Pemilihan Bilah Turbin Angin Sumbu Horizontal Model Air Foil Taperless dan Untwisted
DOI:
https://doi.org/10.52436/1.jpti.334Kata Kunci:
Airfoil, HAWT, Qblade, Taperless Blade, Wind TurbineAbstrak
Airfoil merupakan bentuk penampang bilah dari Turbin Angin Sumbu Horizontal (TASH) yang mempengaruhi karakter aerodinamika turbin. Pemilihan bentuk airfoil merupakan salah satu proses awal dari perancangan TASH yang memegang peranan penting terhadap unjuk kerja TASH. Pada penelitian ini, diajukan metode pemilihan airfoil untuk bilah TASH dengan jenis bilah taperless (tanpa tirus) dan untwisted. Pemilihan dilakukan dengan cara membandingkan nilai lift-to-drag ratio beberapa airfoil pada beberapa kondisi bilangan Reynolds dari data polar yang didapatkan dari simulasi. Airfoil yang dibandingkan nilai lift-to-drag ratio-nya adalah 6 airfoil NACA 4-digit, yaitu: 4412, 4415, 5412, 5415, 6412, dan 6415. Seluruh airfoil tersebut disimulasikan karakter aerodinamikanya pada rentang bilangan Reynolds 50.000 hingga 300.000 menggunakan modul X-Foil yang terintegrasi dalam QBlade v0.96. Hasil simulasi menunjukkan bahwa airfoil NACA dengan ketebalan chord maksimum sebesar 12% memiliki lift-to-drag ratio yang lebih tinggi dibandingkan dengan airfoil lainnya. Perbandingan nilai lift-to-drag ratio dari beberapa airfoil dengan ketebalan chord maksimum 12% menghasilkan kesimpulan bahwa NACA 4412 sedikit lebih tinggi dibandingkan dengan NACA 5412 dan NACA 6412 pada nilai bilangan Reynolds sama dengan atau lebih kecil dari 100.000. Kurva lift-to-drag ratio dari airfoil 5412 dan 6412 memiliki puncak yang lebih lebar, yang mengakibatkan puncak koefisien daya turbin terhadap rasio ujung bilah lebih lebar. Hal ini menunjukkan bahwa bilah TASH yang menggunakan airfoil 5412 atau 6412 dapat mempertahankan kondisi operasi yang lebih efisien pada berbagai kecepatan angin dan kecepatan rotasi generator.
Unduhan
Referensi
International Renewable Energy Agency, World Energy Transitions Outlook 2023: 1.5°C Pathway, vol. 1. 2023. [Online]. Available: www.irena.org
S. Martosaputro and N. Murti, “Blowing the Wind Energy in Indonesia,” in Energy Procedia, Elsevier Ltd, 2014, pp. 273–282. doi: 10.1016/j.egypro.2014.01.225.
R. K. Singh and M. R. Ahmed, “Blade Design and Performance Testing of a Small Wind Turbine Rotor for Low Wind Speed Applications,” Renew Energy, vol. 50, pp. 812–819, Feb. 2013, doi: 10.1016/j.renene.2012.08.021.
D. Nongdhar and B. Goswami, “Design of Micro Wind Turbine for Low Wind Speed Areas: A Review,” ADBU Journal of Electrical and Electronics Engineering (AJEEE), vol. 2, 2018, [Online]. Available: www.tinyurl.com/ajeee-adbu
S. Fuentes, V. Salgado, C. Troya, G. Moreno, and J. Molina, “Airfoil Selection Methodology for Small Wind Turbines,” International Journal of Renewable Energy Research, vol. 6, no. 4, pp. 1410–1415, 2016.
M. Mohammadi, A. Mohammadi, and S. Farahat, “A New Method for Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) Blade Optimization,” International Journal of Renewable Energy Development, vol. 5, no. 1, pp. 1–8, Feb. 2016, doi: 10.14710/ijred.5.1.1-8.
E. Douvi, D. P. Margaris, and E. C. Douvi, “Aerodynamic Characteristics of S809 VS . NACA 0012 Airfoil for Wind Turbine Applications,” in International Conference from Scientific Computing to Computational Engineering, 2012, pp. 4–7. [Online]. Available: https://www.researchgate.net/publication/257652217
R. Kumar Gupta, V. Warudkar, R. Purohit, and S. Singh Rajpurohit, “Modeling and Aerodynamic Analysis of Small Scale, Mixed Airfoil Horizontal Axis Wind Turbine Blade,” in Materials Today: Proceedings, Elsevier Ltd, 2017, pp. 5370–5384. doi: 10.1016/j.matpr.2017.05.049.
D. B. Saefudin, W. Piseno, D. R. Hakim, J. T. Mesin, U. Jenderal, and A. Yani, “Kajian Keserupaan Parameter Kinerja Miniatur dan Prototipe Turbin Angin Sumbu Horizontal,” Jurnal Teknik Unjani, vol. 17, no. 02, pp. 60–68, 2018, [Online]. Available: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
P. Sutikno, U. Jenderal, A. Yani, and D. B. Saepudin, “Design and Blade Optimization of Contra Rotation Double Rotor Wind Turbine,” International Journal of Mechanical & Mechatronics Engineering IJMME-IJENS, vol. 11, no. 01, pp. 115301–7474, 2011, [Online]. Available: https://www.researchgate.net/publication/228900747
A. Tummala, R. K. Velamati, D. K. Sinha, V. Indraja, and V. H. Krishna, “A Review on Small Scale Wind Turbines,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 56, pp. 1351–1371, Apr. 2016, doi: 10.1016/j.rser.2015.12.027.
M. A. Alfaridzi and R. Setiawan, “Analisis Performa Bilah Taperless Dengan Airfoil NACA 4412 Pada Horizontal Axis Wind Turbine TSD 500 Di PT Lentera Bumi Nusantara,” Jurnal Teknik Mesin dan Pembelajaran, vol. 3, no. 2, pp. 64–73, 2020, [Online]. Available: http://journal2.um.ac.id/index.php/jtmp
H. Yang, W. Shen, H. Xu, Z. Hong, and C. Liu, “Prediction of the Wind Turbine Performance by Using BEM with Airfoil Data Extracted from CFD,” Renew Energy, vol. 70, pp. 107–115, 2014, doi: 10.1016/j.renene.2014.05.002.
M. T. Velázquez, M. V. Del Carmen, J. A. Francis, L. A. M. Pacheco, and G. T. Eslava, “Design and Experimentation of a 1 MW Horizontal Axis Wind Turbine,” Journal of Power and Energy Engineering, vol. 02, no. 01, pp. 9–16, 2014, doi: 10.4236/jpee.2014.21002.
V. Dehouck, M. Lateb, J. Sacheau, and H. Fellouah, “Application of the Blade Element Momentum Theory to Design Horizontal Axis Wind Turbine Blades,” Journal of Solar Energy Engineering, Transactions of the ASME, vol. 140, no. 1, Feb. 2018, doi: 10.1115/1.4038046.
M. K. Chaudhary and A. Roy, “Design and Optimization of a Small Wind Turbine Blade for Operation at Low Wind Speed,” World Journal of Engineering, vol. 12, no. 1, pp. 83–94, Feb. 2015, doi: 10.1260/1708-5284.12.1.83.
E. Hau, Wind Turbines: Fundamentals, Technologies, Application, Economics, vol. 9783642271519. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013. doi: 10.1007/978-3-642-27151-9.
J. L. Tangier and D. M. Somers, “NREL Airfoil Families for HAWTs,” 1995.
S. V. K. Murugan, “QUANTIFYING ERRORS IN PITCH ANGLE POSITION USING BEM THEORY,” Uppsala Universitet, Uppsala, 2021.
J. F. Manwell, J. G. McGowan, and A. L. Rogers, Wind Energy Explained: Theory, Design and Application, 2nd ed. Wiley, 2010.
N. Buckman, “Wind Turbine Aerodynamics: Theory of Drag and Power,” Mar. 2015.
J. Winslow, H. Otsuka, B. Govindarajan, and I. Chopra, “Basic understanding of airfoil characteristics at low Reynolds numbers (104–105),” J Aircr, vol. 55, no. 3, pp. 1050–1061, 2018, doi: 10.2514/1.C034415.
