STUDI NUMERIKAL TURBIN ANGIN SAVONIUS TIPE …...FLUENT in evaluating the fluid flow for determining...
Transcript of STUDI NUMERIKAL TURBIN ANGIN SAVONIUS TIPE …...FLUENT in evaluating the fluid flow for determining...
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
STUDI NUMERIKAL TURBIN ANGIN SAVONIUS TIPE S
DENGAN PENAMBAHAN FIN PADA BLADE
MENGGUNAKAN METODE COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC(CFD)
SKRIPSI
Oleh :
BAYU ANGGARA
K2514018
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Juli 2018
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
ii
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
iii
STUDI NUMERIKAL TURBIN ANGIN SAVONIUS TIPE S
DENGAN PENAMBAHAN FIN PADA BLADE
MENGGUNAKAN METODE COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC
(CFD)
Oleh :
BAYU ANGGARA
K2514018
Skripsi
diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan mendapatkan gelar
Sarjana Pendidikan pada Program Studi Pendidikan Teknik Mesin
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Juli 2018
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
iv
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
v
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
vi
ABSTRAK
Bayu Anggara. K2514018. STUDI NUMERIKAL TURBIN
ANGINSAVONIUS TIPE S DENGANPENAMBAHAN FIN PADA
BLADEMENGGUNAKAN METODE COMPUTATIONAL FLUID
DYNAMIC(CFD). Skripsi, Surakarta : Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan
Universitas Sebelas Maret Surakarta, Juli 2018.
Turbin angin savonius merupakan sistem konversi energi angin yang
memiliki potensi yang baik dalam memenuhi kebutuhan energi skala kecil.Akan
tetapi, desain standar dari turbin savonius memiliki efisiensi dan kecepatan putar
yang relatif kecil. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik
aerodinamika turbin angin savonius dengan penambahan fin pada blade
Penelitian ini menggunakan computational fluid dynamic (CFD) dari
sebuah softwareFinite Element Analysis (FEA). Turbin angin savonius pada
penelitian ini memiliki diameter rotor 1,1 m dan tinggi 1,4 m. Model 3D dari
turbin savonius dibuat dengan software CAD SolidWorks® dengan variasi tanpa
penambahan fin, 1 fin, 2 fin dan 3 fin. Kecepatan angin yang digunakan pada
simulasi ini adalah 4,5 m/s dengan permodelan turbulensi k-epsilon standard.
Simulasi ini menggunakan dynamic mesh model, yang kemudian di ekspor pada
ANSYS FLUENT untuk menentukan karakteristik aerodinamika seperti drag,
torsi, dan koefisien daya.
Hasil dari penelitian yang telah dilakukan adalah variasi penambahan 1 fin
menunjukkan performansi aerodinamika yang lebih baik dibandingkan dengan
variasi penambahan 2 fin, 3 fin dan tanpa penambahan fin. Penambahan 1 fin
menghasilkan nilai koefisien daya 0,221 paling tinggi dibandingkan variasi yang
lain. Variasi penambahan 1 fin menunjukkan distribusi tekanan yang lebih baik,
dengan tekanan yang lebih merata dan perbedaan tekanan antara permukaan
cekung dan cembung yang lebih signifikan daripada variasi yang lain.
Kata kunci ; Turbin angin savonius, aerodinamika, fin, computational fluid
dynamic.
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
vii
ABSTRACT
Bayu Anggara. K2514018. NUMERICAL STUDY OF SAVONIUS WIND
TURBINE TYPE S WITH ADDITIONAL FIN BLADE USING
COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC (CFD). Thesis, Surakarta : Teacher
Training and Education Faculty, Sebelas Maret University, July 2018
A Savonius wind turbine is the wind energy conversion systems which
have good potential for a small-scale electrical energy source. However, standard
design savonius rotor has a relatively low efficiency and rotation speed. The aim
of this research is to study aerodynamic characteristic of savonius windsavonius
type S by adding a variation of a fin in its turbine blades.
This research utilized computational fluid dynamic (CFD) using a
commercial Finite Element (FEA) software. Savonius rotor employed in this
research has a 1.1 m rotor diameter in 1.4 m height. The 3D model of savonius
rotor was developed by a CAD Software, SolidWorks®. The wind speed utilized
for simulation purpose was4.5 m/s with k-epsilon standard turbulent model.
Dynamic mesh model was used in this simulation, which then exported to ANSYS
FLUENT in evaluating the fluid flow for determining the aerodynamic coefficient
such as drag, torque and power coefficient. This model simulated a fluid flow
striking the blade and wind condition around the rotate blade.
Results from this study show that the 1 fin addition of variation have better
aerodynamic performance than 2 fins addittion, 3 fins addition, and without
adding fin variation. Add 1 fins produce power coefficient 0,221 that highest than
other varieties. Blade with 1 fin variation shows better pressure distribution, with
relatively equal pressure and significantly different pressure between concave and
concave than other varieties.
Keywords : Savonius wind turbine, wind energy, aerodynamic, fin, computational
fluid dynamic
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
viii
MOTTO
Sesungguhnya sesudah kesulitan akan datang kemudahan, maka kerjakanlah
urusanmu dengan sungguh-sungguh dan hanya kepada Allah kamu berharap
(QS. Al-Insyirah : 6-8)
Banyak kegagalan dalam hidup ini dikarenakan orang-orang tidak menyadari
betapa dekatnya mereka dengan keberhasilan saat mereka menyerah.
(Thomas Alva Edison)
Kesuksesan bukanlah suatu kebetulan.Itu adalah hasil dari kerja keras, ketekunan,
pembelajaran, pengorbanan dan yang terpenting rasa cinta atas yang kau lakukan
dan yang kau pelajari.
(Pele)
Life is like riding bicycle, to keep your balance you must keep moving
(Albert Einstein)
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
ix
PERSEMBAHAN
Skripsi ini saya persembahkan untuk :
Bapak dan Ibu
“Terima kasih atas semua dukungan, doa dan kasih sayang yang tiada pernah
berhenti.Terima kasih atas kerja keras dan semua pengorbanan yang telah
dilakukan selama ini.Diri ini bukanlah apa-apa tanpa kasih sayang kalian”.
Keluarga besar Parto Dikromo dan Darno Sudarpo
Terima kasih atas dukungan dan bantuan yang tidak hentinya diberikan sehingga
saya dapat menyelesaikan studi selama 4 tahun ini
Teman-teman PTM 2014
“Terima kasih telah banyak membantu baik berupa ilmu, tenaga, waktu, masukan,
dan dukungan yang telah kalian berikan selama 4 tahun ini.Juga semangat kerja
keras yang telah kalian tularkan pada saya selama mengerjakan skripsi”.
Addin Nur Kasanah
“Terima kasih senantiasa mendukung, tak pernah bosan memberi semangat dan
memotivasi”.
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
x
KATA PENGANTAR
Puji syukur peneliti panjatkan ke hadirat Allah SWT karena telah
memberikan rahmat dan karunia-Nya berupa ilmu, inspirasi, kesehatan dan
keselamatan.Atas kehendak-Nya peneliti dapat menyelesaikan skripsi dengan
judul “STUDI NUMERIKAL TURBIN ANGIN SAVONIUS TIPE S
DENGANPENAMBAHANFINPADA BLADE MENGGUNAKAN METODE
COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC(CFD)”.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan untuk
mendapatkan gelar Sarjana pada Program Studi Pendidikan Teknik Mesin,
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas Maret
Surakarta.Peneliti menyadari bahwa terselesaikannya skripsi ini tidak terlepas dari
bantuan, bimbingan, dan pengarahan dari berbagai pihak. Untuk itu, peneliti
menyampaikan terima kasih kepada :
1. Prof Dr. Joko Nurkamto, M.Pd., Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu
Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.
2. Dr. Suharno, ST., MT., Kepala Program Studi Pendidikan Teknik Mesin
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
3. Dr. Indah Widiastuti, S.T., M.Eng., selaku Pembimbing I, yang telah
memberi dukungan dan bimbingan dalam penyusunan skripsi ini.
4. Dr. Eng Herman Saputro, S.Pd., M.Pd, MT., selaku Pembimbing II yang
telah memberikan pengarahan dan bimbingan dalam penyusunan skripsi
ini.
5. Ir. Husin Bugis, M.Si., selaku Pembimbing Akademik yang telah
membimbing dan mengarahkan selama masa perkuliahan.
6. Budi Harjanto, S.T., M.Eng., selaku Kepala Laboratorium Program Studi
Pendidikan Teknik Mesin yang telah memberi kesempatan dan tempat
guna pengambilan data penelitian.
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xi
7. Budi Sutopo, selaku Tool man Laboratorium Mesin Program Studi
Pendidikan Teknik Mesin yang telah membantu terlaksananya
pengambilan data penelitian.
Peneliti menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna dan hal ini
antara lain karena keterbatasan peneliti. Meskipun demikian, peneliti berharap
semoga skripsi ini bermanfaat bagi pembaca dan pengembangan ilmu.
Surakarta, 23 Juli 2018
Peneliti
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xii
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL................................................................................................ i
HALAMAN PERNYATAAN ................................................................................ ii
HALAMAN PENGAJUAN................................................................................... iii
HALAMAN PERSETUJUAN............................................................................... iv
HALAMAN PENGESAHAN................................................................................. v
HALAMAN ABSTRAK........................................................................................ vi
HALAMAN MOTTO .......................................................................................... viii
HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................................ ix
KATA PENGANTAR ............................................................................................ x
DAFTAR ISI......................................................................................................... xii
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiv
DAFTAR TABEL................................................................................................ xvi
DAFTAR LAMPIRAN........................................................................................ xix
BAB I PENDAHULUANA. Latar Belakang Masalah ................................................................... 1B. Identifikasi Masalah.......................................................................... 3C. Pembatasan Masalah......................................................................... 4D. Rumusan Masalah............................................................................. 4E. Tujuan Penelitian .............................................................................. 4F. Manfaat Penelitian............................................................................. 5
BAB II KAJIAN PUSTAKA, KERANGKA BERPIKIR, DAN HIPOTESISA. Kajian Pustaka .................................................................................. 6B. Kerangka Berpikir........................................................................... 15C. Hipotesis ......................................................................................... 15
BAB III METODE PENELITIANA. Tempat dan Waktu Penelitian......................................................... 16B. Desain Penelitian ............................................................................ 16C. Teknik Pengumpulan Data.............................................................. 17D. Teknik Analisis Data ...................................................................... 17E. Prosedur Penelitian ......................................................................... 17
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASANA. Deskripsi Pemodelan Turbin Angin Dengan Computational FluidDynamic CFD....................................................................................... 25B. Pemodelan Turbin Angin Savonius Tipe S..................................... 25
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xiii
C. Validasi Pemodelan ........................................................................ 30D. Analisis Perbandingan Variasi Penambahan Fin............................ 40
BAB V SIMPULAN, IMPLIKASI, DAN SARAN
A. Simpulan......................................................................................... 43B. Implikasi ......................................................................................... 44C. Saran ............................................................................................... 44
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 45
LAMPIRAN.......................................................................................................... 47
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xiv
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Tipe turbin angin ................................................................................. 6
Gambar 2.2 Prinsip kerja rotor savonius ................................................................ 6
Gambar 2.3 Tipe turbin angin savonius .................................................................. 7
Gambar 2.4 Perbandingan koefisien daya dan tip speed ratio beberapa turbin
angin................................................................................................... 8
Gambar 2.5 Aliran fluida ...................................................................................... 10
Gambar 2.6 Basic parameter savonius wind turbine ........................................... 12
Gambar 2.7 2D novel blade shape ........................................................................ 13
Gambar 2.8 Turbin angin savonius model twisted rotor ...................................... 13
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian...................................................................... 18
Gambar 3.2 Domain simulasi penelitian............................................................... 19
Gambar 3.3 Geometri turbin angin savonius ........................................................ 20
Gambar 3.4 Validasi hasil simulasi dengan eksperimental................................... 21
Gambar 3.5 Turbin angin savonius tanpa fin ........................................................ 22
Gambar 3.6 Turbin angin savonius dengan 1 fin .................................................. 22
Gambar 3.7 Turbin angin savonius 2 fin ............................................................... 23
Gambar 3.8 Turbin angin savonius 3 fin ............................................................... 23
Gambar 4.1 (a) Computational grid dari kedua domain, (b) Domain komputasi
disekitar blade, (c) Domain komputasi disekitar blade (Top view). 27
Gambar 4.2 Domain pemodelan turbin................................................................. 28
Gambar 4.3 Domain pemodelan turbin angin savonius ........................................ 28
Gambar 4.4 Grafik perbandingan koefisien daya (Cp) dan TSR (λ) .................... 30
Gambar 4.5 Distribusi kecepatan pada variasi tanpa penambahan fin (pandangan
depan)............................................................................................... 31
Gambar 4.6 Distribusi kecepatan pada variasi tanpa penambahan fin (pandangan
atas) .................................................................................................. 31
Gambar 4.7 Distribusi kecepatan pada variasi penambahan 1fin (pandangan
depan)............................................................................................... 32
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xv
Gambar 4.8 Distribusi kecepatan pada variasi penambahan 1fin (pandangan atas)
.......................................................................................................... 32
Gambar 4.9 Distribusi kecepatan pada variasi penambahan 2fin (pandangan
depan)............................................................................................... 33
Gambar 4.10 Distribusi kecepatan pada variasi penambahan 2fin (pandangan atas)
.......................................................................................................... 33
Gambar 4.11 Distribusi kecepatan pada variasi penambahan 3fin (pandangan
depan)............................................................................................... 34
Gambar 4.12 Distribusi kecepatan pada variasi penambahan 3fin (pandangan atas)
.......................................................................................................... 34
Gambar 4.13 Distribusi tekanan pada variasi tanpa penambahan fin (pandangan
depan)............................................................................................... 35
Gambar 4.14 Distribusi tekanan pada variasi tanpa penambahan fin (pandangan
atas) .................................................................................................. 35
Gambar 4.15 Distribusi tekanan pada variasi penambahan 1fin (pandangan depan)
.......................................................................................................... 36
Gambar 4.16 Distribusi tekanan pada variasi penambahan 1fin (pandangan atas)36
Gambar 4.17 Distribusi tekanan pada variasi penambahan 2fin (pandangan depan)
.......................................................................................................... 37
Gambar 4.18 Distribusi tekanan pada variasi penambahan 2fin (pandangan atas)37
Gambar 4.19 Distribusi tekanan pada variasi penambahan 3fin (pandangan depan)
.......................................................................................................... 38
Gambar 4.20 Distribusi tekanan pada variasi penambahan 3fin (pandangan atas)38
Gambar4.21Streamline pada variasi tanpa penambahan fin ................................. 39
Gambar4.22 Streamline pada variasi penambahan 1fin ........................................ 39
Gambar4.23 Streamline pada variasi penambahan 2fin ........................................ 40
Gambar4.24 Streamline pada variasi penambahan 3fin ........................................ 40
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Skala kualitas meshing ............................................................................ 9
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xvi
Tabel4.1 Pengaturan sizing pemodelan................................................................. 26
Tabel4.2 Setting kondisi domain pemodelan turbin angin savonius..................... 29
Tabel4.3 Perbandingan hasil dari beberapa model turbulensi .............................. 29
Tabel4.4 Nilai performa dari pemodelan turbin angin savonius........................... 41
Tabel4.5 Nilai performa hasil eksperimen ........................................................... 41
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1 Meshing Report dari Simulasi ANSYS ............................................. 49
Lampiran 2Surat keputusan Dekan tentang Izin Menyusun Skripsi ..................... 56
Lampiran 3Surat Permohonan Izin Penelitian kepada Instansi ............................ 57
Lampiran 4Surat Permohonan Izin Penelitian kepada Rektor .............................. 58