Farid Ridha Muttaqin. Dr. BambangL. W, ST, MT. Ir. Ali Musyafa, M.Sc.

Transkripsi

1 Seminar Tugas Akhir Pemilihan SudutPitch Optimal Untuk Turbin Angin SkalaKecil Berkecepatan Rendah Dengan Tipe Bilah Non-uniform Airfoil NRELS83n Farid Ridha Muttaqin Dr. BambangL. W, ST, MT. Ir. Ali Musyafa, M.Sc.

2 LatarBelakang Isukrisisenergi, hargaminyak, danemisi karbon. Indonesia beradadiurutan70 duniauntuk kapasitasskeaterpasangsebesar1.4 GW (World Wind Energy Association) Blueprint pengelolaanenerginasional target SKEAskalamenengah.

3 Permasalahan Bagaimana merancang turbin angin skala kecil dengan tipe bilah non-uniform airfoil NREL S83N. Bagaimana mencari sudut pitch optimal dengan kecepatan angin yang bervariasi. Tujuan Mencari hubungan antara sudut pitchoptimal bilah turbin angin dengan kecepatan putar rotor turbin pada kecepatan angin yang bervariasi.

4 BatasanMasalah Turbinangin skalakecildengandiameter 2 m. Bilah non-uniform denganairfoil NRELS83N mengacu pada literatur Variabel yang dimanipulasi sudut pitch dan kecepatan angin Pengaturan sudut pitch dan pengambilan data mikrokontroler AVR terhubung dengan komputer

5 TinjauanPustaka C. Thumthae, T. Chitsomboon, Optimal angle of attack for untwisted blade wind turbine, Elsevier, Renewable energy, A.K. Wright, D.H. Wood, The starting and low wind speed behaviour of a small horizontal axis wind turbine, Elsevier, Renewable energy, 2004.

6 TinjauanPustaka Adam Harika, Rancang Bangun Blade Pitch Angle Control System Berbasis Classicfuzzy Pada Prototipe Wind Turbine, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Tugas Akhir, Jorge Antonio Villar Alé, Procedures Laboratory For Small Wind Turbines Testing, Pontifical Catholic University of Rio Grande do Sul, 2008.

7 DasarTeori Turbinangin mengubahenergikinetikdari anginmenjadigerakmekanisuntuk menghasilkanlistrik. Dayaturbinangin

8 DasarTeori Komponenterpenting Rotor (Bilah) turbin (Tony Burton, Wind Energy Handbook, 2001) Jenisairfoil, jenismaterial, dimensi, jumlah bilah, sudutpitch.

9 PerancanganBilah Airfoil NRELS83N for small scale WT (1 m 3 m). Non-uniform, Tapered, Untwisted. M. Buhl, Wind Turbine Airfoils,

10 PerancanganBilah Penentuandimensichord Hugh Piggot, Wind Power Workshop, 2001

11 PengaturanSudutPitch & Monitoring Pitch Angle Angle of Attack Sudut Pitch Sudut antara garis chord dengan bidang putaran rotor. Optimal Sudut yang menghasilkan daya tertinggi Axis of Rotation Henrik Stiesdal, Bonus Info Wind Turbine Components, 1999

12 PengaturanSudutPitch & Monitoring Sistempengaturansudutpitch danmonitoring kecepatanrotor. Slip Ring

13 PengaturanSudutPitch & Monitoring Algoritmapengaturansudutpitch PC Monitoring Servo Driver Mengirim karakter s Dan 5 digit setting OCR1A Menerima respon dari mikro Dan menampilkan pada software Rx USART Tx USART Tx USART Rx USART Menerima karakter dan nilai setting Mengubah nilai OCR1A Berdasarkan setting Mengeluarkan pulsa PWM Dengan frekuensi tertentu Mengirim balik nilai OCR1A PORTD.4 OCR1B PIND.2 INT0 Motor Servo Menerima pulsa PWM Mencacah jumlah pulsa perdetik Mengubah nilai sinyal servo berdasarkan hasil pencacah Mengirim sinyal kendali servo PORTC.0 PORTC.2 PORTC.4

14 PengaturanSudutPitch & Monitoring AlgoritmaMonitoring PC Mengirim karakter a Tx USART Rx USART Menerima karakter Monitoring Mencacah jumlah pulsa Per detik PIND.2 INT0 Menyimpan nilai PPS pada database Mengambil nilai hasil pencacahan(pps) Menerima nilai PPS dari mikro Dan menampilkan pada software Pulse Out Rx USART Tx USART Mengirim nilai PPS Rotary Encoder Relative

15 PengaturanSudutPitch & Monitoring Software Pitch Setting danmonitoring

16 PrototipeTurbinAngin

17 PerancanganAlatUji Open Jet Wind Tunnel Forrest S. Stoddard, Wind Tunnel Test Program Of A 200-Watt, 12-Volt Wind Generator System. Final Report

18 PengujianSistem Kinerja Sensor Putaran Turbin Akurasi Presisi % Kinerja Pengaturan Sudut Pitch Sudutterkecil 5 o o. Kinerja slip ring Loss tegangan 1.59% Mampubekerjadenganbaikpadakecepatan180 RPM.

19 PengujianSistem HisteresisPengaturanSudutPitch Erorhisteresis= 7.8%

20 PengujianSistem Mode Kecepatanangin Mode Kipas 1 Kipas 2 Ducting Kecepatan Angin 1 High High No 7.5 m/s 2 Medium Medium No 7.0 m/s 3 Low Low No 6.5 m/s 4 High High Yes 4.8 m/s 5 Medium Medium Yes 4.1 m/s 6 High - Yes 3.1 m/s 7 Low - Yes 2.8 m/s

21 PengambilanData SudutPitch (θ) 0 o 90 o denganinterval 5 o. Kecepatanangindariblower (v 1 ) Sesuai dengan mode blower Kecepatananginsetelahmelewatiturbin(v 4 ) Durasipengambilantiapdata 350 sekon Kecepatanputaranrotor (PPS, RPS, RPM) Diambil rata-rata data 120 detik terakhir(asumsi kecepatan telah steady)

22 AnalisaData RPM Maksimum RPS RPM = = PPS 20 RPS.60 AnalisamelaluigrafikRPM fungsisudutpitch untuktiapkecepatanangin, dannilairpm maksimum.

23 RPM Maksimum AnalisaData

24 AnalisaData Tip Speed Ratio Tip speed ratio adalah perbandingan antara kecepatan ujung bilah dengan kecepatan angin. TSR RPS = rotasiper sekon R = jari-jarirotor (m) V = kecepatan angin(m/s) = 2π.. RRPS. V

25 Tip Speed Ratio AnalisaData

26 AnalisaData Power Coefficient (Cp) Koefisien daya turbin angin adalah kemampuan turbin angin untuk mengekstrak daya total yang dihasilkan oleh angin. Dihitung menggunakan pendekatan tube angin ideal v v v = = A A v A A v v = = = =

27 AnalisaData Power Coefficient (Cp) Berdasarkan pendekatan tersebut, maka daya angin yang diekstrak adalah daya angin sebelum melewati turbin dikurangi daya angin setelah turbin

28 Power Coefficient (Cp) AnalisaData

29 AnalisaData SudutPitch Optimal Cp SudutPitch

30 AnalisaData SudutPitch Optimal RPM SudutPitch

31 AnalisaData SudutPitch Optimal RPM SudutPitch Kecepatan Angin (m/s) Sudut Pitch Optimal

32 Kesimpulan Telah berhasil dirancang dan dibangun sebuah Prototipe Turbin Angin dengan koefisien daya, Cp maksimum pada sudut pitch 10 o dan kecepatan angin 7.5 m/s. Prototipe turbin angin tidak mampu untuk bekerja secara self start karena beban center plate yang tidak seimbang. Sudut pitchoptimal untuk prototipe turbin angin adalah 10 sampai 20 derajat, dengan rincian Cp maksimum (kecepatan angin 7.5 m/s pada sudut 10), (kecepatan angin 7.5 m/s pada sudut 15), dan (kecepatan angin 7.5 m/s pada sudut 20). Hasil perancangan slip ringdapat mengalirkan daya listrik dan sinyal listrik dengan loss daya 1.58 %. Hasil perancangan sensor RPM menggunakan rotary encoder dapat bekerja dengan tingkat akurasi dan tingkat presisi %. Hasil perancangan pengatur sudut pitch mampu mengatur sudut bilah mulai 0 sampai 90 derajat dengan interval derajat.

33