Perancangan dan Pengujian Numerik Turbin Angin Sumbu Horizontal Menggunakan Airfoil NACA 4412 dengan Variasi Jumlah Sudu

Puspaningtyas, Ertina Kartika (2024) Perancangan dan Pengujian Numerik Turbin Angin Sumbu Horizontal Menggunakan Airfoil NACA 4412 dengan Variasi Jumlah Sudu. Diploma thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 2039201067-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (7MB) | Request a copy

Abstract

Kondisi lingkungan Indonesia mencerminkan krisis pelestarian, sebagaimana tergambar pada peringkat rendah Indonesia dalam laporan Environmental Performance Index 2022, dengan berada di peringkat 164 dari 180 negara yang disurvei. Faktor-faktor seperti polusi udara, pencemaran air, dan pengelolaan limbah yang tidak efisien, aktivitas eksploitasi alam, pertumbuhan penduduk, dan pembangunan industri, menjadi penyebab utama krisis ini. Dampaknya berupa polusi atmosfer, ancaman terhadap kesehatan manusia, kerusakan habitat alam, dan kontribusi gas rumah kaca (〖CO〗_2, N_2 O, dan 〖CH〗_4) terhadap perubahan iklim. Meskipun Indonesia masih bergantung pada energi fosil seperti minyak bumi dan batu bara sebagai sumber daya utama, peralihan ke energi terbarukan penting dilakukan untuk mengurangi dampak negatif terhadap lingkungan. Pemanfaatan energi angin, terutama melalui turbin angin, menawarkan alternatif yang menjanjikan mengingat energi angin bersifat tak terbatas dan dapat dimanfaatkan secara luas serta berkelanjutan. Dalam penelitian ini, turbin angin yang digunakan adalah jenis turbin angin sumbu horizontal (HAWT) dengan airfoil NACA 4412. Jumlah sudu turbin divariasikan menjadi 2, 3, dan 4 dengan kecepatan angin sebesar 2,5 m/s, 3,5 m/s, dan 4,5 m/s, yang akan disimulasikan dalam beberapa nilai Tip speed ratio (TSR). Pada simulasi ini, kondisi batas untuk inlet diatur sebagai velocity inlet, untuk outlet diatur sebagai pressure outlet, dan turbin diasumsikan sebagai moving wall. Proses penggambaran turbin dan domain menggunakan perangkat lunak Solidworks, sementara simulasi numerik dilakukan dengan menggunakan Computational Fluid Dynamics menggunakan perangkat lunak Ansys Fluent 2019 R3. Setelah melalui proses simulasi turbin angin, dilakukan perhitungan unjuk kerja turbin angin sumbu horizontal, yang mencakup daya input, torsi, daya output, Coefficient of Power (Cp), dan efisiensi. Hasil perhitungan tersebut kemudian dianalisis untuk mengetahui pengaruh jumlah sudu dan variasi kecepatan angin terhadap unjuk kerja turbin angin sumbu horizontal. Analisis dilanjutkan dengan mempertimbangkan vektor kecepatan pada sudut serang 16°. Dari penelitian ini, dihasilkan nilai efisiensi tertinggi untuk turbin angin dengan jumlah sudu 2 sebesar 39% pada TSR 7, 3 sudu sebesar 36% pada TSR 6, dan 4 sudu sebesar 47% pada TSR 5. Sedangkan untuk daya maksimum didapatkan oleh turbin angin dengan jumlah sudu 4, pada TSR 5 yaitu sebesar 64,20 Watt.
=======================================================================================================================
The environmental conditions in Indonesia reflect a conservation crisis, as illustrated by Indonesia's low ranking in the 2022 Environmental Performance Index report, where it is positioned at 164 out of 180 surveyed countries. Factors such as air pollution, water contamination, inefficient waste management, natural resource exploitation activities, population growth, and industrial development are the primary causes of this crisis. The impacts include atmospheric pollution, threats to human health, habitat destruction, and the contribution of greenhouse gases (〖CO〗_2, N_2 O, and 〖CH〗_4) to climate change. Despite Indonesia's continued reliance on fossil fuels such as petroleum and coal as primary resources, transitioning to renewable energy is crucial to mitigate negative environmental impacts. Wind energy utilization, particularly through wind turbines, offers a promising alternative given its unlimited nature and widespread, sustainable potential. In this study, the wind turbine used is a horizontal-axis wind turbine (HAWT) with an NACA 4412 airfoil. The number of turbine blades is varied to 2, 3, and 4, with wind speeds set at 2.5 m/s, 3.5 m/s, and 4.5 m/s, which will be simulated at various Tip speed ratios (TSR). In these simulations, the boundary condition for the inlet is set as a velocity inlet, the outlet as a pressure outlet, and the turbine is assumed to be a moving wall. The turbine and domain modeling process uses Solidworks software, while numerical simulations are conducted using Computational Fluid Dynamics with Ansys Fluent 2019 R3 software. After the wind turbine simulation process, the performance of the horizontal-axis wind turbine is calculated, including input power, torque, output power, coefficient of power (Cp), and efficiency. The results of these calculations are then analyzed to determine the influence of the number of blades and wind speed variations on the performance of the horizontal-axis wind turbine. The analysis is continued by considering the velocity vector at an attack angle of 16°. This study obtained the highest efficiency values for a 2-blade wind turbine at 39%, a 3-blade turbine at 36%, and a 4-blade turbine at 47%. The 4-blade wind turbine achieved the maximum power at a TSR of 5, which is 64.20 Watts.

Item Type:	Thesis (Diploma)
Uncontrolled Keywords:	Unjuk kerja turbin; jumlah sudu; Computational Fluid Dynamics Turbine performance; number of blades; Computational Fluid Dynamics
Subjects:	T Technology > T Technology (General) > T57.62 Simulation
Divisions:	Faculty of Vocational > Mechanical Industrial Engineering (D4)
Depositing User:	Ertina Kartika Puspaningtyas
Date Deposited:	06 Aug 2024 08:35
Last Modified:	06 Aug 2024 08:35
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/112250

Actions (login required)

View Item