Studi Numerik Pengaruh Sudut Pitch dan Tip Speed Ratio pada Sudu terhadap Performa dan Karakteristik Aliran untuk Turbin Hidrokinetik Sumbu Vertikal Sudu Lurus Jenis H-Darrieus

Berdasarkan data dari Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi dalam Outlook Energi Indonesia tahun 2019, potensi energi baru dan terbarukan Indonesia cukup besar dengan sumbangan terbesar datang dari hydropower dengan kapasitas 4.431,59 MW. Turbin jenis vertical axis hydrokinetic turbine-straight blade (VAHT-SB) jenis H-Darrieus merupakan salah satu jenis turbin yang dapat dikembangkan untuk pemanfaatan potensi hydropower. Banyak penelitian yang telah dilakukan mengenai turbin ini khususnya mengenai peningkatan efisiensinya. Diketahui bahwa sudut pitch (β) dan Tip Speed Ratio (TSR) pada sudu VAHT-SB dapat mempengaruhi performansi dan karakteristik aliran dari turbin ini sehingga dapat direkayasa untuk meningkatkan efisiensinya. Hal inilah yang melatarbelakangi dilakukannya analisis pengaruh β dan TSR pada sudu turbin terhadap performansi dan karakteristik aliran pada turbin VAHT-SB dalam penelitian tugas akhir ini. Penelitian tugas akhir mengenai VAHT–SB ini dilakukan menggunakan metode komputasi numerik menggunakan model 2D turbin VAHT-SB dengan jumlah tiga sudu dan menggunakan sudu jenis NACA 0018. Variasi yang akan dilakukan meliputi variasi sudut pitch blade yaitu -6º, -3º, 0º, dan +3º serta variasi tip speed ratio (TSR) yaitu 2,0; 2,5; 3,0; dan 3,5. Berdasarkan hasil simulasi didapatkan bahwa semakin bertambahnya β hingga β tertentu maka semakin tinggi nilai koefisien lift (CL) yang dihasilkan dan nilai CL maksimal juga cenderung bergeser dari upwind ke windward. Selain itu, dengan semakin bertambahnya TSR maka rentang nilai perbedaan CL akan membesar dan nilai CL pada sebagian besar sudut putar (θ) meningkat. Kemudian, pada 340°≤θ<190° dengan semakin bertambahnya β, nilai CD akan semakin meningkat dan begitu pula sebaliknya. Selain itu, dengan semakin bertambahnya TSR pada 340°≤θ<190° maka nilai CD semakin meningkat dan begitu pula sebaliknya. Selanjutnya, diketahui juga untuk β positif memberikan nilai C_m yang lebih tinggi pada 30°≤θ<170° dan begitu pula sebaliknya. Selain itu, untuk TSR 2,0, turbin dengan β=-3° mempunyai nilai CP tertinggi dengan nilai 0,462 (meningkat 7,43% dari CP tanpa sudut pitch dan merupakan peningkatan dengan persentase terbesar), untuk TSR 2,5, turbin dengan β=-3° mempunyai nilai CP tertinggi dengan nilai 0,504 (meningkat 3,57% dari CP tanpa sudut pitch dan merupakan nilai CP terbesar), untuk TSR 3,0, turbin dengan β=-3° mempunyai nilai CP tertinggi dengan nilai 0,441 (meningkat 0,29% dari CP tanpa sudut pitch), dan untuk TSR 3,5, turbin dengan β=0° mempunyai nilai CP tertinggi dengan nilai 0,362. Dan yang terakhir, diketahui bahwa wake recovery untuk semua β mulai terjadi pada jarak X/D = 14 untuk TSR 2,0; X/D = 12 untuk TSR 2,5; X/D = 10 untuk TSR 3,0; dan X/D = 8 untuk TSR 3,5 dengan kesimpulan semakin besar TSR maka semakin cepat wake recovery yang terjadi. ================================================================================================================================ Based on data from Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi in Outlook Energi Indonesia 2019, Indonesia's potential for new and renewable energy is quite large with the largest contribution coming from hydropower with a capacity of 4,431.59 MW. The vertical axis hydrokinetic turbine-straight blade (VAHT-SB) is one type of turbine that can be developed for the potential utilization of hydropower. Many studies have been carried out regarding this turbine, especially regarding increasing its efficiency. Overcoming the pitch angle (β) and tip speed ratio (TSR) on the VAHT-SB blade can affect the performance and flow characteristics of this turbine so that it can be directed to increase its efficiency. This is the background for conducting an analysis of the effect of β and TSR on the turbine blade on the performance and flow characteristics of the VAHT-SB turbine in this final project. This final project research on VAHT–SB was carried out using a numerical computational method using 2D of the VAHT-SB turbine with a total of three blades and using NACA 0018 type blades. Variations that will be carried out include variations in β, namely -6º, -3º, 0º, and + 3º, also variations in TSR, namely 2.0; 2.5; 3.0; and 3.5. Based on the simulation results, it is found that as the β increases up to a certain β value, the coefficient of lift (CL) value generated also increases and the maximum CL value also tends to shift from upwind to windward. Additionally, with increasing TSR, the range of CL differences widens, and the CL value at most angles of rotation (θ) increases. Furthermore, for 340° ≤ θ < 190°, as β increases, the coefficient of drag (CD) value will also increase and vice versa. Similarly, with increasing TSR for the same θ range, the CD value also increases, and vice versa. Moreover, it is known that positive β values result in higher Cm values for 30° ≤ θ < 170°, and vice versa. Regarding the value of coefficient of power (CP), for TSR 2.0, the turbine with β = -3° has the highest CP with value of 0.462 (increased by 7.43% from CP without pitch angle, and it is the highest percentage increase), for TSR 2.5, the turbine with β = -3° has the highest CP with value of 0.504 (increased by 3.57% from CP without pitch angle, and it is the highest CP value), for TSR 3.0, the turbine with β = -3° has the highest CP with value of 0.441 (increased by 0.29% from CP without pitch angle), and for TSR 3.5, the turbine with β = 0° has the highest CP with value of 0.362. Lastly, it is observed that for all β values, wake recovery occurs at the following distances from the turbine's diameter (X/D) for different TSR values: X/D = 14 for TSR 2.0; X/D = 12 for TSR 2.5; X/D = 10 for TSR 3.0; and X/D = 8 for TSR 3.5. This indicates that as TSR increases, wake recovery happens faster