Studi Numerik Performa Turbin Angin Darrieus Tipe-H Dengan Jenis Airfoil NACA 0021 Pada Kondisi Aliran Dua Dimensi

Mahmudi, Afiq Rahman (2024) Studi Numerik Performa Turbin Angin Darrieus Tipe-H Dengan Jenis Airfoil NACA 0021 Pada Kondisi Aliran Dua Dimensi. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5007201155-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 October 2026. Download (4MB) | Request a copy

Abstract

Energi listrik merupakan salah satu energi yang penggunaannya sangat krusial pada berbagai bidang kegiatan seperti industri, transportasi, hingga rumah tangga. Konsumsi energi listrik Indonesia tiap tahunnya mengalami peningkatan yang diproyeksikan semakin bertumbuh 13,9% menjadi 1336 kWh pada tahun 2023 lalu. Kementrian ESDM mencatat bahwa 85,9% dari total kebutuhan listrik negara masih dikuasai oleh pembangkit listrik bahan bakar fosil sedangkan sisanya yaitu sebesar 14,1% dipenuhi oleh pembangkit energi baru terbarukan. Transisi energi terbarukan perlu dilakukan sebagai upaya menghindari ancaman krisis cadangan energi fosil yang ketersediaannya akan habis seiring dengan terus meningkatnya konsumsi di setiap tahunnya. Indonesia memiliki cadangan sumber energi terbarukan yang sangat melimpah salah satunya adalah energi angin. Energi listrik dihasilkan oleh turbin angin yang gerakannya dipengaruhi oleh energi angin. Salah satu jenis turbin angin yang sanggup digunakan di Indonesia adalah vertical axis wind turbine (VAWT) Darrieus tipe-H karena dapat menghasilkan energi listrik dengan kondisi tip speed ratio yang rendah, dapat menerima angin dari segala arah, serta konstruksi turbin yang sederhana.
Penelitian ini dilakukan berdasarkan metode numerik menggunakan software ANSYS Fluent pada model dua dimensi dengan jenis airfoil NACA 0021 berdasarkan variasi kecepatan angin dengan melalui tiga tahapan yakni pre-processing, processing, dan post processing. Model turbulensi k-epsilon digunakan untuk menunjang penelitian ini. Simulasi dilakukan untuk memperoleh gaya drag, gaya lift, momen, kontur aliran, dan koefisien daya. Analisis data dilakukan agar diharap mendapatkan desain yang paling optimal dari vertical axis wind turbine (VAWT) Darrieus tipe-H.
Studi ini membuktikan bahwa perubahan variasi tip speed ratio 1,84, 3,44, 3,74, dan 4,57 yang digunakan pada turbin Darrieus berdampak pada peningkatan nilai koefisien daya yang dihasilkan mencapai performa maksimumnya sebesar 0.384 pada TSR 3,74 kemudian diikuti penurunan nilai koefisien daya menjadi sebesar 0.317 pada TSR 4,57. Hal ini sejalan dengan temuan penelitian sebelumnya yang menunjukkan bahwa nilai koefisien daya mengalami peningkatan seiring dengan kenaikan nilai TSR yang berlaku. Tetapi, saat nilai TSR terlalu tinggi yaitu pada TSR 4,57 nilai koefisien daya akan mengalami penurunan akibat peningkatan kontur wake turbulensi yang dihasilkan oleh shaft rotor dan blade turbin Darrieus di daerah upwind.
============================================================
Electricity is one of the crucial energy sources used in various fields such as industry, transportation, and households. Indonesia’s electricity consumption has been projected to grow by 13.9% anually, reaching 1336 kWh in 2023. The Ministry of Energy and Mineral Resources (ESDM) notes that 85.9% of the country’s total electricity needs are still dominated by fossil fuel power plants, while the remaining 14.1% is fulfilled by renewable energy power plants. The transition to renewable energy is necessary to avoid the threat of fossil energy reserve depletion, which will be exhausted as consumption continues to rise each year. Indonesia has abundant reserves of renewable energy sources, one of which is wind energy. Electricity is generated by wind turbines, who’s influenced by wind energy. One type of wind turbine suitable for use in Indonesia is the Darrieus type-H vertical axis wind turbine (VAWT) because it can generate electricity with low tip speed ratio conditions, capturing wind from all directions, and has a simple turbine construction.
This research was conducted based on a numerical method using Ansys Fluent software on a two-dimensional model with a NACA 0021 type airfoil based on wind speed variation through three stages: pre-processing, processing, and post-processing. The k-epsilon turbulence model was employed to support this research. Simulations were carried out to obtain drag force, lift force, flow contours, and torque coefficients. Data analysis was performed in hopes of obtaining the most optimal design for the Darrieus type-H vertical axis wind turbine (VAWT).
This study demonstrates that changes in the tip speed ratio variations of 1.84, 3.44, 3.74, and 4.57 used in a Darrieus turbine impact the increase in power coefficient values, reaching its maximum performance of 0.384 at TSR 3.74, followed by a decrease in the power coefficient value to 0.317 at TSR 4.57. This is consistent with previous research findings that show an increase in power coefficient values with rising TSR values. However, when the TSR is too high, as at TSR 4.57, the power coefficient value decreases due to the increased wake turbulence generated by the rotor shaft and the Darrieus turbine blades in the upwind region.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Drag force, Lift force, Moment
Subjects:	T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ828 Wind turbines
Divisions:	Faculty of Industrial Technology > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Afiq Rahman Mahmudi
Date Deposited:	09 Aug 2024 08:33
Last Modified:	17 Oct 2024 01:17
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/113166

Actions (login required)

View Item