Analisis Kinerja Turbin Savonius Dua Tahap dengan Variasi Phase-Shift Angle Berbasis Computational Fluid Dynamics
Abstract Seiring dengan pertumbuhan jumlah penduduk dan kemajuan teknologi, kebutuhan energi terus mengalami peningkatan. Energi listrik menjadi salah satu bentuk energi yang paling banyak dikonsumsi masyarakat. Salah satu solusi untuk memenuhi kebutuhan ini adalah memanfaatkan sumber energi terbarukan, seperti Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) dengan menggunakan turbin hidrokinetik tipe Savonius. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh desain variasi Phase-Shaft Angle (PSA) terhadap kinerja turbin Savonius 2-stage pada aliran Sungai Gending. Penelitian dilakukan menggunakan metode Computational Fluid Dynamics (CFD) dengan variasi PSA sebesar 15°, 30°, dan 45°, serta Tip Speed Ratio (TSR) sebesar 0,8 dan kecepatan aliran sungai sebesar 0,7874 m/s. Model turbulensi yang digunakan adalah k-ω SST dalam kondisi steady-state. Hasil simulasi menunjukkan bahwa performa terbaik dicapai pada turbin Savonius 2-stage dengan variasi PSA 45°, menghasilkan torsi sebesar 1,85012 Nm, koefisien torsi (CT) sebesar 0,233, dan koefisien daya (CP) sebesar 0,186. Sedangkan, performa terendah turbin Savonius 2-stage dengan variasi PSA 15°, menghasilkan torsi sebesar 1,5529 Nm, CT sebesar 0,195, dan CP sebesar 0,156.
References
A. Taufiqurrahman and J. Windarta, “Overview Potensi dan Perkembangan Pemanfaatan Energi Air di Indonesia,†J. Energi Baru dan Terbarukan, vol. 1, no. 3, pp. 124–132, Oct. 2020, doi: 10.14710/jebt.2020.10036.
J. S. Setyono, F. H. Mardiansjah, and M. F. K. Astuti, “POTENSI PENGEMBANGAN ENERGI BARU DAN ENERGI TERBARUKAN DI KOTA SEMARANG,†2019. [Online]. Available: http://riptek.semarangkota.go.id
Y. Apriani, Z. Saleh, R. K. Dillah, and I. M. Sofian, “Analysis of the local energy potential connection with power plants based on archimedes turbine 10 kW,†J. Robot. Control, vol. 1, no. 5, pp. 162–166, Sep. 2020, doi: 10.18196/jrc.1533.
A. Y. Adipradana, F. Hilmy, H. T. Setiawan, A. R. Prabowo, and I. Yaningsih, Energi Kinetik Air: Potensi, Desain, dan Simulasi. Samarinda: Mulaawarman University Press, 2022.
D. M. Prabowoputra, S. Hadi, A. R. Prabowo, and J. M. Sohn, “Performance investigation of the savonius horizontal water turbine accounting for stage rotor design,†Int. J. Mech. Eng. Robot. Res., vol. 9, no. 2, pp. 184–189, Feb. 2020, doi: 10.18178/ijmerr.9.2.184-189.
D. M. Prabowoputra and A. R. Prabowo, “Effect of the Phase-Shift Angle on the vertical axis Savonius wind turbine performance as a renewable-energy harvesting instrument,†Energy Reports, vol. 8, pp. 57–66, Nov. 2022, doi: 10.1016/j.egyr.2022.06.092.
A. S. Saad, A. Elwardany, I. I. El-Sharkawy, S. Ookawara, and M. Ahmed, “Performance evaluation of a novel vertical axis wind turbine using twisted blades in multi-stage Savonius rotors,†Energy Convers. Manag., vol. 235, no. November 2020, p. 114013, 2021, doi: 10.1016/j.enconman.2021.114013.
A. Rezaeiha, I. Kalkman, and B. Blocken, “CFD simulation of a vertical axis wind turbine operating at a moderate tip speed ratio : Guidelines for minimum domain size and azimuthal increment,†Renew. Energy, vol. 107, pp. 373–385, 2017, doi: 10.1016/j.renene.2017.02.006.
A. Sanusi, “Simulasi Aliran Fluida pada Blade Rotor Turbin Angin Savonius dengan Computation Fluid Dynamics (CFD),†Lontar J. Tek. Mesin Undana, vol. 4, no. 1, pp. 11–15, 2017, [Online]. Available: http://ejournal-fst-unc.com/index.php/LJTMU
A. H. Elbatran, Y. M. Ahmed, and A. S. Shehata, “Performance study of ducted nozzle Savonius water turbine, comparison with conventional Savonius turbine,†Energy, vol. 134, pp. 566–584, 2017, doi: 10.1016/j.energy.2017.06.041.
J. S. Setyono, F. H. Mardiansjah, and M. F. K. Astuti, “POTENSI PENGEMBANGAN ENERGI BARU DAN ENERGI TERBARUKAN DI KOTA SEMARANG,†2019. [Online]. Available: http://riptek.semarangkota.go.id
Y. Apriani, Z. Saleh, R. K. Dillah, and I. M. Sofian, “Analysis of the local energy potential connection with power plants based on archimedes turbine 10 kW,†J. Robot. Control, vol. 1, no. 5, pp. 162–166, Sep. 2020, doi: 10.18196/jrc.1533.
A. Y. Adipradana, F. Hilmy, H. T. Setiawan, A. R. Prabowo, and I. Yaningsih, Energi Kinetik Air: Potensi, Desain, dan Simulasi. Samarinda: Mulaawarman University Press, 2022.
D. M. Prabowoputra, S. Hadi, A. R. Prabowo, and J. M. Sohn, “Performance investigation of the savonius horizontal water turbine accounting for stage rotor design,†Int. J. Mech. Eng. Robot. Res., vol. 9, no. 2, pp. 184–189, Feb. 2020, doi: 10.18178/ijmerr.9.2.184-189.
D. M. Prabowoputra and A. R. Prabowo, “Effect of the Phase-Shift Angle on the vertical axis Savonius wind turbine performance as a renewable-energy harvesting instrument,†Energy Reports, vol. 8, pp. 57–66, Nov. 2022, doi: 10.1016/j.egyr.2022.06.092.
A. S. Saad, A. Elwardany, I. I. El-Sharkawy, S. Ookawara, and M. Ahmed, “Performance evaluation of a novel vertical axis wind turbine using twisted blades in multi-stage Savonius rotors,†Energy Convers. Manag., vol. 235, no. November 2020, p. 114013, 2021, doi: 10.1016/j.enconman.2021.114013.
A. Rezaeiha, I. Kalkman, and B. Blocken, “CFD simulation of a vertical axis wind turbine operating at a moderate tip speed ratio : Guidelines for minimum domain size and azimuthal increment,†Renew. Energy, vol. 107, pp. 373–385, 2017, doi: 10.1016/j.renene.2017.02.006.
A. Sanusi, “Simulasi Aliran Fluida pada Blade Rotor Turbin Angin Savonius dengan Computation Fluid Dynamics (CFD),†Lontar J. Tek. Mesin Undana, vol. 4, no. 1, pp. 11–15, 2017, [Online]. Available: http://ejournal-fst-unc.com/index.php/LJTMU
A. H. Elbatran, Y. M. Ahmed, and A. S. Shehata, “Performance study of ducted nozzle Savonius water turbine, comparison with conventional Savonius turbine,†Energy, vol. 134, pp. 566–584, 2017, doi: 10.1016/j.energy.2017.06.041.
