21
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
Bab metodologi penelitian merupakan kerangka dasar dari tahapan penyelesaian tugas akhir. Metodologi penelitian tugas akhir ini mencakup semua kegiatan yang dilaksanakan untuk memecahkan masalah atau melakukan proses analisis permasalahan tugas akhir.
3.1 Prosedur Penelitian 3.1.1 Studi Literatur
Pada tahap ini dilakukan pencarian publikasi ilmiah dan literatur terbuka, yang sesuai dan dapat dijadikan acuan dalam penelitian ini.
3.1.2 Preprocessing
Preprocessing adalah langkah pertama dalam melakukan simulasi numerik.
Pada tahap preprocessing dilakukan pembuatan geometri, penentuan domain dan pembuatan meshing untuk model turbin angin.
A. Geometri Turbin Angin
Pada tahap ini dilakukan pembuatan model 2D geometri turbin angin sumbu vertikal H-rotor dengan menggunakan software CAD (Computer Aided Design).
Adapun model geometri turbin angin sumbu vertikal H-rotor yang digunakan untuk simulasi numerik ditunjukkan oleh Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Geometri turbin angin sumbu vertikal H-rotor 3 sudu dengan sudu 0012.
22
Tabel 3.1 Geometri turbin angin sumbu veritkal H-rotor
Geometri Nilai (mm)
Diameter 1030
Panjang sudu 85,8
*Sumber : Castelli, 2012.
B. Domain Pemodelan
Pada tahap ini di lakukan penentuan domain dengan menggunakan software berbasis CFD (Computational Fluid Dynamics). Terdapat dua bentuk domain yaitu rotating domain (domain berputar) dan fixed domain (domain tetap). Rotating domain adalah domain yang berada pada bagian sudu turbin angin berbentuk lingkaran. Domain tersebut digunakan sebagai lintasan putaran sudu turbin angin.
Fixed domain adalah domain pada bagian keseluruhan turbin angin berbentuk balok sebagai batas masuk dan keluarnya aliran fluida.
Gambar 3.2 Fixed domain pemodelan turbin angin sumbu vertikal H-rotor.
Gambar 3.3 Rotating domain pemodelan turbin angin sumbu vertikal H-rotor.
outlet
inlet rotating domain
walls
control circle
23 Tabel 3.2 Geometri domain turbin angin sumbu vertikal H-rotor
Posisi Geometri Nilai (mm)
Diameter rotating domain 2.000
Diameter control circle 400
Panjang fixed domain 100.000
Lebar fixed domain 80.000
Jarak dari sumbu x-panjang fixed domain 40.000 Jarak dari sumbu y-lebar fixed domain 50.000
*Sumber : Castelli, 2012.
C. Meshing
Pada tahap ini dilakukan pembagian objek menjadi bagian-bagian yang lebih kecil guna memperoleh hasil simulasi yang baik dan akurat. Pembuatan meshing mengikuti prediksi perubahan pola aliran yang akan terjadi. Spesifikasi ukuran meshing yang digunakan mengacu kepada penelitian Castelli, 2012 seperti yang ditunjukkan tabel 3.3 sebagai berikut,
Tabel 3.3 Spesifikasi meshing rotating domain turbin angin sumbu vertikal H-rotor
Lokasi meshing Ukuran meshing
Ukuran grid pada leading edge sudu (mm) 1,3 Growth factor pada leading edge sudu 1,08 Ukuran grid pada trailing edge sudu (mm) 0,4 Growth factor pada trailing edge sudu 1,28 Ukuran grid pada control circle (mm) 3,5 Growth factor dari sudu sampai rotating domain 1,25 Ukuran grid pada rotating domain (mm) 10
*Sumber : Castelli, 2012
Adapun hasil meshing pada rotating domain beserta control circle ditunjukkan pada Gambar 3.4 sebagai berikut,
24
Gambar 3.4 Meshing rotating domain turbin angin sumbu vertikal H-rotor (Castelli, 2012).
3.1.3 Processing
Processing adalah langkah kedua yakni proses pengaturan parameter untuk simulasi numerik pada turbin angin sumbu vertikal H-Rotor sehingga di dapatkan data-data hasil simulasi. Adapun konfigurasi untuk simulasi turbin angin sumbu vertikal sebagai berikut,
Tabel 3.4 Konfigurasi processing
Jenis Konfigurasi Input
Solver type Pressure based
Time Transient
Viscous model k-epsilon, realizable, standard wall
Scheme method Coupled
*Sumber : Castelli, 2012
3.1.4 Post-processing
Post-processing adalah langkah ketiga yakni penampilan hasil data simulasi yang telah diperoleh dari tahap processing yang mana diolah ke menjadi data kuantitatif dalam bentuk grafik maupun data kualitatif dalam bentuk kontur.
Adapun data kuantitatif yang diolah yaitu moment coefficient dan data kualitatif berupa kontur kecepatan dan streamline.
25 3.2 Diagram Alir Penelitian
Berikut diagram alir penelitian yang dilakukan,
Gambar 3.5 Diagram Alir Penelitian.
Mulai
Identifikasi Masalah Studi Literatur
Penentuan spesifikasi turbin angin 1. Jenis airfoil 2. Panjang chord
3.Aspect ratio 4. Jumlah sudu 5.Ketebalan sudu
Pembuatan Model
Simulasi Numerik
Analisis Hasil Simulasi Kesimpulan
Selesai
TIDAK
YA CP sesuai Betz limit ? Pengambilan Data
26
3.3 Variabel Penelitian
Terdapat tiga jenis variabel yang digunakan dalam penelitian ini.
3.3.1 Variabel Kontrol
Variabel kontrol yang digunakan dalam penelitian disajikan pada tabel 3.5 sebagai berikut,
Tabel 3.5 Variabel kontrol
Variabel Nilai
Chord length 0,858 m
Diameter Rotor 1,030 m
Jenis Airfoil Symmetry
Densitas Udara 1,225 kg/m3
Kecepatan Udara 5 m/s
3.3.2 Variabel Independent
Variabel independent yang digunakan dalam penelitian disajikan pada tabel 3.6 sebagai berikut,
Tabel 3.6 Variabel independent
Variabel Variasi Nilai
Jumlah Sudu 3, 4
Ketebalan Sudu 0012, 0015, 0018
Tip Speed Ratio 2,5; 3; 3,5; 4
3.3.3 Variabel Dependent
Variabel dependent yang digunakan dalam penelitian disajikan pada tabel 3.7 sebagai berikut,
Tabel 3.7 Variabel dependent
Variabel Nilai
Power Coefficient Konstanta
Torque Coefficient Konstanta
Kontur Kecepatan Aliran Visualisasi Gambar
