Analisis Performa Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) Menggunakan Metode Computational Fluid Dynamics

Pertumbuhan ekonomi yang pesat di Indonesia diiringi oleh peningkatan konsumsi energi listrik yang signifikan. Ketergantungan pada energi fosil menciptakan tantangan besar, terutama terkait emisi gas rumah kaca dan keberlanjutan energi. Sebagai alternatif, energi angin menawarkan solusi yang ramah lingkungan dengan potensi besar di wilayah pesisir dan daerah berangin. Salah satu teknologi yang dapat dimanfaatkan adalah Vertical Axis Wind Turbine (VAWT), yang memiliki keunggulan dalam menangkap energi angin pada kecepatan rendah dan independensi terhadap arah angin. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis performa VAWT dengan profil airfoil NACA 0018 menggunakan metode Computational Fluid Dynamics (CFD). Fokus penelitian mencakup parameter torsi, power coefficient (Cp), dan tip speed ratio (TSR). Studi ini menggunakan simulasi berbasis domain rotasional pada dua variasi kecepatan angin, yaitu 8 m/s dan 20 m/s.

Metodologi Magang

• Desain Geometri
• Profil bilah: NACA 0018.
• Formasi bilah: Tiga bilah dengan sudut 120 derajat.
• Dimensi: Panjang chord 0,2 meter dan panjang bilah 0,8 meter.
• Parameter Simulasi
• Kecepatan angin: 8 m/s dan 20 m/s.
• Algoritma numerik: SIMPLEC dan COUPLED.
• Parameter evaluasi:
• Torsi.
• Power coefficient (Cp).
• Tip speed ratio (TSR).
• Gaya angkat dan gaya hambat.

Proses Simulasi

Pembuatan geometri menggunakan perangkat lunak CAD.

Pengaturan domain fluida berbasis rotasional di Ansys Fluent.

Proses meshing menggunakan 798.878 cell.

Simulasi dilakukan dengan kondisi steady state.

Hasil dan Pembahasan

Konvergensi Algoritma

Algoritma   COUPLED   mencapai   konvergensi   dengan   nilai   residual kontinuitas 1e-04 pada iterasi ke-864.

Algoritma  SIMPLEC  tidak  mencapai  konvergensi  dalam  1000  iterasi, membuatnya kurang efisien dibandingkan COUPLED.

Analisis Torsi dan Power Coefficient

Kecepatan angin 8 m/s:

Torsi lebih rendah dibandingkan kecepatan 20 m/s.

Cp tercatat dalam kisaran sedang.

Kecepatan angin 20 m/s:

Torsi meningkat secara signifikan.

Cp mencapai nilai optimal pada TSR 0,5.

Distribusi Aliran Fluida

Visualisasi kontur tekanan menunjukkan peningkatan tekanan pada sisi bilah yang berlawanan arah angin.

Pola aliran kecepatan menunjukkan interaksi dinamis antara bilah dengan fluida.

Gaya Angkat dan Hambat

Gaya angkat meningkat pada kecepatan angin 20 m/s, mendukung efisiensi aerodinamis bilah.

Peningkatan gaya hambat tetap dalam batas toleransi.

Kesimpulan

Penelitian ini menunjukkan bahwa:

Algoritma   COUPLED   lebih   efisien   dibandingkan   SIMPLEC   dalam simulasi CFD untuk VAWT.

Kecepatan angin berbanding lurus dengan peningkatan torsi dan efisiensi daya, dengan nilai optimal Cp tercapai pada TSR 0,5.

Desain geometri bilah dengan profil NACA   0018 efektif dalam memanfaatkan energi angin, terutama pada kecepatan tinggi.

VAWT memiliki potensi besar untuk mendukung transisi energi berkelanjutan di Indonesia, khususnya di daerah terpencil.

Nama : Husni Agil Harjanto

NIM : 21050874068

Prodi : S1 Teknik Elektro Pembimbing : Dr. Tri Rijanto, M.Pd., M.T.