Pengaruh Modifikasi 3 Sudu Berbasis Airfoil Tipe FX74-CL5-140 dan NACA 2421 Turbin Angin Savonius Vertikal Terhadap Distribusi Kecepatan Angin dan Performa Menggunakan Studi Numerik Ansys

The Effect of 3-Blade Modification Based on FX74-CL5-140 and NACA 2421 Airfoil Profiles of a Vertical Savonius Wind Turbine on Wind Velocity Distribution and Performance Using ANSYS Numerical Study

Turbin angin Savonius merupakan salah satu jenis turbin angin sumbu vertikal yang memiliki kemampuan beroperasi pada kecepatan angin rendah dan menerima aliran angin dari berbagai arah. Meskipun demikian, performa turbin Savonius masih relatif rendah sehingga diperlukan pengembangan desain sudu untuk meningkatkan kemampuan ekstraksi energi angin. Penelitian ini bertujuan menganalisis pengaruh penggunaan profil airfoil FX74-CL5-140 dan NACA 2421 pada turbin angin Savonius tiga sudu terhadap distribusi kecepatan angin dan performa turbin menggunakan simulasi numerik ANSYS Fluent.

Penelitian dilakukan menggunakan metode Computational Fluid Dynamics (CFD) tiga dimensi dengan kondisi aliran unsteady. Simulasi dilakukan pada variasi kecepatan angin 4 m/s, 5 m/s, dan 6 m/s. Analisis difokuskan pada distribusi kecepatan aliran (velocity pathline) di sekitar rotor serta evaluasi performa turbin berdasarkan nilai Coefficient of Power (Cp), Coefficient of Torque (Ct), dan Tip Speed Ratio (TSR). Kedua model turbin menggunakan geometri yang sama dengan perbedaan pada profil airfoil sudunya, yaitu FX74-CL5-140 dan NACA 2421.

Hasil simulasi menunjukkan bahwa profil airfoil FX74-CL5-140 menghasilkan distribusi kecepatan aliran yang lebih optimal dibandingkan NACA 2421. Selain itu, profil FX74-CL5-140 memberikan performa terbaik dengan nilai Coefficient of Power (Cp) sebesar 0,188 dan Coefficient of Torque (Ct) sebesar 0,251 pada kondisi optimum dengan kecepatan angin 5 m/s dan Tip Speed Ratio (TSR) sebesar 0,719. Hasil tersebut menunjukkan bahwa penggunaan profil airfoil FX74-CL5-140 mampu meningkatkan kemampuan turbin Savonius dalam mengekstraksi energi angin dibandingkan profil NACA 2421, sehingga berpotensi menjadi alternatif desain sudu yang lebih efektif untuk aplikasi pembangkit listrik tenaga angin pada daerah berkecepatan angin rendah.

The Savonius wind turbine is one type of vertical axis wind turbine that has the ability to operate at low wind speeds and receive wind flow from various directions. However, the performance of the Savonius turbine remains relatively low, making it necessary to develop blade designs to improve wind energy extraction capability. This study aims to analyze the effect of using FX74-CL5-140 and NACA 2421 airfoil profiles on a three-bladed Savonius wind turbine regarding wind velocity distribution and turbine performance using ANSYS Fluent numerical simulation.

The study was conducted using a three-dimensional Computational Fluid Dynamics (CFD) method under unsteady flow conditions. Simulations were carried out at wind speed variations of 4 m/s, 5 m/s, and 6 m/s. The analysis focused on the flow velocity distribution (velocity pathlines) around the rotor and the evaluation of turbine performance based on the Coefficient of Power (Cp), Coefficient of Torque (Ct), and Tip Speed Ratio (TSR). Both turbine models used the same geometry, with the difference lying in the blade airfoil profiles, namely FX74-CL5-140 and NACA 2421.

Simulation results indicate that the FX74-CL5-140 airfoil profile produces a more optimal flow velocity distribution compared to NACA 2421. Furthermore, the FX74-CL5-140 profile delivers the best performance with a Coefficient of Power (Cp) of 0.188 and a Coefficient of Torque (Ct) of 0.251 under optimum conditions at a wind speed of 5 m/s and a Tip Speed Ratio (TSR) of 0.719. These results demonstrate that the use of the FX74-CL5-140 airfoil profile is capable of enhancing the Savonius turbine's ability to extract wind energy compared to the NACA 2421 profile, making it a potentially more effective alternative blade design for wind power generation applications in low wind speed regions