Studi Numerik dan Eksperimen Kinerja Turbin Angin Savonius dengan Instalasi Silinder Pengontrol Pasif D-53° di Depan Returning Blade

Turbin angin Savonius merupakan salah satu jenis turbin angin vertical axis yang dapat dipasang di manapun dengan mudah. Namun demikian, efisiensi turbin angin Savonius lebih rendah daripada jenis turbin angin lainnya. Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan power coefficient turbin angin Savonius dengan memasang silinder pengontrol pasif bluff body tipe D-53° di depan returning blade. Penelitian secara simulasi numerik dan eksperimen pada fluida kerja udara dengan Re = 95000, 132000, dan 170000 dilakukan pada turbin angin Savonius berdiameter 303.4 mm. Simulasi numerikal dilakukan menggunakan software ANSYS Fluent 18.1. Eksperimen dilakukan pada terowongan angin terbuka. Udara dibangkitkan menggunakan axial fan, kecepatan udara diukur menggunakan anemometer agar sesuai dengan kecepatan yang diharapkan. Turbin diukur kecepatan putarannya menggunakan tachometer, sedangkan torsi dinamis dan statis masing-masing diukur menggunakan rope brake dynamometer dan static torquemeter. Variasi jarak antara turbin dan silinder pengontrol pasif bluff body D-53°, yakni 1.4 hingga 2.2 kali diameter turbin (diukur dari pusat turbin ke pusat silinder pengontrol pasif atau S/D). Parameter lainnya, termasuk diameter silinder pengontrol pasif sebesar 0.5 kali diameter turbin konstan. Berdasarkan eksperimen yang dilakukan, pemasangan silinder pengontrol pasif aliran pada jarak S/D = 1.4, 1.6, dan 1.8 efektif meningkatkan kinerja turbin pada semua Reynolds number aliran yang diamati. Peningkatan paling signifikan terjadi pada pemasangan silinder pengontrol pasif pada jarak S/D = 1.6 dari turbin, terjadi peningkatan Cp sebesar 32.65%, 10.83%, dan 13.44% untuk masing-masing Re = 9.5 × 104, 1.32 × 105, dan 1.7 × 105 dibandingkan turbin tanpa instalasi pengontrol pasif aliran. Peningkatan torsi statis dan Cm juga mengalami peningkatan yang signifikan akibat pemasangan silinder pengontrol pasif pada jarak S/D = 1.4, 1.6, dan 1.8. Aliran di sekitar turbin tanpa silinder pengontrol pasif, dengan silinder pengontrol pasif aliran pada jarak S/D = 1.6, dan dengan silinder pengontrol pasif pada jarak S/D = 2.2 disimulasikan secara numerik untuk menganalisa fenomena aliran yang melatarbelakangi peningkatan kinerja yang terjadi. ================================================================================================================================= Savonius turbine is a type of vertical axis wind turbine with the advantage of flexibility and can be installed anywhere easily. However, its efficiency is significantly lower than the other types of wind turbines. This paper aims to increase the performance of Savonius wind turbine by intalling a D-53° type cylindrical bluff body at the upstream of returning blade. Numerical simulations and expoeriments run with air at Re = 9.5 × 104, 1.32 × 105, and 1.7 × 105 as fluid and 303.4 mm diameter Savonius. Simulation is done using ANSYS Fluent 18.1 as a tool. Experiments are conducted at open circuit wind tunnel. Anemometer is used to measure the wind generated by axial turbine. Rope brake dynamometer, tachometer, and static torquemeter measuring the turbine performance. Compared is the performance of the turbin with no passive control and with passive control at the distance of 1.4 < S/D < 2.2. The other parameters are left unchanged. The installation of cylindrical passive control at the distance of S/D = 1.4, 1.6, and 1.8 effectively increasing the performance of turbine at all three Reynolds number. Highest increase occurs at the turbine with cylindrical bluff body at S/D = 1.6. Increasing Cp of 32.65%, 10.83%, dan 13.44% is expected at each Re of 9.5 × 104, 1.32 × 105, and 1.7 × 105 respectively compared to the turbine without the installation of cylindrical bluff body. Compared, the static torque and Cm increases with the installation of passive control cylinder at the distance of S/D = 1.4, 1.6, and 1.8 as well. Flow of the fluid around the turbine with cylindrical passive control at the distance of S/D = 1.6 and 2.2, as well as the flow around the turbine without cylindrical passive control are numerically simulated to analyze the cause of the increasing performance