SIMULASI NUMERIK KARAKTERISTIK AERODINAMIK TURBIN ANGIN DENGAN SUDU JENIS NACA 0012 UNTUK KECEPATAN ANGIN RENDAH

I GUSTI GDE BADRAWADA, Fauzan, ST., MT., Ph.D.

2014 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Tujuan dari studi simulasi numerik ini adalah untuk mendapatkan karakteristik aerodinamik dan koefisien tenaga turbin angin 3 sudu jenis NACA 0012 untuk rasio kecepatan dan pitch angle yang bervariasi. Simulasi ini menghasilkan data berupa data visual, selain data angka, yang tidak dapat dihasilkan pada penelitian eksperimental. Data visual ini, nantinya dapat dimanfaatkan sebagai referensi untuk merancang turbin angin. Domain simulasi berbentuk 1/3 lingkaran dengan jari-jari 2,5R (R = jarijari rotor), sedang panjang domain sebesar 6R. Panjang domain di bagian hulu rotor sebesar 2R dan panjang di bagian hilir adalah 4R. Simulasi menggunakan solver jenis Pressured based, sedang model turbulen yang dipilih adalah model κ-ε jenis RNG. Proses simulasi dan validasi dilakukan pada pitch angle 56 o , sedang pitch angle yang lain (20 o , 40 o , 80 o ) hanya proses simulasi saja. Hasil simulasi pada pitch angle 56 o menunjukkan kesesuaian yang baik. Pada grafiknya terlihat bahwa nilai Cp akan semakin meningkat, sehingga mencapai nilai maksimum, kemudian menurun seiring dengan membesarnya nilai rasio kecepatan (ϕ). Hal yang sama juga terjadi pada pitch angle yang lain. Fenomena medan aliran yang terjadi disekitar sudu untuk masing-masing pitch angle juga identik, yaitu dengan semakin mengecilnya nilai ϕ maka pusat tekanan yang besar yang terjadi pada pressure/lower surface akan bergerak menuju leading edge. Pada suction/upper surface, luasan wake region yang terjadi akan semakin besar seiring dengan semakin mengecilnya nilai ϕ. Untuk perbandingan medan aliran yang terjadi antar pitch angle untuk nilai ϕ tertentu adalah; luasan tekanan yang tinggi pada lower surface akan semakin meluas dengan semakin kecilnya nilai pitch angle. Pada upper surface luasan wake region akan semakin meluas dengan semakin kecilnya pitch angle.

The aim of this study was to obtain the aerodynamic characteristics and power coefficient of wind turbine using 3 blades of NACA 0012 in variuos velocity ratio and pitch angle. Simulation done in this study produced visual data that could not be produced by experimental research. This data could be used as reference for wind turbine design. The geometry of simulation domain was 1/3 cylinder with radius 2.5R (R = rotor radius), length 6R. The length of domain was splited into 2 part; upstream part, with 2R in length, and downstream part with 4R in length. The simulation used Pressured-based solver and k – ε with RNG type for turbulence model. Validation process applied for pitch angle 56 o , whereas other pitch angle only simulation process. The result of simulation for pitch angle 56 o showed good accuracy. It’s curve showed that the power coefficient (Cp) increased sharply until it reached maximum value, then decreased, as the value of velocity ratio (ϕ) increased. This fenomena was occured for other pitch angles as well. The flow field (pressure & velocity) occured around blade for each pitch angle was identic. The center of big pressure occured on pressure/lower surface moved toward leading edge as ϕ decreased. On the suction/upper surface, the area of wake region increased as ϕ decreased. The comparation of flow field for various pitch angle for the same value of ϕ showed that the area of high pressure occured on lower surface increased as pitch angle decreased. Whereas the area of wake region occured on upper surface increased as pitch angle decreased.

Kata Kunci : turbin angin, NACA 0012, pitch angle, koefisien tenaga, rasio kecepatan