![Page 1: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/1.jpg)
Oleh :Moch. Arif Afifuddin
2405 100 071
STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS WIND TURBINE (VAWT)
DENGAN VARIASI DESAIN TURBIN
Dosen pembimbing :1.Ir. Sarwono MM2.Ridho Hantoro ST. MT
![Page 2: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/2.jpg)
Latar Belakang
Kekurangan dari VAWT adalah kebanyakan dari
VAWT menghasilkan energi hanya sekitar 50% dari
efisiensi yang dihasilkan HAWT karena gaya drag
tambahan ketika berputar.
Pada tugas akhir ini mengembangkan tugas akhir
sebelumnya yang sudah ada, yakni milik saudara
Arief Fajar Prasetya. dengan mengubah beberapa
varibel komponen turbin seperti panjang rotor,
dan jumlah blade 3 dan 5 blade pada sistem wind
turbine yang sama.
![Page 3: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/3.jpg)
Perumusan Masalah� Bagaimana merancang vertical axis wind turbine
dengan kecepatan angin 2m/s ?
� Bagaimana menganalisa performansi sistem
Vertical Axis Wind Turbine dengan perubahan
variable panjang rotor dan jumlah blade?
� Bagaimana korelasi antara panjang rotor dan
jumlah blade yang berbeda terhadap rpm dan
torsi yang dihasilkan?
![Page 4: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/4.jpg)
Batasan Masalah� Analisa yang dilakukan berupa analisa performansi dari
sistem wind turbine dengan keluaran rpm Shaft dan torsi.
� Uji performansi dilakukan pada jumlah blade dan panjang
rotor yang digunakan dengan sistem wind turbine yang
sama.
� Hasil rancangan dan algoritma wind turbine disimulasikan
dengan software CFX Ansys 11
� Pengerjaan tugas akhir ini berorientasi pada estimasi
putaran rotor (rpm) dan torsi yang dihasilkan oleh wind
turbin.
� Analisa perhitungan data menggunakan perhitungan
software Microsoft Excel.
![Page 5: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/5.jpg)
Tujuan PenelitianTujuan dari penelitian ini untuk menjelaskan korelasi-
korelasi antara panjang rotor dan jumlah blade dengan
putaran rotor (rpm) dan torsi yang dihasilkan. Dan
membandingkan performansi rpm dan torsi dengan
penelitian sebelumnya.
![Page 6: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/6.jpg)
Metodologi Penelitian
![Page 7: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/7.jpg)
Komponen Vertical Axis Wind Turbine (VAWT)� Blade
� Rotor
� Main Shaft (Poros Utama)
� Hub
![Page 8: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/8.jpg)
Blade
Bentuk Blade
Karakteristik dari turbin jenis ini adalah :
� Turbin angin berporos tegak.
� Prinsip aerodinamika : gaya drag
![Page 9: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/9.jpg)
Main Shaft (Poros Utama)
Adalah poros yang digunakan untuk mentransmisikan power mekanik putaran sudu/blade ke bagian gear-box.
![Page 10: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/10.jpg)
Hub
Merupakan bagian yang
menjadi penghubung
antara rangkaian
sudu/blade dengan main
shaft/poros utama.
![Page 11: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/11.jpg)
Penelitian yang RelevanBerdasarkan yang telah dilakukan oleh Arief
Pajar Prasetya. Pada tahun 2008 tentang Uji
Performansi Vertical Axis Wind Turbine Tiga dan
Lima Blade didapatkan kesimpulan performansi
terbaik vertical axis wind turbine didapat saat
menggunakan 5 blade dengan sudut 30º yang bisa
mencapai 42.75 kali putaran dalam 1 menit
![Page 12: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/12.jpg)
Desain dan geometri
![Page 13: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/13.jpg)
Desain dan geometri di ANSYS Workbench
![Page 14: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/14.jpg)
Perhitungan daya mekanik
� P = daya mekanik (Watt)
� Cp = Power Coefficient (59.3% )
� = massa jenis udara kering = 1,1726 kg/m3
� v = kecepatan angin dalam m/s
� r = jari-jari kincir angin dalam meter
� = 3,1415926535….
23 .....2
1rvCpP πρ=
π
ρ
![Page 15: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/15.jpg)
Distribusi kecepatan angin tiap waktudata kecepatan angin bulan nov-des
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
7:55
8:38
9:21
10:04
10:48
11:31
12:14
12:57
13:40
14:24
15:07
15:50
16:33
17:16
18:00
18:43
19:26
20:09
20:52
jam
kece
pat
an (
m/s
)
17-11-0918.11.0919-11-0920-11-0921-11-0922-11-0923-11-0924-11-0925-11-0926-11-0927-11-0928-11-0929-11-0930-11-091/12/20092/12/20093/12/20094/12/20095/12/20096/12/20097/12/20098/12/20099/12/200910/12/200911/12/200912/12/200913-12-0914-12-0915-12-0916-12-0917-12-0918-12-0919-12-0920-12-0921-12-0922-12-0923-12-0924-12-0925-12-0926-12-09
![Page 16: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/16.jpg)
0
1
2
3
4
5
6
7
0 1 2 3 4
kecepatan angin (m/s)
rpm
(p
uta
ran
)
3 blade, 170 cm
5blade, 170cm
Grafik perbandingan rpm 3 blade dan 5 bladedengan panjang rotor 170 cm
![Page 17: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/17.jpg)
Grafik perbandingan rpm 3 blade dan 5 bladedengan panjang rotor 48 cm dan 170 cm
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 1 2 3 4
kecepatan angin (m/s)
rpm
(p
uta
ran
)
3 blade, 48 cm
5 blade, 48 cm
3 blade, 170 cm
5blade, 170cm
![Page 18: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/18.jpg)
Perbandingan torsi 3 blade dan 5 blade dengan panjang rotor 48 cm dan 170 cm
garfik perbandingan torsii
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
kecepatan angin
tors
i (N
m) 3 blade, 48 cm
5 blade, 48cm
3 blade, 170cm
5 blade,170cm
![Page 19: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/19.jpg)
Uji simulasi perubahan panjang rotor
angin
angin
![Page 20: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/20.jpg)
Perbandingan torsi hasil perhitungan dan pengukuran simulasi 3 blade dan 5 blade pada kecepatan angin 2m/s
Panjangrotor(cm)
Kecepatanangin(m/s)
Torsi (Nm)
Blade 3 Blade 5
48
1 0.04 0.11
1.5 0.11 0.25
2 0.20 0.45
2.5 0.32 0.73
3 0.40 1.08
170
1 0.13 0.35
1.5 0.31 0.83
2 0.52 1.55
2.5 0.83 2.37
3 1.23 3.44
Panjangrotor(cm)
Kecepatan angin(m/s)
Torsi (Nm)
3 blade 5 blade
48
1 0.32 0.5
1.5 0.38 0.51
2 0.63 0.65
2.5 0.7 0.81
3 0.93 1.25
170
1 0 0.62
1.5 0.94 1.2
2 1.24 1.26
2.5 1.49 1.84
3 1.77 2.67
Tabel hasil simulasi Tabel hasil pengukuran
![Page 21: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/21.jpg)
kesimpulan� Telah dilakukan perancangan vertical axis wind turbine
untuk kecepatan angin 2m/s dengan mengubah panjang
rotor menjadi 170 cm
� Turbin dengan panjang lengan 170 cm dengan jumlah
blade 3 memiliki nilai rpm 3.48 kali putaran dalam satu
menit pada saat kecepatan angin 2m/s.
� Turbin dengan panjang lengan 48 cm dengan jumlah blade
3 memiliki nilai rpm 9.16 kali putaran dalam satu menit
pada saat kecepatan angin 2m/s.
� performansi rpm terbaik dimiliki oleh turbin dengan
5blade panjang lengan 48 cm sebesar 23.72 kali putaran
dalam satu menit dengankecepatan angin 2m/s.
performansi torsi terbaik dimiliki oleh turbin dengan 5
blade panjang rotor 170 cm sebesar 1.26 Nm.
� Semakin panjang panjang lengan nilai rpm-nya semakin
kicil namun nilai torsinya semakin besar
![Page 22: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/22.jpg)
Daftar Pustaka[1]. Daryanto, Y. 2007 Kajian Potensi angin Untuk Pembangkit
Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG – UPT-LAGG. Yogyakarta
[2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika.
Penyimpangan Nilai Kerapatan Udara pada Pembangkitan Energy di Pulau-Pulau Kecil Indonesia, Jurusan Teknik
Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi
Sepuluh Nopember (ITS), Surabaya.
[4]. Hantoro, Ridho, 2007. Modul Pelatihan Energi Terbarukan, Wind Turbine 2007, Jurusan Teknik Fisika – FTI – ITS.
[5] Prasetya, Arief Pajar. 2008. Uji Performansi Vertical Axis Wind Turbine Tiga dan Lima Blade. Surabaya. Teknik Fisika-FTI-ITS
[6] http://www.ifb.uni-stuttgart.de/~doerner/edesignphil.html
[7] KSE. Modul Pelatihan Ansys. Surabaya
![Page 23: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/23.jpg)
Sekian terima kasih….
![Page 24: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/24.jpg)
Rpm 3 dan 5 blade pada panjangrotor 170 cm
Panjang
rotor (cm)
v
(kecepat
an angin)
rpm (putaran)
3 blade 5 blade
170
1m/s 0 2.94
1.5 m/s 2.45 3.68
2 m/s 3.48 4.30
2.5 m/s 3.71 4.95
3 m/s 4.63 6.16
![Page 25: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/25.jpg)
Data rpm pada masing-masing blade
Panjang rotor (cm)
nilai v (m/s)
rpm (putaran)
48
1 6.58
1.5 7.29
2 9.16
2.5 11.01
3 14.04
Panjangrotor (cm)
nilai v (m/s) rpm (putaran)
170
1 0
1.5 2.45
2 3.48
2.5 3.71
3 4.63
Panjang rotor (cm)
nilai v (m/s)
rpm (putaran)
48
1 17.32
1.5 19.55
2 23.72
2.5 26.08
3 37.38
Panjang rotor(cm)
nilai v (m/s)
rpm (putaran)
170
1 2.94
1.5 3.68
2 4.30
2.5 4.95
3 6.16
Data pengukuran turbin 3 blade
Data pengukuran turbin 5 blade
![Page 26: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/26.jpg)
Data torsi pada masing-masing blade
Panjangrotor
nilai v (m/s)
torsi (Nm)
48
1 0.32
1.5 0.38
2 0.63
2.5 0.7
3 0.93
Panjang rotornilai v (m/s) torsi (Nm)
170
1 0
1.5 0.94
2 1.24
2.5 1.49
3 1.77
Panjangrotor
nilai v (m/s) torsi (Nm)
48
1 0.5
1.5 0.51
2 0.65
2.5 0.81
3 1.25
Panjang rotor nilai v (m/s) torsi (Nm)
170
1 0.62
1.5 1.2
2 1.26
2.5 1.84
3 2.67
Data pengukuran turbin 3 blade
Data pengukuran turbin 5 blade
![Page 27: STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI VERTICAL AXIS … · Listrik Tenaga Bayu, Balai PPTAGG –UPT-LAGG. Yogyakarta [2]. Hantoro Ridho, I Ketut Aria Pria Utama, dan I Ketut Suastika. Penyimpangan](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013008/5c7fd54909d3f257328be731/html5/thumbnails/27.jpg)
Massa Jenis AnginDefinisi dari density adalah massa dari suatu fluida
dalam satu satuan volume, atau ρ= m/v,
Selain massa dan volume, kerapatan fluida dipengaruhi
vaiabel lain, yaitu T (temperature) dan S (salinity:
untuk kasus air laut). Kenaikan T memberikan
kontribusi penurunan kerapatan pada sebuah boundary
system yang seragam
ρ = 1,225 kg/m3 untuk daerah dengan temperatur 150C
Hal ini tidak mungkin kita dapati di wilayah pesisir dan
pantaipada siang hari, mengingat temperatur ambient
sekitar 280C-320C (1,1574<ρ<1,1726) Kg/m3 [2].