18
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Prosedur Penelitian 3.1.1 Studi Literatur
Tahap awal, dilakukan studi literatur yang berhubungan dengan gagasan penelitian yang menjadi acuan dalam penelitian ini. Literatur yang digunakan berdasarkan dari buku-buku dan publikasi ilmiah yang berhubungan dengan winglet turbin angin horizontal. Dari studi literatur dilakukan pengumpulan data dari beberapa desain winglet yang dapat meningkatkan performa turbin angin horizontal.
3.1.2 Penentuan Spesifikasi Rotor Turbin Angin Horizontal
Penentuan spesifikasi awal rotor dan kondisi operasi blade merupakan acuan dan parameter dalam perancangan geometri dari winglet pada turbin angin sumbu horizontal. Jenis rotor yang digunakan pada penelitian ini adalah blade jenis taper, dengan jenis airfoil NACA 4412. Rotor disimulasikan pada kecepatan angin (V) mulai dari 3 m/s untuk turbin angin dengan tiga buah blade memiliki tip speed ratio ( ) yang optimum pada rentang 6 sampai 8. Berikut spesifikasi rotor yang digunakan pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Spesifikasi rotor Parameter Rotor
Jenis blade Taper
Jenis airfoil NACA 4412
Diameter rotor (D) 1600 mm
Chord (C) 52 mm – 123 mm
Twist angle (β) 4.64º – 15.66º
Jumlah blade (N) 3
\
19 3.1.3 Perancangan Winglet
A. Penentuan Jenis dan Dimensi Winglet
Penelitian ini, digunakan dua jenis winglet yaitu jenis upstream dan downstream, berdasarkan rancangan Ren Yiru dkk pada tahun 2019 seperti pada Gambar 2.6 yang kemudian dimodifikasi menyesuaikan rancangan dari rotor yang digunakan pada turbin angin horizontal TSD 500 Watt. Berikut spesifikasi winglet yang digunakan pada Tabel 3.2.
Tabel 3.1 Spesifikasi winglet Parameter Winglet
Tinggi (H) 56 mm (7%); 72 mm (9%)
Cant Angle (CA) 90°
Airfoil NACA 4412
Tip chord (Tc) 32 mm
B. Perancangan Winglet 3D
Perancangan winglet secara 3D dilakukan menggunakan aplikasi SolidWorks yang meliputi bentuk winglet pada Gambar 3.2 dan Gambar 3.3.
Gambar 3.1 Desain 3D blade dengan winglet upstream
20 Gambar 3.2 Desain 3D blade dengan winglet downstream
3.1.4 Simulasi Turbin Angin A. Preprocessing
Tahap Preprocessing dilakukan proses awalan simulasi numerik. Tahap preprocessing meliputi pembuatan domain, terdapat dua bentuk domain yaitu domain berputar (rotating domain) dan domain tetap (static domain). Domain yang berputar terdapat pada bagian diameter terluar turbin angin berbentuk lingkaran, domain ini digunakan sebagai lintasan pada bagian rotating motion.
Domain tetap yang berfungsi sebagai letak aliran fluida, domain ini tidak bergerak seperti pada Gambar 3.3.
21 Gambar 3.3 Rotating domain dan static domain turbin angin
Pembuatan meshing adalah pembagian objek menjadi bagian-bagian yang lebih kecil atau dapat disebut cell atau node seperti pada Gambar 3.4. Node dengan jumlah yang semakin banyak maka akan memperoleh simulasi yang tepat dan akurat, akan tetapi proses simulasi akan menjadi lebih lama.
Gambar 3.4 Hasil proses meshing
22 B. Processing
Tahap processing dilakukan proses pengaturan simulasi numerik untuk mensimulasikan proses aliran angin yang terjadi pada turbin angin, seperti pengaturan pemodelan turbulensi, pengaturan boundary condition dan pengaturan waktu literasi yang dibutuhkan. Selanjutnya, tahap processing akan menghasilkan data-data hasil simulasi sesuai dengan parameter yang telah ditentukan. Hasil data-data selanjutnya divalidasi jika data-data sesuai dengan kriteria maka hasil dari perhitungan dapat diterima dan dapat dilanjutkan pada tahap post processing, jika kriteria tidak sesuai maka dilakukan kembali pembuatan meshing yang lebih baik serta melakukan setting ulang parameter simulasi.
C. Post-processing
Post-processing adalah penampilan hasil data simulasi yang telah diperoleh dari tahap processing, Hasil simulasi yang didapatkan berupa nilai-nilai koefisien seperti drag, lift dan torsi untuk mendapatkan nilai yang akan digunakan dalam perhitungan mencari nilai keofisien daya (CP). Selanjutnya data akan diolah ke dalam bentuk kurva data kuantitatif berupa grafik maupun tabel data, dan dalam bentuk kualitatif seperti bentuk kontur.
3.2 Diagram Alir Penelitian
Diagram alir pada penelitian tugas akhir ini seperti pada Gambar 3.5.
23 Mulai
Data Spesifikasi Turbin Angin:
1. Spesifikasi Bentuk Turbin Angin 2. Spesifikasi Rotor
3. Spesifikasi Winglet
4. Gambar Rancangan Rotor dengan Winglet Studi Literatur
Simulasi Numerik
CP < 0,59 dan tidak terjadi
error
Analisis Hasil Data
Kesimpulan
Selesai Pengambilan
Data
Tidak
Ya
Gambar 3.5 Diagram alir penelitian
3.3 Variabel Penelitian
Variabel penelitian merupakan faktor-faktor yang dapat mempengaruhi penelitian ataupun menjadi acuan terhadap hasil akhir. Penelitian ini terdiri atas variabel kontrol, variabel bebas, dan variabel kontrol.
24 3.3.1 Variabel Kontrol
Variabel kontrol adalah variabel yang dibuat konstan sehingga variabel bebas terhadap variabel terikat tidak dipengaruhi oleh faktor luar. Adapun variabel kontrol pada penelitian ini pada Tabel 3.3 sebagai berikut.
Tabel 3.3 Variabel kontrol
Variabel Nilai
Diameter rotor (D) 1,6 m
Massa jenis udara (ρ) 1,225 kg/m3
Kecepatan angin (V) 3 m/s
Cant angle (CA) 90◦
Arifoil blade dan winglet NACA 4412
3.3.2 Variabel Bebas
Variabel bebas atau variabel independen adalah variabel yang mempengaruhi variabel terikat. Variabel bebas pada penelitian ini pada Tabel 3.4 sebagai berikut.
Tabel 3.4 Variabel bebas
Variabel Nilai
Tinggi winglet (H) 56 mm (7%); 72 mm (9%)
Jenis winglet Upstream; Downstream
Tip speed ratio ( ) 6; 7; 8
3.3.3 Variabel Terikat
Variabel terikat atau variabel dependen adalah variabel yang nilainya dapat berubah akibat perubahan dari faktor-faktor tertentu perubahannya bergantung pada variabel bebas. Variabel terikat pada penelitian ini pada Tabel 3.5 sebagai berikut.
Tabel 3.5 Variabel terikat
Variabel Nilai
Koefisien Daya (CP) Konstanta
Koefisien Torsi (CT) Konstanta
Vektor Kecepatan Aliran Visual Gambar
25 3.3.4 Variasi Penelitian
Berdasarkan variabel bebas yang telah ditentukan maka didapatkan variasi penelitian. Berikut variasi penelitian pada Tabel 3.6.
Tabel 3.6 Variasi penelitian Variasi
Jenis Winglet Tinggi Winglet (H) Tip speed ratio ( )
Tanpa Winglet -
6 7 8
Winglet Upstream
56 mm
6 7 8 72 mm
6 7 8
Winglet Downstream
56 mm
6 7 8 72 mm
6 7 8
