Sebagai perbandingan terhadap simulasi ditampilkan dalam grafik berikut,
Gambar 4.10 Grafik perbandingan hasil simulasi dengan hasil eksperimen
4.3 Simulasi turbin angin 2D
Simulasi yang dilakukan merupakan simulasi turbin angin secara 2 dimensi berupa susunan sudu dengan variasi panjang chord dan tip speed ratio. Panjang
chord yang akan digunakan yaitu 30 cm, 45 cm, 60 cm dan 75 cm. Tujuan dari melakukan variasi panjang chord ini untuk mengetahui pengaruh solidity terhadap
kinerja turbin angin. Tip speed ratio merupakan nilai perbandingan kecepatan ujung dengan kecepatan angin bebas. Nilai tip speed ratio yang akan dianalisa
yaitu 0,5, 1, 1,5 ,dan 2. Penulis menggunakan nilai tip speed ratio untuk mendapatkan besar putaran turbin angin. Nilai kecepatan angin bebas tetap yaitu
sebesar 5 ms sedangkan putaran turbin angin akan berubah ubah sesuai dengan nilai tip speed ratio.
4.3.1 Pemilihan sudut pitch
Pemilihan sudut pitch ϕ dilakukan dengan cara mensimulasikan turbin
angin dengan 2 pilihan yaitu sudut 4
o
dan sudut 8
o
. Sudut 4
o
dipilih karena berdasarkan simulasi airfoil yang telah dilakukan sebelumnya menunjukkan
Universitas Sumatera Utara
perbandingan koefisien lift dan koefisien drag terbesar didapatkan pada ϕ = 4
o
. Sudut 8
o
dipilih berdasarkan penelitian sebelumnya yang menunjukkan sudut pitch sebesar 8
o
menunjukkan hasil paling maksimal. Untuk itu , simulasi terhadap pemilihan sudut pitch ini untuk mengetahui pengaruh rasio glide
terhadap performansi turbin angin. Berikut ini ditampilkan hasil simulasi terhadap sudut pitch.
Gambar 4.11 Kontur aliran yang terjadi pada turbin angin dengan panjang chord 30 cm dengan TSR 2 untuk
ϕ = 4
o
a dan ϕ = 8
o
b
Untuk mengetahui koefisien daya turbin yang paling besar dari variasi sudut pitch ini, maka besar kecepatan angin yang terjadi di sisi outlet ,khususnya
untuk daerah rotating region untuk kedua variasi tersebut harus diketahui. Nilai kecepatan angin yang keluar di sisi rotating region dapat diketahui langsung di
Fluent. a
b
Universitas Sumatera Utara
Data kecepatan angin yang terjadi di sisi outlet ditampilkan pada tabel berikut ini.
Tabel 4.2 Data kecepatan angin rata rata yang melewati sisi rotating region
Posisi sudut 4
o
sudut 8
o
0.75 5,99798
5,90438 0.8
5,69066 5,5082
0.85 5,07711
5,10446 0.9
4,87016 4,70714
0.95 4,68254
4,32991 1
3,93136 3,991
1.05 3,62911
3,70219 1.1
3,47195 3,45764
1.15 3,14823
3,24575 1.2
2,94913 3,05836
1.25 2,77002
2,89096 1.3
2,60645 2,73882
1.35 2,45332
2,5961 1.4
2,30771 2,4593
1.45 2,26999
2,32955 1.5
2,04127 2,21005
1.55 1,92021
2,10141 1.6
1,80323 1,99986
1.65 1,68778
1,90047 1.7
1,57414 1,80147
1.75 1,46398
1,70523 1.8
1,36217 1,61607
1.85 1,39997
1,5441 1.9
1,35068 1,52847
1.95 1,54651
1,63259 2
2,4542 1,87299
2.05 2,64692
2,218 2.1
2,7122 2,64456
2.15 3,63898
3,13716 2.2
3,81209 3,68056
2.25 4,71536
4,26125 2.275
4,9241 4,56256
v
rata rata
3,028422 3,013768
Universitas Sumatera Utara
4.3.2 Perhitungan daya turbin
Rumus yang digunakan untuk mencari koefisien daya dari suatu turbin angin ditunjukkan sebagai berikut:
�
�
= �
�
�
= 1
2 .
�1 − � �
2
�
1
�
2
� �1 + �
2
�
1
� dimana :
P = Daya mekanikal yang dapat diekstrak energi angin Watt
P
o
= Daya yang tersedia akibat aliran angin Watt v
2
= Kecepatan angin setelah melewati turbin angin ms. Kecepatan angin yang digunakan merupakan data kecepatan angin yang dihasilkan
dengan simulasi. v
1
= Kecepatan angin sebelum memasuki turbin angin ms c
p
= Koefisien daya turbin angin -
Daya mekanikal yang dapat diekstrak turbin angin dapat dicari dengan rumus berikut:
� = 1
4 .
�. ��
1 2
− �
2 2
�
1
+ �
2
Daya yang terkandung pada aliran angin bebas dicari dengan rumus berikut:
�
�
= 1
2 �. �
1 3
. �
dimana : �
= massa jenis udara kgm
3
A = luas sapuan turbin angin m
2
v
2
= Kecepatan angin setelah melewati turbin angin ms . Kecepatan angin yang digunakan merupakan data kecepatan angin yang dihasilkan dengan
simulasi v
1
= kecepatan angin sebelum memasuki turbin angin ms
Universitas Sumatera Utara
Massa jenis udara dihitung berdasarkan kondisi udara pada suhu 32
o
C, yaitu sebagai berikut:
T = 32
o
C = 305 K
ρ
udara
= 1,1594 kgm
3
Luas frontal turbin angin dapat dihitung sebagai berikut: Penampang dari turbin angin terhadap arah datangnya angin merupakan
persegi panjang sehingga luas frontal turbin angin dapat dihitung dengan luas persegi panjang,yaitu:
A = Tinggi turbin angin x Diameter turbin anginrotating region
= 1,5 x 1,55 m
= 2,325 m
2
Sebagai contoh untuk menghitung daya angin yang tersedia pada aliran angin dengan kecepatan 5 ms adalah sebagai berikut:
� = 1
2 �. �
1 3
. �
� = 1
2 . 1,1594 . 5
3
. 2,325 � = 168,475313 Watt
Selanjutnya untuk perhitungan daya yang dapat diekstrak oleh turbin angin berdasarkan variasi sudut pitch ditunjukkan sebagai berikut:
Untuk ϕ = 4
o
, dimana v
1
= 5 ms dan v
2
= 3,028422 ms
� = 1
4 .
�. ��
1 2
− �
2 2
�
1
+ �
2
� =
1 4
. 1,1594 .2,325 . 5
2
− 3.028422
2
5 + 3.028422 � = 85,63881 Watt
Maka nilai c
p
untuk ϕ = 4
o
adalah
� �
�
=
85.63881 168 ,475313
= 0,508317
Untuk ϕ = 8
o
dimana v
1
= 5 ms dan v
2
= 3,013768 ms
Universitas Sumatera Utara
� = 1
4 .
�. ��
1 2
− �
2 2
�
1
+ �
2
� =
1 4
. 1,1594 .2,325 . 5
2
− 3.013768
2
5 + 3.013768 � = 85,96067 Watt
Maka nilai c
p
untuk ϕ = 8
o
adalah
� �
�
=
85,96067 168 ,475313
= 0,510227
Dari hasil perhitungan tampak bahwa ketika ϕ = 8
o
memiliki nilai c
p
yang lebih besar yaitu sebesar 0,508317 dibandingkan dengan
ϕ = 4
o
yaitu sebesar 0,510227 , maka sudut pitch yang digunakan dalam simulasi untuk variasi
panjang chord dan TSR adalah 8
o
.
4.3.3 Simulasi turbin angin 2D dengan variasi panjang chord
