Gambar 4.14 Grafik hubungan kecepatan angin dengan TSR Pada tabel dan grafik di atas dapat dilihat bahwa aliran angin yang
keluar melalui sisi outlet jika nilai tip speed ratio nya meningkat, maka kecepatan alirannya akan terus menurun. Menurut aturan Betz, semakin kecil
kecepatan aliran angin yang melalui turbin angin, maka energi angin yang diserap oleh turbin angin akan semakin besar.
Berikut ini merupakan data yang diperoleh dari hasil simulasi yang berupa data kecepatan angin rata-rata terhadap nilai TSR pada variasi jumlah
sudu yang dibuat dalam bentuk tabel. Tabel 4.7 Data hasil simulasi turbin angin
TSR
ν
ave
ms 3 sudu
4 sudu 5 sudu
6 sudu 1.65
2.095 1.840
1.67669 1.685
1.7 2.088
1.796 1.62668
1.672 1.75
2.039 1.763
1.59814 1.671
1.8 2.005
1.753 1.55582
1.667
4.2.2 Analisa hasil simulasi turbin angin
Universitas Sumatera Utara
1. Perhitungan daya angin Daya yang terkandung pada aliran angin bebas adalah:
�
�
=
1 2
�. �. �
1 3
....................................................................... 4.3 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 dari simulasi v
1
= kecepatan angin sebelum memasuki turbin angin ms
Kondisi angin pada saat dilakukan proses simulasi yaitu pada temperature 32
C. Sehingga didapat massa jenis udara sebesar: T = 32
C = 305 K
ρ
udara
= 1.1594 kgm
3
Kecepatan angin pada saat simulasi adalah 4 ms, sehingga didapat daya angin yang melewati luas rotor turbin sebesar:
D
turbin
= 1.65 m H
turbin
= 1.5 m A
= D
turbin
x H
turbin
= 1.65 x 1.5 = 2.475 m
2
P
angin
=
1 2
� � �
� 3
= 0,5 1,15942.4754
3
= 91.82 Watt
2. Perhitungan power coefficient
Universitas Sumatera Utara
power coefficient C
p
adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan secara mekanik pada sudu akibat gaya angin terhadap daya yang dihasilkan
oleh gaya lift pada aliran udara, �
�
=
� �
=
1 2
��1 − �
�
2
�
1
�
2
� �1 +
�
2
�
1
�� .............................................. 4.4
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 dari simulasi v
1
= kecepatan angin sebelum memasuki turbin angin ms c
p
= Koefisien daya turbin angin -
Sebagai contoh perhitungan, diambil data 3 sudu dengan nilai TSR 1.8 v
1
= 4 ms v
2
= 2.005 ms
�
�
= �
� =
1 2
��1 − � �
2
�
1
�
2
� �1 + �
2
�
1
��
�
�
= 1
2 ��1 − �
2.005 4
�
2
� �1 + 2.005
4 ��
�
�
= 1
2 [0,7487. 1.501]
�
�
= 0.562
Hasil perhitungan tiap data dibuat dalam bentuk tabel berikut ini. Tabel.4.8 Data perhitungan nilai Cp
Universitas Sumatera Utara
TSR 3 sudu
4 sudu 5 sudu
6 sudu ν
ms Cp
ν ms
Cp ν
ms Cp
ν ms
Cp 1.65
2.095 0.553
1.84 0.575
1.677 0.585
1.685 0.584
1.7 2.088
0.554 1.796
0.578 1.627
0.587 1.672
0.5851 1.75
2.039 0.558
1.763 0.58
1.598 0.588
1.671 0.5852
1.8 2.005
0.562 1.753
0.581 1.556
0.589 1.667
0.5854
Gambar 4.15 Grafik tip speed ratio vs koefisien daya untuk semua jumlah sudu
Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa semakin besar nilai TSR, maka nilai koefisien daya turbin angin juga semakin besar. Turbin angin dengan
jumlah sudu 5 buah memiliki power coefficient Cp paling tinggi dibandingkan dengan turbin angin dengan jumlah sudu 3, 4 maupun 6 buah.
Nilai maksimum Cp untuk turbin dengan jumlah sudu 5 buah mencapai 0.589 pada TSR 1.8.
3. Perhitungan efisiensi turbin
Universitas Sumatera Utara
Efisiensi turbin merupakan perbandingan daya angin yang mampu diekstrak sudu turbin yang diukur dari power coefficient yang dihasilkan
turbin angin dengan daya angin teoritis. Efisiensi turbin merupakan keefektifan rotor turbin dalam memanfaatkan energi kinetik angin.
Efisiensi turbin η
t
=
�
������
�
�����
�
100 ............................................. 4.5 �
������
= �
� �
2
�
3
� ........................................................ 4.6 Sebagai contoh perhitungan diambil data 3 sudu dengan nilai TSR 1.65.
C
p
= 0.553 �
������
= 0.553. 1,1594
2 . 4
3
. 2,475 �
������
= 50,778 Watt Berikut hasil perhitungan efisiensi turbin pada setiap jumlah sudu yang
dibuat dalam bentuk tabel. Tabel. 4.9 Data perhitungan efisiensi turbin angin
TSR 3 sudu
4 sudu 5 sudu
6 sudu Pt
Watt ηt
Pt Watt
ηt Pt
Watt ηt
Pt Watt
ηt 1.65
50.778 55.284 52,799 57.552 53.709 58.491 53.674 58.452 1.7
50.838 55.364 53.115 57.844 53.903 58.702 53.729 58.512 1.75
51.303 55.871 53.298 58.044 53.999 58.807 53.732 58.516 1.8
51.608 56.203 53.348 58.098 54.123 58.941 53.748 58.534
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.16 Grafik nilai TSR vs efisiensi turbin untuk semua jumlah sudu Dari grafik di atas terlihat bahwa semakin besar nilai TSR, maka nilai
efisiensi turbin angin juga akan semakin besar. Turbin angin yang memiliki jumlah sudu 5 buah memiliki tingkat efisiensi yang paling tinggi
dibandingkan dengan turbin angin yang memiliki jumlah sudu 3, 4 maupun 6 buah. Nilai maksimum efisiensi untuk turbin dengan jumlah sudu 5 buah
mencapai pada 58,9413 pada TSR 1.8. Sedangkan efisiensi paling rendah dimiliki oleh jumlah sudu 3 buah dengan nilai efisiensi 55,2841 pada TSR
1,65.
4.3 Perbandingan dengan Eksperimental
