Tip speed ratio pada Helical dengan e=0.15 ........... 40
Grafik 4-2. Plot nilai Ct terhadap Tip speed ratio pada Helical dengan e=0.15 ............ 41
Grafik 4-3. Efek profil Bucket terhadap perfroma ......................................................... 42
Grafik 4-4. Percobaan U.K. Saha [2] ........................................................................... 42
Grafik 4-5. Percobaan Kamoji[3] terhadap performa Savonius Helical. ......................... 43
Grafik 4-6. Efek profil Bucket pada nilai Ct .................................................................. 44
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
xv
Grafik 4-7. Pengaruh Overlap ratio terhadap Cp ........................................................... 45
Grafik 4-8. Pengaruh Overlap ratio terhadap Ct ............................................................ 46
Grafik 4-9. Koefisien Torsi Statik Twist 45. .................................................................. 47
Grafik 4-10. Koefisien Torsi Statik Helical. .................................................................. 48
Grafik 4-11. Koefisien Torsi Statik Semi-circular. ........................................................ 49
Tabel 2-1. Modifikasi Desain dan Efeknya Pada Performa ............................................ 6
Tabel 2-2. Studi kasus terhadap Turbulence intensity dan efek pada maksimum
Cpaveraged .................................................................................................................... 14
Tabel 3-1. Parameter Yang Digunakan Untuk Simulasi ............................................... 26
Tabel 3-2. Parameter Tetap Yang digunakan untuk rancang bangun turbin angin ........ 27
Tabel 3-3. Ukuran yang digunakan untuk rancang bangun turbin angin ...................... 27
Tabel 3-4. Spesifikasi Workstation yang digunakan ..................................................... 28
Tabel 3-5. Nilai kecepatan angular yang didapatkan dari tip speed ratio ..................... 33
Tabel 3-6. Kecepatan angin daerah DKI Jakarta periode 2000-2007 ............................ 33
Tabel 3-7. Nilai daya yang dapat di ekstrak dari angin ................................................. 34
Tabel 3-8. Nilai Turbulence intensity ............................................................................ 35
Tabel 4-1. Pengolahan data melalui excel ..................................................................... 39
Tabel 4-2. Pmax yang digunakan .................................................................................. 39
Tabel 4-3. Nilai Cp terhadap Tip speed ratio ................................................................. 40
Tabel 4-4. Nilai Ct terhadap Tip speed ratio ................................................................ 40
Tabel 3-8. Nilai Turbulence intensity ............................................................................ 35
Tabel 4-1. Pengolahan data melalui excel ..................................................................... 39
Tabel 4-2. Pmax yang digunakan .................................................................................. 39
Tabel 4-3. Nilai Cp terhadap Tip speed ratio ................................................................. 40
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
1.1
Sejak
juga de
adalah,
melonja
terhadap
Indo
cukup t
yang d
kelistrik
Hal
terbaruk
grafik p
banyak
energi.
Latar Bela
k dimulainy
engan pengg
memasuk
aknya harg
p energi ter
onesia sebag
tinggi meru
iambil pad
kan di indon
ini terjad
kan, padaha
pemanfaatan
lahan dan r
akang
ya revolusi
gunaan dan
ki abad ke
a minyak d
rbarukan ya
gai negara b
upakan peny
da tahun 20
nesia secara
G
di karena k
al potensi e
n energi ter
ruang luas y
industri pa
n eksploitasi
e-21 dunia
dimana-man
ng telah ter
berkembang
yumbang ke
005 menunj
a signifikan
Gambar 1-1. Pr
kurangnya
energi di In
rbarukan ya
yang dapat
16
BAB
PENDAHU
ada abad 20
i bahan bak
a dilanda
na. Hal ini
rsedia.
g dengan tin
etiga emisi
jukkan bah
mengambil
resentase emis
eksplorasi
ndonesia cuk
ang terdapat
kita kemban
B I
ULUAN
0, kemajuan
kar fosil sec
krisis ener
i tak lepas
ngkat pengg
gas karbon
hwa transpo
l peran dala
si greenhouse g
terhadap
kup melimp
t di Indones
ngkan untuk
U
n teknologi
cara besar-b
rgi. Hal i
dari kuran
gunaan baha
ndioksida.
ortasi, petro
am penghasi
gas
penggunaan
pah. Hal in
sia. Dapat d
k menghasi
Universitas In
yang pesat
besaran. Ak
ini mengak
ngnya pema
an bakar fo
Grafik diba
oleum & g
il emisi gas
n energi a
ni dapat dili
dilihat bahw
ilkan dan m
ndonesia
t diiringi
kibatnya
kibatkan
anfaatan
osil yang
awah ini
gas serta
CO2.
alternatif
ihat dari
wa masih
mengolah
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
17
Universitas Indonesia
Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB), merupakan salah satu solusi energi alternatif
dengan memanfaatkan energi kinetik angin. Potensi energi angin di Indonesia mencapai
9,286 MW, di mana penggunaan hingga tahun 2004 masih kurang dari 0.5 MW berdasarkan
data dari Indonesia Energy Outlook and Statistics 2004.
Meskipun Indonesia memiliki distribusi angin yang kurang baik, namun berbeda pada
daerah pesisir pantai yang memiliki potensi angin yang melimpah sehingga dapat
memanfaatkan energi kinetik pada angin secara leluasa. Contohnya adalah Nusa Tenggara
Timur yang memiliki kecepatan rata-rata angin hingga lebih dari 5m/s.
Namun bagaimana dengan daerah perkotaan ataupun daerah yang memiliki kecepatan
angin relatif rendah? Apakah mereka tidak dapat ikut mengambil manfaat dari energi potensi
angin ini?. Tentu saja bisa, dengan desain dan konfigurasi yang sesuai, daerah berkecepatan
angin rendah dapat ikut menikmati manfaat dari energi terbarukan ini.
Gambar 1-2. Tabel kecepatan rata-rata di Indonesia
Dengan tujuan inilah, penelitian dilakukan agar dengan kecepatan angin yang rendah
sekalipun dapat menghasilkan daya yang signifikan dengan desain turbin angin yang sesuai.
1.2 Tujuan Penelitian
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
18
Universitas Indonesia
Penelitian ini ditujukan untuk mendapatkan desain dan konfigurasi yang sesuai untuk
optimalisasi turbin angin tipe savonius pada kecepatan angin rendah.
1.3 Perumusan Masalah
Pada desain turbin angin tipe Savonius, optimalisasi haruslah dapat menghasilkan torsi
dan daya yang cukup tinggi pada kecepatan angin rendah. Dengan plotting Cp dan Ct yang
didapatkan dan membandingkan dengan rujukan literatur akan kita dapatkan seberapa efisien
desain yang telah dibuat.
1.4 Pembatasan Masalah
Penelitian ini bertujuan menentukan bentuk turbin angin tipe Savonius yang sesuai untuk
kecepatan angin rendah. Rancang bangun dilakukan menggunakan software Solidworks
2012. Dengan menentukan desain yang telah ada dari literatur, dan mengubah beberapa nilai
parameter, dilakukan simulasi menggunakan Solidworks Flow Simulation untuk mengambil
nilai torsi dan kecepatan dari desain.
1.5 Metodologi Penelitian
Metodologi penelitian yang diterapkan adalah sebagai berikut :
1. Mencari informasi mengenai turbin angin melalui jurnal dan literatur
2. Melakukan studi literatur secara mendalam terhadap parameter yang membentuk
turbin angin
3. Pemilihan desain VAWT yang sesuai untuk kecepatan angin rendah, dan membuat
model 3D menggunakan Solidworks 2012
4. Melakukan simulasi menggunakan Solidworks Flow Simulation
5. Menganalisa data yang didapatkan
1.6 Sistematika Penulisan
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
19
Universitas Indonesia
BAB I. Pendahuluan
Pada bab ini dijelaskan mengenai latar belakang penelitian, tujuan penelitian, perumusan
masalah, pembatasan masalah, metodologi penulisan dan sistematika penulisan.
BAB 2. Pengenalan Turbin angin tipe Savonius
Pada bab ini, dijelaskan mengenai turbin angin tipe Savonius, dasar teori dan parameter
yang mempengaruhi performa secara keseluruhan.
BAB 3. Desain 3D Model dan Simulasi
Pada bab ini, akan dilakukan pembahasan mengenai 3D model settingan simulasi yang
digunakan, dan variabel-variabel yang telah ditentukan sebelumnya.
BAB 4. Pembahasan dan Analisa hasil simulasi
Pada bab ini, akan dilakukan pembahasan terhadap masing-masing simulasi disertai
analisa performa secara keseluruhan.
BAB 5. Kesimpulan dan Saran
Pada bab ini, berisi kesimpulan dan saran untuk penelitian selanjutnya.
BAB II
LANDASAN TEORI
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
20
Universitas Indonesia
Turbin angin, merupakan suatu alat yang mengubah energi potensial angin menjadi energi
listrik melalui serangkaian mekanisme. Secara umum terdapat dua jenis turbin angin, yaitu
Horizontal axis wind turbine dan Vertical axis wind turbine. Sesuai namanya, masing-masing
memiliki poros utama horisontal dan vertikal sebagai sumbu berputarnya blade.
VAWT tipe Savonius itu sendiri pertama kali diperkenalkan oleh ilmuwan asal finlandia
yang bernama Sigurd Johannes Savonius pada tahun 1922. Dengan bentuk setengah silinder
kosong yang dipasang saling berhadapan dengan membentuk huruf S. VAWT tipe Savonius
ini merupakan salah satu turbin angin dengan bentuk yang sederhana dan berdasarkan jenis
drag.
Savonius beroperasi pada tip speed ratio rendah, umumnya memiliki nilai λ~0.1 atau
dibawahnya, memiliki efisiensi yang rendah jika kita membandingkannya dengan tipe
lainnya. Namun, diluar itu juga terdapat beberapa kelebihan dibandingkan dengan tipe
lainnya :
1. Mesin dan gearbox terletak pada base yang dekat dengan ground, sehingga
memudahkan untuk maintenance
2. Dapat menerima angin dari segala arah
3. Cut-in speed yang relatif rendah dibandingkan dengan HAWT
4. Dapat menghasilkan daya pada kecepatan angin rendah
5. Konstruksi yang hemat area, sehingga memudahkan pemasangan VAWT lainnya.
Untuk mengatasi kekurangannya, telah banyak penelitian dan percobaan terhadap
konfigurasi savonius, diantaranya penggunaan profil twist pada semi-circular blade. Pada
jurnal “On the performance analysis of Savonius rotor with twisted blades” yang ditulis oleh
U.K. Saha [9] menyebutkan bahwa terdapat kenaikan efisiensi sebanyak 27%. Beberapa
pengembangan desain yang diketahui dapat dilihat pada tabel dibawah ini.
Gambar 2-1 Turbin angin tipe Savonius
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
21
Universitas Indonesia
Modifikasi desain Efek
Helical rotor Menambah torsi statik
Twisted blade Efisiensi 27% (relatif)
Guide box tunnel Efisiensi 50% (3 blades)
Deflector plate Efisiensi 20%
Grafik 2-1. Nilai ideal Cp dan Cm terhadap nilai λ.
Nilai Cp dan Cm yang ideal untuk sebuah turbin angin tipe Savonius, diberikan pada grafik
diatas dengan plotting nilai aerodynamic coefficient versus velocity coefficient (λ). Nilai
maksimum untuk Cp dan Cm berturut-turut adalah 0.30 pada nilai λ = 1, dan 0.43 pada nilai λ
= 0.40.
Tabel 2-1 Modifikasi desain dan efeknya pada performa
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
22
Universitas Indonesia
2.1 Geometric Parameter
Tidak seperti turbin angin pada umumnya, Savonius menggunakan silinder yang dibelah
dua dan disusun menjadi bentuk huruf S sebagai blade dan seringkali disebut sebagai bucket.
Konfigurasi untuk blade Savonius dapat digambarkan sebagai berikut
Masing-masing parameter diatas ikut menyumbangkan kepada performa total dari turbin
angin tipe Savonius itu sendiri. Pembahasan lebih lanjut akan diberikan pada subab 2.2.
2.2 Parameter Yang Berpengaruh
Turbin angin tipe Savonius memiliki beberapa parameter utama yang menentukan
performa secara keseluruhan. Masing-masing performa ini telah dipelajari dan diteliti dan
diverifikasi kebenarannya. Beberapa parameter utama ini adalah:
2.2.1 Geomteric Paramter a dan e
Verifikasi dari parameter a dan e terhadap pengaruh total performa turbin angin tipe
Savonius telah lama diteliti. Dari percobaan dan studi kasus dapat disimpulkan bahwa nilai
a=0 memberikan performa terbaik untuk savonius dengan profil blade semi-circular (bucket).
Sedangkan untuk nilai e, menurut Fujisawa [2] melalui jurnalnya “Velocity measurements
and numerical calculations of flow fields in and around Savonius rotors “, nilai optimal
untuk e ini adalah sama dengan 15% dari diameter blade. Sedangkan Blackwell [6]
berdasarkan penelitiannya “Wind tunnel performance data for two- and three-bucket
Savonius rotors”, mengambil kesimpulan bahwa nilai e ideal berada antara 10 dan 15% dari
ukuran diameter blade. Alexander dan Holownia [7] (Wind tunnel tests on a Savonius rotor),
Notasi :
e - primary overlap
a - secondary overlap
d - diameter bucket
R - jari-jari rotor.
Gambar 2-2. Geometric parameter Savonius
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
23
Universitas Indonesia
serta Mojola [5] (On the aerodynamic design of the Savonius windmill rotor)
mengindikasikan nilai 20 hingga 30% untuk mendapatkan performa terbaik.
Pada tabel diatas dapat kita lihat pengaruh nilai overlap (o/c) yang didapatkan Fujisawa [2],
bahwa nilai optimal untuk o/c adalah 0.15. Sedangkan pada tabel disamping yang didapatkan
Alexander dan Holownia [7] menunjukkan bahwa nilai overlap optimal adalah 0.20.
2.2.2 Aspect Ratio (Ar)
Ar merupakan aspek rasio dari turbin angin tipe savonius, dan didapatkan dengan
perbandingan tinggi turbin angin dan diameter rotor. Semakin tinggi rasio ini, maka turbin
angin akan memiliki losses yang rendah akibat efek dari ujung bucket. Berdasarkan studi
kasus [12] yang dilakukan, nilai optimal untuk Ar adalah 2.
Grafik 2-2. (a) Perbandingan nilai overlap ratio dengan maximum Cp. (b) Variasi nilai overlap ratio dengan plot terhadap Cpaveraged dan λ.
(b) (a)
Gambar 2-3. Aspect Ratio terhadap bentuk turbin
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
24
Universitas Indonesia
Ar dapat dinyatakan dengan :
=
Dimana = 4 = 2
2.2.3 End plates
End plate merupakan plat yang terpasang pada bagian atas dan bawah turbin angin
savonius. Penambahan end plates dapat menambah nilai rata-rata maksimum power
coefficient (CPaveraged). Dengan adanya end plates, turbin angin juga beroperasi lebih efisien
pada tip spedd rasio yang tinggi.
Fungsi dari end plates ini untuk mencegah udara keluar dari sisi cekung turbin angin,
sehingga tekanan dalam antara sisi cekung dan
cembung tetap dalam keadaan yang optimal.
Untuk nilai diameter, didapatkan melalui
rumus :
= 1.1
Dimana, R adalah nilai jari-jari rotor, yang
dapat kita lihat pada gambar 2.2.
Grafik 2-3. Efek penambahan end plates terhadap Cpaveraged dan λ.
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
25
Universitas Indonesia
2.2.4 Jumlah Buckets dan Stages
Menurut Blackwell [6] (Wind tunnel performance data for two- and three-bucket Savonius
rotors), getaran dinamis dan momen statik dari savonius rotor sepanjang posisi angular dari
advancing bucket, yakni bucket yang maju terdorong kedepan dapat dikurangi dengan
penambahan bucket. Sehingga, secara singnifikan mengurangi nilai posisi angular untuk
advancing bucket, dimana momen rotor relatif rendah, karena kemungkinan dari bucket
untuk berada diposisi yang bagus agar mengekstrak momentum aliran udara bertambah.Hal
ini dapat dilihat pada gambar dibawah, yang menunjukkan siklus momen dari rotor untuk
jumlah bucket 2 dan 3.
Namun, penambahan ini mengakibatkan berkurangnya nilai rata-rata maksimum power
coefficient dan moment coefficient. Hal ini terjadi karena ketika bucket memantukan aliran
udara yang seharusnya menumbuk ke bucket nomor 2, namun juga memantulkan aliran udara
yang diperuntukkan ke bucket nomor 3. Ini disebut cascade effect. Hasilnya adalah, lebih
sedikit energi yang dilepaskan oleh udara untuk dirubah menjadi energi mekanik. Dengan
alasan inilah, Savonius dengan dua bucket lebih dipilih karena memiliki nilai rata-rata
maksimum power coefficient yang lebih tinggi, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel
diatas.
Menurut U.K. Saha et al [10] (Optimum design configuration of Savonius rotor through
wind tunnel experiment) dan Hayashi [19] (Wind tunnel test on a different phase three-stage
Savonius rotor), solusi untuk menguarngi fluktuasi nilai momen tanpa secara signifikan
mengurangi performa adalah dengan menggunakan multiple stages. Prinspinya adalah
(b) (a)
Grafik 2-4. (a) Posisi angular terhadap momen pada jumlah bucket 2 dan 3. (b) Pengaruh jumlah bucket terhadap nilai Cpaveraged dan λ.
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
26
Universitas Indonesia
menyalurkan daya ke shaft rotor dan beroperasi dengan siklus saling menghambat satu sama
lain.
Grafik 2-5. Pengaruh multiple stages terhadap moment
2.2.5 Bentuk Buckets
Salah satu parameter yang berpengaruh secara signifikan pada performa total turbin angin
tipe Savonius adalah bentuk atau desain buckets. Secara umum, bentuk-bentuk yang telah
diteliti dan digunakan hingga saat ini adalah:
1. Semi-circular
Merupakan bentuk paling umum dan sering digunakan. Konstruksinya sangat
sederhana, hanya menggunakan silinder yang dibelah menjadi dua, dan disusun
sesuai bentuk huruf ‘S [13]’.
Gambar 2-4. Savonius dengan profil semi-circular
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
27
Universitas Indonesia
2. Twisted
Rotor dengan bucket twist, menghasilkan moment lebih besar dibandingkan
dengan bucket profil semi-circular. Saha et al [10] (Optimum design configuraton
of Savonius rotor through wind tunnel experiments), mendapatkan nilai nilai Cp
sebesar 0.31 untuk rotor dengan bucket twist, dan 0.29 untuk semi-circular.
Dibawah ini, merupakan plotting twist angle vs torsi, dapat kita perhatikan bahwa
nilai angle yang menghasilkan torsi paling tinggi adalah 45˚ [26].
3. Helical
Bentuk helical, memiliki performa yang mirip
dengan penambahan multiple stage pada rotor.
Osilasi moment pada saat beroperasi dengan
menggunakan rotor helical, berkurang secara
signifikan. Secara umum, berdasarkan penelitian,
performa helical tidak jauh berbeda dari performa
profil semi-circular.
Gambar 2-5. Savonius dengan sudut twist bervariasi
Grafik 2-6. Plot twist angle terhadap torsi
Gambar 2-6. Savonius dengan bentuk helical.
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
28
Universitas Indonesia
2.2.6 Bilangan Reynold
Bilangan Reynold mempengaruhi performa boundary layer separation. Penambahan pada
bilangan Reynold, akan menghambat pemisahan pada sisi cembung dari bucket. Hasilnya
adalah, pengurangan terhadap drag pada returning bucket. Hal ini dikarenakan bertambahnya
tekanan, sehingga gaya angkat (lift) ikut bertambah dan menambah moment dari rotor.
Bilangan Reynold dinyatakan dengan :
Dibawah ini merupakan tabel yang menunjukkan relasi antara performa turbin angin (Cp
dan CM) dengan bilangan Reynold.
2.2.7 Turbulence Intensity
Faktor lainnya adalah Turbulence intensity, yang merupakan kualitas dari aliran udara
disekeliling turbin angin dan mempengaruhi performa dari turbin angin dengan menurunkan
nilai Cp seiring pertambahan turbulence intensity.
Grafik 2-7. Nilai CM dan Cp berturut-turut berdasarkan Re.
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
29
Universitas Indonesia
Berdasarkan studi kasus pada jurnal Akwa (Savonius wind turbine aerodynamics analysis
using CFD), Cochran (A three-tiered approach for designing and evaluating performance
characteristic of novel wecs), dan Blackwell (Wind tunnel performance data for two- and
three-bucket Savonius rotors), didapatkan kesimpulan yang disajikan dalam bentuk tabel
dibawah ini:
Studi kasus Turbulence intensity (%) Maximum CPaveraged
Blackwell 1.4 0.24
Cochran 1.00 0.26
Akwa 10.0 0.20
Secara teoritis, turbulence intensity dapat dicari menggunakan rumus
= 0.16
Dimana Re adalah bilangan Reynold.
Grafik 2-8. Turbulence intensity dan pengaruhnya terhdapa Cpaveraged dan λ.
Tabel 2-2. Studi kasus terhadap Turbulence intensity dan efek pada maksimum Cpaveraged
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
30
Universitas Indonesia
2.2.8 Shaft dan Aksesoris lain
Dari hasil penelitian, komponen tambahan seperti shaft ternyata cukup berpengaruh
kepada performa turbin angin. Hal ini karena keberadaan shaft ditengah rotor menyebabkan
gangguan pada aliran udara yang melalui ruang diantara bucket. Hasilnya adalah
pengurangan efisiensi akibat aliran udara yang seharusnya melaju menuju bucket selanjutnya
terhalangi oleh shaft. Namun, penambahan shaft juga memiliki keuntungan tersendiri, yaitu
menambah kekokohan struktur turbin angin.
Aksesoris lainnya yang dapat menambah nilai Cp
adalah penggunaan valve. Valve ini membuat udara
mampu melalui sisi cembung dari bucket yang
berlaku sebagai returning bucket, sehingga
mengurangi drag.
2.3 Dasar Teori
Turbin angin bekerja dengan cara mengubah energi kinetik yang terdapat pada angin
menjadi energi kinetik rotasi yang kemudian menggerakan generator sehingga menghasilkan
energi listrik. Energi yang tersedia pada angin, bergantung kepada kecepatan angin dan swept
area dari turbin angin. Sebagai ukuran performa, digunakan nilai Cp.
2.3.1 Energi pada angin
Pada percepatan konstant, energi kinetik dari sebuah benda bermasa m dan kecepatan v,
adalah sama dengan work done (kerja total) dari sebuah benda yang berpindah pada jarak s,
yang dikelola oleh gaya F. Dituliskan sebagai: = =
Sedangkan menurut hukum Newton =
Maka, work done E dapat dituliskan sebagai = ∙ ⋯ (2.1)
Dengan menerapkan persamaan ketiga pada hukum gerak
Gambar 2-7. Penggunaan Valve pada bucket
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
31
Universitas Indonesia
= + 2
= −2
Subsitusi persamaan ini kedalam persamaan (2.1), dengan nilai kecepatan awal adalah 0 (u =
0), kita mendapatkan persamaan energi kinetik dari massa bergerak = ∙
= 2
= 12 ⋯ (2.2)
Daya yang terdapat pada angin, merupakan perubahan persatuan waktu dari perubahan energi
(rate of change of energy). Dituliskan sebagai
= = 12 ⋯ (2.3)
Mass flow rate dari fluida adalah
=
Dengan adalah perubahan jarak persatuan waktu, yang berarti v (kecepatan angin).
Subsitusikan ini, dan kita mendapatkan
=
Subsitusikan persamaan ini kedalam persamaan (2.3), kita dapatkan persamaan akhir yang
mewakili energi kinetik yang terdapat pada angin dengan kecepatan v.
= 12 ⋯ (2.4)
Fisikawan asal jerman, Albert Betz menyimpulkan bahwa tidak ada turbin angin yang
memiliki efisiensi lebih dari 59.3% dari energi kinetik angin menjadi energi mekanik (rotasi).
Batasan ini disebut Betz limit atau hukum Betz. Dengan kata lain
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
32
Universitas Indonesia
= 0.59
Namun pada kenyataannya, tidak ada turbin angin yang dapat beroperasi pada nilai
maksimum ini. Nilai Cp adalah unik untuk setiap turbin angin, dan adalah fungsi dari
kecepatan angin pada kondisi dimana turbin tersebut bekerja. Ketika kita mengikut sertakan
berbagai macam persyaratan lain, seperti strength dan durability (ketahanan), batasan secara
nyata hanya berkisar antara 0.35 dan 0.45. Hal ini berlaku, bahkan untuk wind turbin dengan
desain terbaik.
Dengan memasukkan nilai Cp ini kedalam persamaan (2.4), kita akan mendapatkan
persamaan untuk energi kinetik yang terdapat pada angin secara secara riil:
= 12 × ⋯ (2.5)
Dimana,
P adalah output power (W)
ρ adalah densitas udara (kg/m3)
A adalah swept area turbin angin (m2)
V adalah kecepatan udara (m/s)
2.3.2 Swept Area
Swept area adalah luas efektif dari blade wind turbine yang mampu menerima energi
kinetik dari angin, dan mengubahnya menjadi energi mekanik. Untuk tipe Savonius, Swept
area ini dinyatakan dengan: = × ⋯ (2.6) = 2
Dimana H adalah tinggi dari turbin angin, dan D adalah diameter dari turbin angin. Untuk
lebih jelasnya terhadap notasi persamaan, merujuk kepada gambar 2-2.
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
33
Universitas Indonesia
2.3.3 Coefficient of Power, Torque dan Tip Speed Ratio
2.3.3.1 Coefficient of Power
Coefficient of Power disingkat sebagai Cp, dan seringkali digunakan sebagai nilai
performa dari turbin angin. Cp adalah perbandingan dari energi angin yang berhasil diekstrak
oleh turbin angin, dengan energi keseluruhan yang terdapat pada angin secara teoritis.
= = ⋯ (2.7)
Dimana Pactual adalah =
Dengan T adalah torsi dan ω adalah kecepatan angular.
Nilai ideal dari Cp tipe Savonius dapat ditentukan dari tabel 2-1.
2.3.3.2 Coefficient of Torque
Coefficient of Torque dapat dihitung menggunakan rumus
= 4 ⋯ (2.8)
Dimana,
T adalah torsi (Nm)
ρ adalah densitas udara (kg/m3)
V adalah free stream velocity (m/s)
2.3.4 Tip Speed Ratio
Dilambangkan dengan λ adalah Tip Speed Ratio (TSR). Merupakan perbandingan antara
kecepatan peripheral dari turbin angin, dengan free stream.
= ⋯ (2.9)
D adalah diameter turbin angin (m)
H adalah tinggi turbin angin (m)
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
34
Universitas Indonesia
Dimana r adalah jari-jari dari turbin angin dan ω adalah kecepatan angular, sedangkan v
adalah kecepatan angin. Kecepatan angular itu sendiri, ditentukan melalui persamaan
= 260 /
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
35
Universitas Indonesia
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Penentuan Karakteristik Turbin Angin
Untuk mendapatkan desain yang sesuai dengan performa yang diinginkan, terlebih dahulu
dilakukan kajian terhadap karakteristik turbin angin yang sesuai. Dari karakteristik yang telah
ditentukan, akan dibandingkan dengan studi literatur dari berbagai sumber.
Dengan tujuan utama diperuntukkan bagi daerah perkotaan ataupun perumahan pada kota
dengan kecepatan angin yang relatif rendah, ditambah dengan arah angin yang berganti-ganti
akibat keberadaan gedung-gedung ataupun bangunan tinggi. Maka, karakteristik turbin angin
yang diinginkan adalah :
1. Dapat menerima angin dari segala arah, ini dengan tujuan untuk mengatasi arah
angin yang berubah-rubah akibat terhalang bangunan-bangunan.
2. Konstruksi yang tidak membutuhkan banyak ruang, dengan alasan peletakkan
ditengah kota ataupun perumahan yang padat penduduk dan bangunan.
3. Tidak menghasilkan suara bising, dengan pertimbangan kenyamanan penduduk.
4. Cut-in wind speed yang rendah, dengan pertimbangan kecepatan angin yang relatif
rendah sehingga dapat mulai berputar secara mandiri dan menghasilkan listrik pada
kecepatan yang relatif rendah.
5. Perawatan yang mudah, menjaga realibilitas dan kondisi turbin agar dapat beroperasi
secara optimal.
6. Kecepatan putar yang rendah, dengan alasan keamanan karena hendak digunakan
pada wilayah padat penduduk.
Dengan pertimbangan enam karakteristik diatas, maka Horizontal Axis Wind Turbine
dianggap tidak sesuai, meskipun memiliki nilai coefficient of power dan tip speed ratio yang
tinggi. Sehingga pilihan jatuh kepada Vertical Axis Wind Turbine Savonius, yang tentu saja
memiliki karakteristik yang sesuai.
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
36
Universitas Indonesia
3.2 Penentuan Desain Turbin Angin
Hingga saat ini, penelitian dan percobaan terhadap turbin angin Savonius telah banyak
dilakukan. Meskipun memiliki nilai Cp yang rendah, namun karakteristik yang membuatnya
cocok untuk digunakan pada daerah perkotaan dan perumahan menjadikannya pilihan favorit
sebagai pembangkit listrik tenaga angin. Karena itulah, dilakukan penelitian mendalam untuk
meningkatkan performa dari turbin angin Savonius ini.
Beberapa parameter yang turut berpengaruh pada performa total dari turbin angin
Savonius ini telah disebutkan pada bab 2. Salah satu parameter yang cukup berperan memberi
peningkatan performa secara signifikan adalah faktor desain bucket. Dalam subbab ini, akan
dibahas beberapa desain yang dianggap ideal dan cocok sesuai
3.2.1 Twisted Profile
Pada bucket dengan profil twist, gaya maksimum bergerak menuju ujung bucket, karena
adanya puntiran. Akibat dari perubahan ini, bucket dengan twist memiliki lengan momen
yang lebih panjang sehingga menghasilkan torsi positif. Dengan penambahan sudut puntiran,
energi yang ditangkap pada bagian bawah dari bucket bertambah secara drastis jika
dibandingkan dengan bagian atas. Dampaknya adalah pengurangan terhadap torsi positif.
Dari hasil penelitian U.K Saha menarik kesimpulan bahwa:
1. Sudut puntiran yang lebih besar pada kecepatan angin rendah akan menghasilkan
daya output maksimal dan memiliki karakteristik mulai yang lebih baik.
2. Sudut puntiran optimal adalah 15˚ dengan nilai Cp sebesar 0.14 pada tip speed ratio
0.65
Namun menurut sumber lain, sudut puntiran 45˚ memberikan nilai torsi terbesar sehingga
menyebabkan performa aerodinamis terbaik terjadi pada sudut 45˚ tersebut.
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
37
Universitas Indonesia
3.2.2 Helical Profile
Telah diketahui bahwa turbin angin Savonius memiliki torsi awal yang tinggi,sehingga
dapat berputar secara mandiri tanpa bantuan tambahan. Namun, torsi ini bervariasi pada
setiap sudut putar. Pada beberapa sudut putar, desain Savonius biasa (semi-circular) tidak
dapat mulai berputar secara mandiri, karena nilai coefficient of static torque yang negatif.
Masalah ini dapat diselesaikan dengan profil bucket Helical dengan cara memberikan nilai
coefficient of static torque yang positif pada berbagai macam sudut putar.
Desain Helical ini cukup sederhana. Jika diperhatikan secara seksama, profil bucket bagian
atas dan bawah adalah sama. Yang membedakan adalah perputaran sepanjang sumbu vertikal
sebanyak 90˚ untuk profil bagian bawah.
Gambar 3-2. Nampak depan profil Helical
Gambar 3-1. Savonius dengan profil twist
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
38
Universitas Indonesia
Menurut hasil penelitian yang dilakukan Kamoji, didapatkan bahwa:
1. Savonius Helical dengan menggunakan shaft memiliki nilai coefficient of power
terendah dengan nilai 0.09 pada nilai TSR 0.9
2. Coefficient of power dari Savonius Helical tanpa shaft dengan nilai overlap 0.0
hampir sama dengan profil semi-circular.
3. Nilai coefficient of power tertinggi (Cp ~0.174) didapatkan pada konfigurasi tanpa
shaft dan overlap ratio 0.0.
Gambar 3-3. Model Savonius Helical
3.2.3 Semi-circular Profile
Semi-circular profile merupakan bentuk orisinil dari turbin angin Savonius itu sendiri.
Dengan bentuk sederhana ibarat setengah silinder kosong yang disusun menyerupai huruf S.
Bentuk ini memiliki karakteristik coefficient of static torque yang relatif tinggi pada sudut
rotor tertentu dan menghasilkan coefficient of static torque yang negatif pada sudut rotor 135˚
dan 165˚ dan 315˚ hingga 345˚.
Akibat dari nilai coefficient of static torque yang negatif, maka profil semi-circular ini
tidak dapat mulai berputar secara mandiri. Sehingga, perlu adanya bantuan secara eksternal
untuk dapat mulai berputar. Profil ini dipilih sebagai pembanding terhadap dua desain
lainnya.
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
39
Universitas Indonesia
3.2.4 Kesimpulan
Melihat pembahasan diatas terhadap tiga variasi desain Savonius yang ada, maka dapat
ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Twist profile
Meskipun berdasarkan penelitian U.K Saha sudut twist optimal adalah 15˚, namun
terdapat sumber lain, Hussain yang berpendapat bahwa sudut optimal untuk twist
adalah 45˚. Maka dipilih untuk mencoba dengan menggunakan twist sebesar 45˚
2. Helical profile
Karena kurangnya data terhadap profil ini, maka berdasarkan literatur yang ada dapat
ditarik kesimpulan bahwa Helical dengan perbedaan sudut profil atas dan bawah
sebesar 90˚ adalah konfigurasi optimal. Namun penyelidikan untuk geometric
parameter lainnya seperti overlap ratio akan divariasikan guna menyelidiki
dampaknya pada performa.
3. Semi-circular profile
Profil orisinal ini cenderung memiliki coefficient of static torque yang tinggi namun
negatif. Dengan variasi nilai overlap ratio diharapkan terdapat perubahan performa
total yang cukup signifikan sebagai pembanding terhadap dua desain lainnya.
Gambar 3-4. Savonius dengan profil semi-circular
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
40
Universitas Indonesia
3.3 Parameter Yang Digunakan
3.3.1 Variabel Geometric Parameter
Variasi terhadap konfigurasi yang berpengaruh kepada performa turbin angin disebut
sebagai geometric parameter. Secara teori, sangat banyak parameter-parameter yang dapat
kita variasikan untuk mencari performa terbaik. Namun karena keterbatasan waktu dan
perlengkapan yang kurang memadai, maka variabel parameter yang digunakan hanya dampak
overlap ratio pada performa total secara keseluruhan.
Efek overlap ratio itu sendiri, telah banyak dibahas dan diteliti. Namun hingga saat ini,
belum terdapat korelasi yang jelas antara perubahan overlap terhadap performa turbin angin.
Beberapa sumber mengatakan bahwa nilai overlap optimal adalah null, dimana tidak ada
overlap sama sekali. Namun Blackwell et al mencapai kesimpulan bahwa nilai optimal untuk
overlap ratio adalah antara 10 hingga 15%. Lain lagi dengan Alexander dan Holownia,
dengan klaim bahwa nilai 20 hingga 30% merupakan nilai yang optimal.
Secara teori, dampak dari overlap ratio ini adalah sebagai jalur masuk aliran udara yang
telah terpantulkan oleh sisi cekung bucket untuk menumbuk bucket selanjutnya. Momentum
yang didapatkan bucket cembung, membuatnya terbantu untuk mencapai posisi sebagai
advancing bucket.
Gambar 3-5. Angin terpantulkan oleh advancing bucket
Setiap model yang telah disebutkan pada subbab 3.2, akan dites melalui simulasi dengan
variasi nilai overlap ratio yang telah ditentukan sebelumnya.
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
41
Universitas Indonesia
Rangkuman terhadap Variable geometric parameter ini dapat dirangkum sebagai berikut
Model Overlap ratio (e/d)
Twist 45˚ 0.15
0.25
Helical 0.15
0.25
Semi-circular 0.15
0.25
Tabel 3-1. Parameter yang digunakan untuk simulasi
3.3.2 Fixed Parameter
Untuk mempermudah pengambilan data, dan mempersingkat waktu maka digunakan
beberapa geometric parameter yang tetap untuk ketiga model. Adapun parameter ini tidak
hanya pembatasan terhadap bentuk rancang bangun.
Adapun parameter tetap yang digunakan adalah:
1. Aspect ratio (Ar)
2. Profil bucket
3. Pengunaan End plate
4. Tidak adanya Shaft
5. Jumlah stage dan bucket
Dimana pembahasan terhadap empat parameter diatas dapat dilihat pada bab 2. Untuk
mempermudah, maka dapat dirangkum kedalam tabel sebagai berikut:
Aspect ratio Profil bucket Jumlah stage Jumlah
bucket Shaft End plate
2.0
Profil Bucket
Diameter 1 m
Tebal 4 mm
Tinggi
Bergantung
pada jari-
jari rotor
1 2 Tidak ada Ada
Tabel 3-2. Parameter tetap yang digunakan untuk rancang bangun turbin angin
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
42
Universitas Indonesia
3.3.3 Kesimpulan Untuk Dimensi Turbin Angin
Dengan variasi nilai overlap ratio, maka diameter rotor turbin angin akan berubah.
Perubahan diameter ini mempengaruhi ketinggian turbin angin. Dimana korelasi antar
diameter dan tinggi turbin angin dinyatakan dengan Aspect ratio. Dengan kata lain, dimensi
turbin angin akan berubah seiring perubahan overlap ratio.
Dimensi turbin angin untuk ketiga model adalah sama, karena menggunakan spesifikasi
profil bucket yang sama. Maka untuk desain rancang bangun 3D digunakan ukuran yang
diasjikan pada tabel dibawah ini.
Overlap Ratio 0.15 0.25
Diameter Rotor (D) 1.86 m 1.76 m
Diameter End plate (Df) 2.046 m 1.936 m
Tinggi Rotor (H) 3.72 m 3.52 m
Tabel 3-3. Ukuran yang digunakan untuk rancang bangun turbin angin
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
43
Universitas Indonesia
3.4 3D Modeling
Setelah penentuan desain dan parameter yang digunakan, selanjutnya adalah pembuatan
model 3D. Dalam penelitian ini, penulis menggunakan software Solidworks Premium 2012
64-bit pada platform OS Windows 7 Home Premium 64-bit untuk Notebook dan Solidworks
Premium 2012 32-bit pada platform OS Windows 7 Home Premium 32-bit untuk PC
Desktop.
Spesifikasi workstation yang digunakan untuk keperluan 3D Modeling dan Simulasi adalah:
Notebook ASUS-A43SJ
Processor Intel® Pentium® Dual-Core B950 @2.1 GHz
RAM 6 GB DDR3 1333 MHz
VGA GeForce GT520M CUDA™ 1 GB
HDD 320 GB 5400 RPM
PC Desktop
Processor Intel® Core i3-2100K @3.1 GHz
RAM 4 GB DDR3 1333 MHz
VGA GeForce GT220 512MB
HDD 320GB 7200 RPM
Tabel 3-4. Spesifikasi Workstation yang digunakan
Rekomendasi yang disarankan oleh Solidworks untuk Workstation khusus simulasi CFD
adalah Processor dengan speed yang tinggi, dengan multiple cores. Mengingat simulasi CFD
lebih mengarah kepada proses serial daripada parallel maka, menonaktifkan hyper-threading
merupakan rekomendasi. RAM yang disarankan adalah minimum 8GB. Untuk menghasilkan
simulasi yang bagus, spesifikasi komputer patut dilihat. Karena kualitas simulasi bergantung
kepada meshing awal, yang tentu saja meshing dengan kualitas tinggi akan memakan RAM
cukup banyak.
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
3.4.1 Tw
wisted 45˚
G
Savonius
Gambar 3-6. Re
endering 3D T
Twisted Savoniu
us Menggunak
U
kan Photoview
Universitas In
w 360
44
ndonesia Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
3.4.2 H
Helical Savo
onius
Gambar 3-7
. Rendering 3D
D Helical Savo
onius Menggun
U
nakan Photovie
Universitas In
ew 360
45
ndonesia Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
3.4.3 Se
emi-circula
ar
Gambar 3
3-8. Rendering
g 3D Semi-circ
cular Savonius
U
Menggunakan
Universitas In
n Photoview 36
46
ndonesia
60
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
47
Universitas Indonesia
3.5 Simulasi dan Batasan Masalah
Simulasi CFD yang digunakan adalah Flow Simulation yang merupakan add-ons pada
Solidworks Premium 2012. Flow simulation dianggap mampu menggambarkan secara detil
kondisi secara real ketika turbin dikondisikan pada luar ruangan. Hal ini dilakukan dengan
melakukan simulasi external flow.
Namun Flow simulation memiliki batasan yang membuatnya kurang efektif dalam menilai
performa turbin angin yang merupakan alat pengubah energi kinetik yang terdapat pada angin
untuk kemudian dirubah menjadi energi listrik. Pada Flow simulation, penulis tidak dapat
menerapkan sliding mesh yang umum digunakan pada Fluent. Dengan metode sliding mesh
ini, kita dapat mencari putaran (RPM) yang dihasilkan turbin angin secara real ketika
diaplikasikan suatu fluida dengan kecepatan tertentu. Hal ini sangat krusial, karena dari
angular velocity ini, kita dapat mencari daya output dari turbin angin untuk kemudian
mendapatkan coefficient of power.
3.5.1 Pendekatan untuk mencari nilai RPM
Untuk mengatasi keterbatas Flow simulation, penulis menggunakan metode penetapan
TSR dengan range ~1.0. Beberapa jurnal mengenai simulasi CFD yang tidak menggunakan
Fluent, menerapkan teknik ini. Perlu dicatat, meskipun Flow simulation terbatas pada output
angular velocity, namun tidak berarti kita tidak dapat memberikan angular velocity pada
benda.
Pendekatan dilakukan dengan cara sebagai berikut:
1. Membuat plot nilai λ dari 0.1 hingga 1.0.
2. Mencari nilai ω untuk free stream velocity tertentu
3. Menerapkan putaran sebesar nilai ω yang didapatkan
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
48
Universitas Indonesia
Hasilnya adalah tabel dibawah ini. Nilai angular velocity inilah yang kita masukkan sebagai
nilai putaran pada benda.
λ 0.25 0.15 ω ω
0.1 0.238636 0.2258060.2 0.477273 0.4516130.3 0.715909 0.6774190.4 0.954545 0.9032260.5 1.193182 1.1290320.6 1.431818 1.3548390.7 1.670455 1.5806450.8 1.909091 1.8064520.9 2.147727 2.0322581 2.386364 2.258065
3.5.2 Pembatasan Masalah Untuk Settingan Simulasi
Selama simulasi, diberikan kondisi awal yang akan digunakan untuk semua model dan parameter. Kondisi ini diambil dengan dasar penelitian untuk menghasilkan desain turbin angin Savonius yang mampu menghasilkan daya output yang sesuai untuk daerah perkotaan ataupun perumahan.
Data statistik angin yang digunakan hanya data angin kota Jakarta. Data ini diambil selama periode 7 tahun dari 2000 hingga 2007.
Daerah Elevasi (m) Tahun Kecepatan angin (m/s)
DKI Jakarta 9 m
2000 3.0 2001 2.7 2002 2.3 2003 2.3 2004 2.1 2005 2.1 2006 2.1 2007 2.1
Tercatat bahwa kecepatan angin maksimum pada tahun 2000 sebesar 3.0 m/s, dan
kecepatan terendah pada 2.1 m/s pada tahun 2007. Kecepatan minimum inilah yang kita
gunakan sebagai free stream velocity pada simulasi.
Tabel 3-5. Nilai kecepatan angular yang didapatkan dari tip speed ratio
Tabel 3-6. Kecepatan angin daerah DKI Jakarta periode 2000-2007
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
49
Universitas Indonesia
3.5.2.1 Perhitungan Energi Potensial Angin dan Penentuan Performa
Ketika angin bergerak akibat adanya perbedaan tekanan, angin memiliki energi kinetik.
Semakin besar kecepatan angin, makin besar pula energi kinetiknya. Untuk menghitung
banyaknya energi yang terdapat pada angin yang bergerak dengan kecepatan 2.1 m/s yang
dapat dikonversi kan oleh turbin angin secara ideal digunakan rumus:
= 12 ⋯ (2.4)
Energi angin yang dapat dikonversi oleh turbin angin bergantung kepada swept area dari
turbin angin tersebut. Untuk setiap nilai overlap ratio, berarti memiliki swept area yang
berbeda. Dengan merujuk kepada dimensi rancang bangun model 3D pada subbab 3.3.3, dan
rumus swept area (2.6) bisa didapatkan nilai swept area untuk masing-masing overlap ratio.
Dengan densitas angin adalah 1.2 kg/m3. Maka nilai P adalah
Overlap
ratio
Pmax (Watt)
0.15 38.45
0.25 34.42
Perhitungan coefficient of power dari sebuah turbin angin dengan overlap ratio 0.15,
berarti nilai Pmax harus merujuk kepada nilai Pmax untuk overlap ratio tersebut.
= = ⋯ (2.7)
Dimana, Ptheoritical adalah Pmax, dan Pactual adalah hasil kali torsi yang didapatkan dari
hasil simulasi terhadap angular velocity untuk tiap tip speed ratio. Performa juga dapat
dilihat dengan plotting antara Cm dan tip speed ratio. Dimana, Cm dinyatakan dengan:
= 0.5
Tabel 3-7. Nilai daya yang dapat di ekstrak dari angin
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
50
Universitas Indonesia
3.5.2.2 Perhitungan Turbulence Intensity
Salah satu parameter yang mempengaruhi performa turbin angin, selain dari geometric
parameter adalah kualitas angin. Kualitas angin ini diwakili dengan nilai Turbulence
intensity, penjelasan mendalam dapat dilihat pada subbab 2.2.7.
Turbulence intensity didapatkan melalui rumus = 0.16
Dengan Re
Untuk free stream velocity 2.1 m/s dengan turbin angin berdiameter 1 m dengan overlap ratio 0.25, bilangan Reynold yang didapatkan adalah
= (1.2)(2.1)(1.86)1.73 × 10 =256369.9
Maka nilai I = 3.37% (untuk turbin angin dengan overlap ratio 0.25).
Nilai I ini merupakan salah satu setting pada simulasi yang harus dimasukkan agar mendapat hasil yang akurat. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada tabel dibawah ini
Overlap ratio Turbulence Intensity 0.15 3.35% 0.25 3.37%
Tabel 3-8. Nilai Turbulence intensity
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
51
Universitas Indonesia
3.6 Meshing dan Goals setting
Sebelum model 3D disimulasikan, terlebih dahulu melalui proses meshing. Setting
meshing ini menggunakan kemampuan Flow Simulation untuk menghasilkan meshing secara
otomatis berdasarkan bentuk geometri benda awal.
3.6.1 Automatic Setting Initial Mesh
Meshing default ini, masih pada tingkat kasar. Sehingga, ekspetasi hasil simulasi dapat
dipastikan tidak akurat. Untuk meningkatkan akurasi hasil simulasi, diperlukan meshing
refinement. Meshing refinement ini dapat dilakukan sepenuhnya otomatis ataupun manual.
Rekomendasi untuk standard meshing otomatis adalah level 5 . Dengan opsi optimize thin
wall resolutions dan advance narrow channel refinement. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada
gambar di atas. Hasilnya dapat dilihat pada gambar dibawah.
Gambar 3-9. Setting Initial Mesh
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
3.6.2 M
Selai
mengatu
ada baik
Centang
Manual Sett
in menggun
ur initial me
knya kita m
g opsi show
ting Initial
nakan fitur m
esh secara m
mengatur sen
w basic mesh
G
Gambar 3-
Mesh
meshing oto
manual. Jika
ndiri. Pada m
h untuk mem
Gambar 3-10. H
-11. Pengatura
omatis dari F
a dirasa inti
menu initial
mbuat cell m
Hasil meshing
n cell secara m
Flow simul
ial mesh oto
l mesh, unc
meshing vis
otomatis level
manual
U
ation, kita j
omatis kuran
heck opsi a
ible.
5
Universitas In
uga dapat
ng memuas
utomatic se
52
ndonesia
skan,
ettings.
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
53
Universitas Indonesia
Dengan mengubah banyaknya cell pada setiap sumbu yang dibatasi dengan plane, kita
dapat mengatur tingkat konsentrasi cell. Gambar diatas menunjukkan penambahan jumlah
cell pada plane sumbu X yang terletak diantara turbin angin.
Jika kita memperhatikan tab lain pada gambar 3-11 diatas, dapat kita lihat tab Solid/fluid
interface, Refining cells, dan Narrow channel. Untuk menambah tingkat keakuratan dari
meshing kita, disarankan menaikkan level ketiga parameter tersebut setidaknya level 3.
Setelah memastikan meshing yang kita set telah sesuai, langkah selanjutnya adalah set
goals.
3.6.3 Goals Setting
Goals setting adalah tujuan utama dari simulasi ini. Tanpa
memberikan goals terlebih dahulu, simulasi tidak akan
mengambil data apapun. Goals dalam simulasi ini adalah Torque
(Torsi).
Jika kita ingin mencari suatu parameter tertentu pada titik
tertentu dari model kita, maka Insert point goals yang kita pilih.
Terdapat pula Insert equations goals untuk memasukkan rumus
dari parameter yang ingin kita cari.
Gambar 3-12. Hasil meshing dengan pengaturan manual
Gambar 3-13. Pemilihan Goals
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
54
Universitas Indonesia
BAB IV
HASIL SIMULASI DAN ANALISA
4.1 Pengolahan Data
Data yang didapatkan dari hasil Simulasi merupakan format microsoft excel. Data yang
terdapat didalam ini merupakan hasil yang telah kita pilih sebelumnya pada simulasi. Dalam
Flow simulation, hasil keluaran yang kita inginkan disebut sebagai Goals. Goals dalam
simulasi ini adalah Torque (Torsi).
Dari setiap TSR mulai dari 0.1 hingga 1.0 didapatkan torsi masing-masing. Torsi ini
dikalikan dengan angular velocity untuk mendapatkan daya keluaran actual (Pactual). =
Sebagai contoh, kita akan membahas untuk Model Helical dengan overlap 0.15. Data yang
yang diapatkan adalah sebagai berikut:
TSR λ ω (rad/s) Torque (Nm) Pactual (Watt) 0.1 0.225806452 1.408630238 0.318077796 0.2 0.451612903 2.003349595 0.904738527 0.3 0.677419355 1.959577021 1.327455401 0.4 0.903225806 2.182229052 1.971045595 0.5 1.129032258 1.106821089 1.249636714 0.6 1.35483871 2.000860702 2.710843532 0.7 1.580645161 1.854085223 2.930650836 0.8 1.806451613 1.043633795 1.885273953 0.9 2.032258065 1.526646587 3.102539837
1 2.258064516 2.441078138 5.512111925
Dari nilai Pactual yang didapat, kita membandingkannya denga nilai Pmax , dari sini kita
mendapatkan nilai coefficient of power (Cp). Nilai Pmax haruslah sesuai dengan
Overlap ratio Pmax (Watt)
0.15 38.45
0.25 34.42
Tabel 4-1. Pengolahan data melalui excel
Tabel 4-2. Pmax yang digunakan
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
55
Universitas Indonesia
TSR λ Cp 0.1 0.0026009680.2 0.0052019360.3 0.0078029040.4 0.0104038710.5 0.0130048390.6 0.0156058070.7 0.0182067750.8 0.0208077430.9 0.023408711
1 0.026009678 Sedangkan untuk mencari nilai Ct (coefficient of Torque) kita menerapkan rumus:
= 0.5
TSR λ Ct 0.1 0.0827310120.2 0.117659790.3 0.115088960.4 0.1281656550.5 0.0650052980.6 0.1175136140.7 0.1088932650.8 0.0612942110.9 0.0896622921 0.143368258
Hasil plotting tabel diatas, akan memperlihatkan trend nilai Cp dan Ct.
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Cp
λ
Helical @e0.15
Tabel 4-3. Nilai Cp terhadap Tip speed ratio
Tabel 4-4. Nilai Ct terhadap Tip speed ratio
Grafik 4-1. Plot nilai Cp terhadap Tip speed ratio pada Helical dengan e=0.15
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
56
Universitas Indonesia
Untuk mencari nilai Cp dan Ct lainnya, dilakukan pengulangan terhadap langkah-langkah diatas. 4.2 Analisa Grafik
Pada penelitian ini, terdapat dua topik yang dapat dibahas untuk turbin angin Savonius.
Pertama adalah pengaruh geometri Bucket terhadap performa turbin angin. Kedua adalah
pengaruh Overlap ratio terhadap performa turbin angin. Untuk analisa pengaruh geometri
Bucket dilakukan dengan cara melakukan plotting data simulasi ketiga model turbin angin
pada satu grafik untuk dibandingkan. Sedangkan analisa pengaruh Overlap ratio dilakukan
dengan cara melakukan plotting setiap model turbin angin terhadap variasi Overlap ratio.
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Ct
λ
Helical @e0.15
Grafik 4-2. Plot nilai Ct terhadap Tip speed ratio pada Helical dengan e=0.15
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
57
Universitas Indonesia
4.2.1 Analisa Pengaruh Geometri Bucket
4.2.1.1 Coefficient of Power
Dari grafik diatas dapat kita lihat bahwa dari ketiga model tersebut, nilai Cp tertinggi
~0.35 dipegang oleh model dengan Bucket profil Twist 45˚. Jika kita bandingkan dengan
tabel milik U.K. Saha[2] pada penelitiannya terhadap turbin angin Savonius Twist dengan
multiple stage dan multiple blades, terlihat bentuk trend kurva yang sesuai. Patut dicatat,
Aspect ratio yang digunakan U.K. Saha[2] adalah 1.58. Sedangkan Aspect ratio yang
digunakan dalam penelitian ini adalah 2.0, artinya memiliki tinggi rotor yang berebeda. U.K.
Saha[2] dengan tinggi rotor 0.173 m, sedangkan penulis menggunakan tinggi 3.52 dan 3.72
m. Hasilnya adalah Swept area yang lebih luas, sehingga dengan kecepatan angin yang
rendah (2.1 m/s) tetap mampu memberikan performa yang cukup.
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Cp
λ
Perbandingan efek profil bucket @e0.25
Helical
Twist 45
Semi-circular
Grafik 4-4. Percobaan U.K.
Saha [2]
Grafik 4-3. Efek profil Bucket terhadap perfroma.
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
58
Universitas Indonesia
Penelitian lain yang melakuan percobaan terhadap performa model Twist adalah
Alexander & Holownia[6]. Dimana disebutkan, dengan Aspect ratio 2.4, nilai Overlap ratio
yang optimum adalah 0.30.
Sedangkan bentuk Helical menempati posisi kedua tertinggi untuk nilai Cp ~0.25. Untuk
grafik dapat kita bandingkan dengan hasil penelitian Kamoji[3] . Dapat kita lihat pada grafik
yang bertanda bintang, merupakan Overlap ratio terbesar pada penelitian Kamoji[3] dengan
nilai Cp maksimum sebesar 0.12. Kamoji[3] menggunakan Overlap ratio 0.16 dan Aspect
ratio 1.0.
Trend grafik yang didapat adalah sama, namun perbedaan parameter dan konfigurasi yang
digunakan menghasilkan Cp yang berbeda. Nilai Cp untuk Semi-circular merupakan yang
terendah dengan nilai maksimum ~0.16.
Grafik 4-5. Percobaan Kamoji[3] terhadap performa Savonius Helical.
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
59
Universitas Indonesia
4.2.1.2 Coefficient of Torque
Untuk nilai Ct, didapatkan Twist merupakan yang paling tinggi pada Tip speed ratio 0.2.
Sedangkan Helical dan Semi-circular masing-masing memilki nilai Ct tertinggi pada Tip
speed ratio 0.3 dan 0.1. Nilai Ct ini mempengaruhi torsi yang dihasilkan sebuah turbin angin.
Semakin besar nilai Ct, maka semakin besar pula torsi yang dihasilkan pada Tip speed ratio
tersebut. Torsi mempengaruhi daya output yang dihasilkan turbin angin, maka cukup jelas
bahwa Twist 45 menghasilkan daya output yang paling optimum.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Ct
λ
Semi-circularHelical
Twist 45
Grafik 4-6. Efek profil Bucket pada nilai Ct.
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
60
Universitas Indonesia
4.2.2 Analisa Pengaruh Overlap ratio
4.2.2.1 Coefficient of Power
Dari grafik diatas, dapat kita lihat bahwa peningkatan Overlap ratio dari 0.15 ke 0.25
menambah performa dari turbin angin. Ini berlaku untuk semua turbin angin, namun
peningkatan efisiensi berbeda-beda untuk setiap modelnya. Peningkatan yang terjadi adalah:
1. Twist 45 mengalami peningkatan dari nilai Cp 0.29 menjadi 0.35.
Peningkatan efisiensi yang terjadi adalah sebesar 20.7%.
2. Helical mengalami peningkatan dari nilai Cp 0.22 menjadi 0.25.
Peningkatan efisiensi sebanyak 13.6%.
3. Semi-circular mengalami peningkatan nilai Cp 0.15 menjadi 0.16.
Peningkatan efisiensi sebanyak 6.25%.
Nilai Cp tertinggi diraih oleh model Twist 45.
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Cp
λ
Cp Comparison with Overlap ratio Variable
Twist 45 e0.15
Twist 45 e0.25
Helical e0.15
Helical e0.25
Semi-circular e0.15
Semi-circular e0.25
Grafik 4-7. Pengaruh Overlap ratio terhadap Cp
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
61
Universitas Indonesia
4.2.2.2 Coefficient of Torque
Grafik coefficient of Torque menunjukkan bahwa nilai Ct tertinggi dipegang oleh Twist 45
dengan Overlap ratio 0.25. Penambahan terhadap nilai Overlap ratio juga berpengaruh
kepada nilai Ct, hal ini dikarenakan Ct dan Cp saling mempengaruhi berdasarkan rumus torsi.
Dimana semakin besar nilai torsi maka semakin besar daya yang dihasilkan. Meskipun
peningkatan signifikan hanya terjadi pada model Twist 45, tidak seperti grafik Cp dimana
terdapat peningkatan yang signifikan terhadap hampir semua model. Untuk model Semi-
circular, grafik untuk nilai Overlap ratio 0.15 dan 0.25 hampir memiliki trend yang sama
namun mengalami penurunan drastis untuk nilai maksimum Ct. Sedangkan untuk model
Helical, masih terlihat penambahan yang signifikan.
Peningkatan yang terjadi adalah:
1. Twist 45 mengalami peningkatan Ct-0.44 pada λ=0.7, menjadi Ct-1.02
pada λ=0.2. Peningkatan yang terjadi sebesar 132%.
2. Helical mengalami peningkatan Ct-0.32 pada λ=0.7, menjadi Ct-0.48
pada λ=0.3. Peningkatan yang terjadi sebesar 50%.
3. Semi-circular mengalami penurunan nilai maksimum Ct-0.6 pada
λ=0.1, menjadi Ct-0.4 pada λ=0.1. Terjadi penurunan sebesar 33.3%.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Ct
λ
Ct Comparison with Overlap Ratio Variable
Twist 45 e0.15
Twist 45 e0.25
Helical e0.15
Helical e0.25
Semi-circular e0.15
Semi-circular e0.25
Grafik 4-8. Pengaruh Overlap ratio terhadap Ct
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
62
Universitas Indonesia
4.2.3 Analisa Pada Kondisi Statis (Tanpa Putaran)
Selain simulasi dengan menerapakan putaran pada turbin angin, dilakukan juga simulasi
terhadap turbin angin dalam keadaan statis tanpa putaran namun dengan variasi sudut rotor.
Sudut rotor yang digunakan adalah 30˚, 60˚, 90˚ hingga 360˚. Simulasi dilakukan untuk setiap
sudut rotor sehingga mendapatkan nilai torsi untuk sudut rotor tersebut. Dari sini dilakukan
plotting terhadap nilai Coefficient of Torque (Cts) dan Sudut rotor.
Tujuan terhadap simulasi ini adalah, untuk mengetahui performa turbin angin dalam
kemampuan berputar secara mandiri. Perlu diketahui, telah banyak penelitian yang
menyatakan bahwa Savonius Semi-circular memiliki nilai Cts yang negatif. Dengan kata lain,
menghilangkan kemampuan berputar secara mandiri tanpa bantuan tambahan. Selain itu, nilai
maksimum dari suatu torsi dapat diketahui terdapat pada sudut rotor yang mana.
4.2.3.1 Twist 45˚
Seperti grafik Coefficient of Torque sebelumnya, terlihat dengan jelas dampak
penambahan Overlap Ratio terhadap nilai Cts. Semua nilai Cts berada diatas 0, dengan kata
lain tidak ada kasus torsi negatif. Twist 45˚ memiliki kemampuan untuk berputar secara
mandiri. Trend yang diperlihatkan menunjukkan bahwa pada sudut tertentu, nilai Cts
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Cts
Rotor angle (degree)
Twist 45 Coefficient of Static Torque
Twist 45 e0.15
Twist 45 e0.25
Grafik 4-9. Koefisien Torsi Statik Twist 45.
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
63
Universitas Indonesia
bertambah secara drastis. Sudut-sudut ini berada di range 105˚-210˚ dan 270˚-330˚. Nilai Cts
maksimum adalah 0.73 pada sudut rotor 150˚.
4.2.3.2 Helical
Dibandingkan dengan model Twist 45˚, Helical memiliki nilai Cts yang cenderung stabil.
Ini dapat dilihat melalui trend pada grafik diatas. Meskipun penambahan Overlap Ratio
menaikkan performa dan Cts secara keseluruhan, namun pada sudut rotor 210˚-270˚ terlihat
mengalami penurunan. Hal ini diperkirakan akibat kontur Helical, sehingga udara yang
mengalir sepanjang kontur Bucket mengarah keatas dan mengenai end plate bagian atas.
Akibatnya adalah udara kehilangan momentum untuk mendorong Bucket bagian cembung ke
posisi advancing Bucket. Helical memiliki range sudut rotor yang lebih luas dimana pada
sudut-sudut ini nilai torsi cenderung naik dan memiliki nilai tinggi. Sudut-sudut yang
dimaksud adalah 60˚-210˚ dan 270˚-330˚. Nilai maksimum Cts dicapai pada sudut rotor 150˚.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Cts
Rotor angle (degree)
Helical Coefficient of Static Torque
Helical e0.15
Helical e0.25
Grafik 4-10. Koefisien Torsi Statik Helical.
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
64
Universitas Indonesia
4.2.3.2 Semi-circular
Semi-circular memiliki nilai Cts yang negatif, artinya adalah tidak adanya kemampuan
untuk mulai berputar secara mandiri. Agar dapat mulai berputar, harus terdapat bantuan
tambahan dari motor listrik yang memutar turbin angin hingga mencapai tip speed ratio
tertentu sehingga dapat mengatasi Cts yang negatif ini. Untuk trend grafik, terlihat bahwa
pada Overlap Ratio 0.25 justru mengurangi performa dari profil Semi-circular ini. Hal ini
sesuai dengan analisa pada subab 4.2.2 dimana terdapat pengurangan sebesar 33.3% terhadap
nilai Coefficient of Torque. Namun nilai Cts maksimum bertambah menjadi 0.6 dari nilai 0.56
pada sudut rotor 120˚.
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Cts
Rotor angle (degree)
Semi-circular Coefficient of Static Torque
Semi-circular e0.15
Semi-circular e0.25
Grafik 4-11. Koefisien Torsi Statik Semi-circular.
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
4.3 Ana
4.3.1 Tw
momen
gambar
dibandi
adalah
cembun
untuk m
ratio se
kecepat
alisa Kualit
wist 45˚
(a)
Performa T
n puntir yan
r 4-1, lingk
ingkan free
rendah. Pe
ng adalah cu
melaju menj
eperti yang
tan udara ya
tatif
Twist sep
g lebih ting
karan mera
stream velo
erbedaan te
ukup tinggi
jadi advanc
g telah dib
ang melalui
Gambar 4-Overlap rat
erti yang t
ggi akibat k
h menanda
ocity. Ini m
ekanan pada
i, perbedaan
cing Bucket
bahas sebel
nya.
-1. (a) Overlap tio 0.25.
(c)
telah dibah
kontur Twist
akan bahwa
mengindikasi
a Bucket s
n tekanan i
t. Lingkaran
lumnya, da
ratio 0.15. (b)
(b)
has sebelum
t yang dimi
a terdapat
ikan bahwa
ebelah kan
ni akan me
n kuning m
an untuk ha
Close up untuk
U
mnya, bahw
likinya. De
kecepatan
a pada bagia
nan untuk b
embantu Bu
enunjukkan
al ini berh
k Overlap ratio
Universitas In
wa Twist m
ngan meruj
yang relati
an tersebut,
bagian ceku
ucket sebela
n efek dari
hasil menin
o 0.15. (c).
65
ndonesia
memiliki
juk pada
if tinggi
tekanan
ung dan
ah kanan
Overlap
ngkatkan
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
lingkara
gelap. H
bagian
jelasnya
kecepat
tekanan
4-3 dib
sumbu
cekung
Bucket
dapat di
Untuk seti
an merah p
Hal ini men
cekung ad
a dapat kita
tan angin p
n yang lebih
Klarifikasi
bawah ini.
Y, kecepata
yang mene
. Untuk leb
ilihat pada g
Ga
iap nilai O
pada nilai O
nunjukkan b
alah lebih
a lihat pada
pada lingka
h rendah dib
terhadap le
Dengan me
an angin pa
erima angin
bih mempre
gambar 4-4
ambar 4-2. Cu
Gambar
Overlap rat
Overlap rati
bahwa tekan
tinggi diba
gambar 4-2
aran merah
bandingkan
engan mom
enggunakan
ada Bucket s
n. Dengan k
sentasikan m
.
t plot tekanan
4-3. Flow traj
tio dapat k
io 0.25 mem
nan pada Ov
andingkan d
2. Cukup je
lebih cepa
dengan nila
men yang leb
n flow traje
sisi cembun
ecepatan an
mengenai d
untuk Twist 4
ectory untuk T
kita lihat b
miliki inten
verlap ratio
dengan Ove
las bahwa u
at karena p
ai Overlap r
bih panjang
ectroy dapa
ng relatif tin
ngin tertingg
distribusi tek
5 dengan Over
Twist 45 denga
U
bahwa kece
nsitas warna
o 0.25 untuk
erlap ratio
untuk nilai
pada daerah
ratio 0.15.
g dapat kita
at kita lihat
nggi diband
gi terdapat
kanan pada
rlap ratio 0.15 d
an Overlap ratio
Universitas In
epatan ang
a merah yan
k Bucket sis
0.15. Untu
Overlap rat
h tersebut,
a lihat pada
t bahwa se
dingkan den
pada bagian
a permukaan
dan 0.25
o 0.15
66
ndonesia
gin pada
ng lebih
si kanan
uk lebih
tio 0.25,
terdapat
gambar
epanjang
ngan sisi
n bawah
n Bucket
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
67
Universitas Indonesia
Advancing Bucket yang menerima angin memiliki tekanan yang tinggi dibandingkan
dengan returning Bucket yang bagian cekungnya tidak menerima angin secara langsung.
Pada permukaan 1, tekanan yang diterima pada bagian cekung Bucket merata, namun pada
bagian bawah terdapat tekanan yang cukup tinggi jika dibandingkan dengan bagian atas. Hal
ini di interpretasikan sebagai jalur udara yang lewat dari bawah mengikuti kemiringan akibat
kontur Twist menuju keatas. Permukaan 2, tentu saja memiliki tekanan yang rendah
dibandingkan permukaan 1. Sama halnya dengan permukaan 3 dan 4, dimana returning
Bucket berputar pada sumbu Y untuk menjadi advancing Bucket.
1
2
3
4
Gambar 4-4. Surface plot tekanan untuk Twist 45 dengan Overlap ratio 0.15.
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
68
Universitas Indonesia
4.3.2 Helical
Akibat dari kontur Helical, maka peninjauan terhadap kecepatan dan tekanan tidak dapat
ditinjau secara dua dimensi saja. Maka, digunakan pendekatan dengan menggunakan surface
plot untuk memetakan kontur tekanan pada turbin angin.
Pada Overlap ratio 0.15, tekanan pada permukaan advancing Bucket adalah merata untuk
bagian cekung. Lingkaran hitam menandakan tekanan yang lebih rendah dibandingkan pada
permukaan pada lingkaran merah. Artinya model Helical tidak memiliki masalah untuk
berputar secara mandiri. Karena perbandingan tekanan yang cukup berbeda antara sisi cekung
dan cembung dari Bucket. Angin yang masuk ke bagian cekung advancing Bucket, kemudian
melalui celah overlap antara Bucket dan menumbut bagian cekung returning Bucket.
Lingkaran biru memperlihatkan perbedaan gradasi tekanan pada bagian dekat celah overlap
dan bagian tengah permukaan cekung. Hal ini menandakan adanya perubahan kecepatan
secara signifikan dari udara yang melalui celah tersebut, dimana kecepatan udara ketika baru
melalui celah overlap adalah rendah, begitu melalui celah tersebut, kecepatan naik kembali.
Lingkaran kuning, merupakan tekanan terendah pada keseluruhan surface plot dimana
kecepatan udara paling tinggi. Dengan perbandingan tekanan pada permukaan lingkaran biru,
Gambar 4-5. Cut plot model Helical Overlap ratio 0.15
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
69
Universitas Indonesia
maka tidak terdapat kesulitan yang berarti untuk returning Bucket menempati posisi
advancing Bucket.
Untuk Overlap ratio 0.25, terlihat pada lingkaran kuning dimana tekanan berkurang
drastis jika kita bandingkan dengan lingkaran kuning pada Overlap ratio 0.15. Sedangkan
lingkaran biru memiliki gradasi warna yang lebih gelap dibandingkan dengan lingkaran biru
untuk Overlap ratio 0.15, artinya tekanan bertambah seiring perubahan lebar celah. Pada
lingkaran hitam terlihat bahwa tekanan semakin berwarna biru, dibandingkan dengan
lingkaran hitam pada Overlap ratio 0.15, sekali lagi berarti pengurangan tekanan. Lingkaran
warna merah pun memperlihatkan gradasi warna yang lebih gelap, yang berarti tekanan
tinggi. Kenaikan tekanan inilah yang menyebabkan pertambahan efisiensi pada turbin angin
model Helical.
Dengan melihat cut plot kecepatan pada gambar 4-7, terlihat pada lingkaran kuning untuk
Overlap ratio 0.25 memiliki kontur kecepatan yang lebih panjang dibandingkan Overlap
ratio 0.15. Artinya, overlap tersebut secara efektif bertindak sebagai nozzle yang
mempercepat aliran udara yang melaluinya, dengan kata lain terdapat perbedaan tekanan
yang cukup tinggi antara sisi cekung kedua Bucket diantara celah overlap.
Gambar 4-6. Surface plot model Helical Overlap ratio 0.25
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
70
Universitas Indonesia
Klarifikasi terhadap pertambahan tekanan dapat kita lihat pada gambar 4-8. Terlihat pada
lingkaran merah pada kedua Overlap ratio, dimana lingkaran merah pada Overlap ratio 0.25
memiliki tekanan yang lebih rendah dibanding dengan lingkaran merah pada Overlap ratio
0.15. Untuk perbedaan tekanan pada sisi cekung kedua Bucket itu sendiri dapat dilihat dari
gradasi pada lingkaran kuning.
Gambar 4-8. Cut plot tekanan model Helical Overlap ratio 0.15 dan 0.25.
Gambar 4-7.Cut plot kecepatan model Helical Overlap ratio 0.15 dan 0.25.
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
71
Universitas Indonesia
4.3.3 Semi-circular
Cut plot diatas diambil pada saat turbin angin sedang dalam keadaan statis (tanpa diberi
putaran). Pada gambar cut plot dapat kita lihat dua lingkaran kuning dan merah yang
diberikan sebagai tanda tempat analisa yang dilakukan. Telah kita ketahui bahwa tujuan dari
Overlap ratio adalah agar memberikan celah masuk untuk udara agar menumbuk Bucket
selanjutnya dan memberikan dorongan tambahan agar menjadi posisi advancing Bucket.
Penyempitan Overlap ratio mengakibatkan penambahan kecepatan akibat efek seperti nozzle.
Gambar 4-9. Cut plot kecepatan untuk Semi-circular dengan e 0.15 (atas) dan 0.25 (bawah).
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
72
Universitas Indonesia
Secara teori, semakin kecil Overlap ratio-maka akan semakin besar kecepatan angin yang
keluar melalui celah overlap tersebut. Dengan merujuk pada gambar 4-9, dapat kita lihat
bahwa warna kontur kecepatan pada lingkaran kuning pada Overlap ratio 0.15 lebih tua
warnanya dibandingkan dengan lingkaran kuning pada Overlap ratio 0.25. Hal ini
mengindikasikan bahwa pada Overlap ratio 0.15 kecepatan udara masuk lebih tinggi
dibanding pada Overlap ratio 0.25. Artinya terdapat penambahan kecepatan pada Overlap
ratio 0.15. Hal ini juga didukung pada lingkaran merah pada Bucket sebelah kanan yang
menunjukkan kecepatan udara cenderung lebih cepat pada Overlap ratio 0.15. Jika kita
analisa pada Bucket sebelah kanan, dimana terdapat kecepatan angin rendah berarti tekanan
adalah tinggi. Berarti, pada Bucket sebelah kanan, sisi cembung memiliki tekanan yang relatif
rendah dibandingkan sisi cekung . Perbedaan tekanan ini mengindikasikan bahwa Bucket
terdorong maju ke posisi advancing Bucket lebih efisien dibandingkan dengan nilai Overlap
ratio 0.25.
Gambar 4-10 membuktikan hal ini, dimana gambar Overlap ratio 0.15 memiliki tekanan
yang relatif tinggi sedangkan Overlap ratio 0.25 memiliki tekanan yang rendah setelah
melewati turbin angin.
Dengan ini cukup jelas, mengapa Semi-circular mengalami penurunan nilai Ct akibat
perubahan nilai Overlap ratio dari 0.15 menjadi 0.25.
Gambar 4-10. Cut plot tekanan untuk Semi-circular dengan e 0.15 dan 0.25.
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
73
Universitas Indonesia
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil simulasi yang dilakukan, didapatkan nilai Torsi. Dari Torsi ini, dikalikan
dengan kecepatan angular didapatkan daya output turbin angin actual (Pactual). Dengan
perbandingan dengan energi kinetik total yang dapat diekstrak dari angin oleh turbin angin,
didapatkan nilai Cp. Untuk nilai Ct, didapatkan melalui perbandingan Torsi terhadap gaya
momentum yang terdapat pada angin yang dapat diekstrak oleh turbin angin.
Kedua nilai ini mewakili performa dari turbin angin Savonius. Dari pengolahan data dan
plotting, didapatkan kesimpulan sebagai berikut :
1. Bentuk profil bucket ternyata berpengaruh secara signifikan terhadap performa
turbin angin.
2. Overlap Ratio turut menyumbang kepada kenaikan nilai Cp,Ct dan Cts dengan
pengecualian profil Semi-circular yang mengalami pengurangan nilai Ct dan Cts.
3. Model yang memiliki performa paling tinggi adalah Twist 45˚, hal ini dikarenakan
kontur Twist 45˚ yang menyebabkan angin memberikan gaya lebih banyak akibat
perpanjangan lengan momen. Nilai Cp tertinggi dengan nilai 0.35 dipegang pada
Overlap Ratio 0.25 dan nilai λ=0.4.
4. Bentuk Semi-circular dengan 0.25 mengalami penurunan nilai Ct menjadi 0.4
pada λ=0.1 dari nilai Ct semula 0.6 pada λ=0.1. Penyebabnya diasumsikan karena
pada Semi-circular, penyempitan justru membantu udara untuk mempertinggi
tekanan sehingga kecepatan bertambah. Namun semakin besar nilai Overlap
Ratio, udara justru kehilangan tekanan ketika melalui celah antara bucket.
5. Secara keseluruhan, Helical memilki performa yang cukup baik pada setiap
konfigurasi dan cenderung stabil pada nilai Cp tertinggi dengan λ=0.7 untuk
kedua nilai Overlap Ratio. Nilai Cp tertinggi yang diraih adalah 0.25 pada
Overlap Ratio 0.25.
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
74
Universitas Indonesia
6. Desain yang paling cocok untuk daerah perkotaan dan pemukiman adalah Twist
45˚, karena memiliki nilai Cp dan Ct yang tinggi untuk kecepatan rendah dan Tip
speed ratio rendah. Dimana tip speed ratio rendah, berarti kecepatan angular
adalah rendah, yang merupakan salah satu karakteristik yang diinginkan dengan
alasan keamanan.
5.2 Saran
Beberapa saran yang ditujukan untuk penelitian selanjutnya adalah:
1. Menambah kualitas meshing. Mengatur kerapatan meshing secara manual,
dengan memprediksi pola dan karakteristik aliran sehingga mempercepat
perhitungan dengan menggunakan meshing seperlunya saja.
2. Untuk perbandingan, ada baiknya dilakukan juga menggunakan software
lain seperti Fluent dan Flow-3D. Ini dilakukan untuk membandingkan
hasil yang didapat, sehingga lebih akurat.
3. Menambah variabel geometric parameter dengan menerapakan multiple
blades dan multiple stages.
4. Membuat desain turbin angin hybrid, yang merupakan gabungan dari
Savonius dan Darrieus. Dan mengujinya baik menggunakan simulasi
ataupun eksperimen.
5. Terakhir, pengujian secara eksperimen dan pencocokan data terhadap
simulasi.
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
75
Universitas Indonesia
DAFTAR PUSTAKA
[1] Fujisawa N. On the torque mechanism of Savonius rotors. J Wind Eng Ind Aerod 1992;40:277–92. [2] Fujisawa, N. Velocity measurements and numerical calculations of flow fields in and around Savonius rotors.Departemen of Mechanical Engineering, Gunma University, Kiryu, 376 Japan. Journal of Wind Eng and Industrial Aerod 59 (1996). 39-50. [3] Kamoji MA, Kedare SB, Prabhu SV. Experimental investigations on the effect of overlap ratio and blade edge conditions on the performance of conventional Savonius rotor. Wind Eng 2008;32:163–78. [4] Kamoji MA, Kedare SB, Prabhu SV. Performance tests on helical Savonius rotors. Renew Energy 2009;34:521–9. [5] Mojola OO. On the aerodynamic design of the Savonius windmill rotor. J Wind Eng Ind Aerod 1985;21:223–31. [6] Blackwell BF, Sheldahl RE, Feltz LV. Wind tunnel performance data for two- and three-bucket Savonius rotors. Sandia Laboratories, USA, Sand 76-0131 under act AT/29-11; 1978. p. 789. [7] Alexander AJ, Holownia BP. Wind tunnel tests on a Savonius rotor. J Ind Aerod 1978;3:343–51. [8] Akwa JV. Savonius wind turbine aerodynamics analysis using computational fluid dynamics. MSc dissertation, Federal University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil; 2010 [in Portuguese]. [9] Saha UK, Rajkumar MJ. On the performance analysis of Savonius rotor with twisted blades. Renew Energy 2006;31:1776–88. .[10] Saha UK, Thotla S, Maity D. Optimum design configuration of Savonius rotor through wind tunnel experiments. J Wind Eng Ind Aerod 2008;96: 1359–75. [11] Md. Imtiaj Hassan, Tariq Iqbal, Nahidul Khan, Michael Hinchey, Vlastimil Masek. CFD Analysis of a Twisted Savonius Turbine. Memorial University of Newfoundland. [12] Luc Menet , Jean; Bourabaa, Nachida. Increase In The Savonius Rotors Efficiency via Parametric Investigation. Université de Valenciennes - Le Mont Houy [13] Savonius SJ. The S-rotor and its applications. Mech Eng 1931;53:333–8. [14] Vance W. Vertical axis wind rotors – status and potential. In: Proceedings of the conference on wind energy conversion systems. 1973. p. 96–102. Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012
76
Universitas Indonesia
[15] Fernando MSUK, Modi VJ. A numerical analysis of the unsteady flow past a Savonius wind turbine. J Wind Eng Ind Aerod 1989;32:303–27. [16] D’Alessandro V, Montelpare S, Ricci R, Secchiaroli A. Unsteady aerodynamics of a Savonius wind rotor: a new computational approach for the simulation of energy performance. Energy 2010;35:3349–63. [17] Altan BD, Atılgan M. An experimental and numerical study on the improvement of the performance of Savonius wind rotor. Energy Convers Manage 2008;49:3425–32. [18] Mohamed MH, Janiga G, Pap E, Thévenin D. Optimal blade shape of a modified Savonius turbine using an obstacle shielding the returning blade. Energy Convers Manage 2011;52:236–42. [19] Hayashi T, Li Y, Hara Y. Wind tunnel tests on a different phase three-stage Savonius rotor. JSME Int J Ser B: Fluids Therm Eng 2005;48:9–16. [20] Eldridge FR. Wind machines. 2nd ed. New York, USA: Van Nostrand Reinhold Company; 1980. [21] Simonds MH, Bodek A. Performance test of a Savonius rotor. Brace Research Institute, McGill University, Quebec, Canada. Technical Report No. T10; 1964. [22] Shankar PN. Development of vertical axis wind turbines. Proc Indian Acad Sci 1979;C2(Pt. 1):49–66. [23] Rabah KV, Osawa BM. Design and field testing of Savonius wind pump in east Africa. International Centre for Theoretical Physics, International Atomic Energy Agency and United Nations Educational Scientific and Cultural Organization, Trieste, Italy, International Report; 1995. [24] Kawamura T, Hayashi T, Miyashita K. Application of the domain decomposition method to the flow around the Savonius rotor. In: Proceedings of the 12th international conference on domain decomposition methods. 2001. p. 393–400. [25] Cochran BC, Banks D, Taylor SJ. A three-tiered approach for designing and evaluating performance characteristics of novel wecs. American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc. and the American Society of Mechanical Engineers; 2004. p. 1–11 [26] Hussain, M., Mehdi, S. N., & Reddy, P. R. (2008, January 1). CFD analysis of low speed vertical axis wind turbine with twisted blades. The free library.
Desain vertical..., Aditya Indra Bayu, FT UI, 2012