I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   8 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 7 ,   p p .   3 7 6 ~ 383   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v8 i 1 . p p 3 7 6 - 383          376       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   Sa v o nius Wind T urbine  Perf o r m a nces o n Win d Co ncentrator       Dy g k u.  A s m a ni s s a   Aw g .   O s m a n 1 ,   No rz a na h Ro s m in 2 ,   N o Sh a hid a   H a s a n 3 ,   B a ha rr ud din   I s ha k 4 ,   Aede  H a t ib M us t a a m a l@ J a m a l 5 ,   M a riy a t M a rz uk i 6   1, 2, 3   Ce n tre o f   El e c tri c a En e rg y   S y ste m   (CEE S ),   P OW ER  De p a rtme n t,   F a c u lt y   o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   Un iv e rsit T e k n o lo g M a lay sia ,   8 1 3 1 0   S k u d a i,   Jo h o Ba h r u ,   Jo h o r ,   M a lay sia   4   T e n a g a   N a sio n a Be rh a d   (T NB),  P ro tec ti o n   U n it ,   Distri b u ti o n   De p a rtme n t,   8 0 1 0 0   Jl n   Ya h y a   Aw a l,   J o h o r,   M a lay sia   5   F a c u lt y   o f   Ed u c a ti o n ,   Un iv e rsiti   T e k n o lo g M a lay sia ,   8 1 3 1 0   S k u d a i ,   Jo h o Ba h r u ,   Jo h o r ,   M a lay sia   6   P o li tek n ik   Ib ra h im   S u lt a n   ( P IS ),   M e c h a n ica En g i n e e rin g   De p a rtme n t,   8 1 7 0 0   P a sir  G u d a n g ,   Jo h o r,   M a lay sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Oct   2 6 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   J an   0 1 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   J an   11 ,   2 0 1 7       T h e   a ir  stre a m f ro m   th e   o u tl e t   o f   a n   a ir  c o m p re ss o c a n   b e   u se d   t o   g e n e ra te  e lec tri c it y .   F o in sta n c e ,   if  a   m icro - siz e d   V e rti c a l - A x is   W i n d - T u rb i n e   (V A WT is   in sta ll e d   to w a rd th e   a irf lo w ,   so m e   a m o u n o f   e le c tri c it y   c a n   b e   g e n e ra ted   b e f o re   b e in g   sto re d   in   a   b a tt e ry   b a n k .   T h e   re se a rc h ’s  o b jec ti v e a r e   to   d e sig n ,   f a b rica te  a n d   a n a ly z e   t h e   p e rf o rm a n c e   o f   H e li c a S a v o n iu V A WT   b lad e   ro t o rs,  w h ich   is  tes ted   w it h   a n d   w it h o u u sin g   a   w in d   c o n c e n t ra to r.   T h e   He li c a S a v o n iu V A W is  t e ste d   a 0   c m   w it h o u th e   c o n c e n t ra to r,   w h e re a s   th e   b lad e   ro t o is  tes ted   a c o n c a v e - b lad e   p o siti o n   w h e n   u sin g   th e   c o n c e n trato r.   T h e   b la d e   a n d   th e   w in d   c o n c e n trat o d e sig n w e re   b a se d   o n   th e   d im e n sio n a n d   th e   c o n sta n a ir f lo o th e   a ir  c o m p re ss o r.   T h e   f in d in g su g g e ste d   th a th e   b lad e   p r o d u c e d   it b e st  p e rf o rm a n c e   w h e n   te ste d   u sin g   w in d   c o n c e n trato a c o n c a v e - b lad e   p o siti o n   in   term o a n g u lar  s p e e d   ( ω ),   ti p   sp e e d   ra ti o   ( T S R a n d   th e   g e n e ra ted   e lec tri c a p o w e ( P E ).   Th e   f in d in g c o n c lu d e d   th a t h e   a d d it io n   o f   w i n d   c o n c e n trato i n c re a se th e   a irfl o w   w h ich   th e n   p ro v id e d   b e tt e p e rf o rm a n c e s o n   t h e   b lad e s.   K ey w o r d :   C o n ca v e - b lad e   Helica l   Sav o n iu s   VA W T   W in d   c o n ce n tr ato r     Co p y rig h ©   201 7   In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   No r za n ah   R o s m i n   C en tr o f   E lectr ical  E n er g y   S y s te m   ( C E E S) P OW E R   Dep ar t m en t,  Facu l t y   o f   E lectr ical  E n g in ee r i n g ,   Un i v er s iti T ek n o lo g i M ala y s ia ,   8 1 3 1 0   Sk u d ai,   J o h o r   B ah r u ,   J o h o r ,   Ma lay s ia .   E m ail:  n o r za n ah @ f k e. u t m . m y         1.   I NT RO D UCT I O N   Sin ce   th e   p o ten tial   o f   w i n d   e n er g y   in   Ma la y s ia  i s   lo w ,   th e   m o s s u itab le  t y p o f   w i n d   tu r b i n i s   u s ed   is   t h V A W T .   Desp ite  it s   ab i lit y   to   p r o d u ce   o n l y   lo w   p o w e r   ef f icien c y ,   t h er ar v ar io u s   w a y s   to   a m e n d   t h e   p o w er   co ef f icie n t   in   V A W T .   On o f   t h e m   is   b y   s h o w i n g   t h id ea l   co n s tr u ctio n   o r   b y   s e lectin g   t h e   o p ti m a l   n u m b er   o f   th r o to r   b lad es.  Fu r th er m o r e,   in s ta lli n g   win d   co n ce n tr ato r   to   th V AW T   w ill  ca n ce th e   n eg at iv e   m o m e n ts   w h ich   a f f e ctin g   t h r o tatio n al  m o v e m e n t s   o f   t h r o to r   an d   in cr ea s e s   t h s p ee d   o f   th e   air   a t   th en tr a n ce   o f   t h r o to r .   T h er ef o r e,   it  w il l r esu l ted   in   i m p r o v in g   t h V A W T s   p o w er   co ef f icien t [ 1 ] .   W in d   co n ce n tr ato r   is   o n o f   t h d esi g n s   th a ca n   co m p r es s es  w i n d   o n   lo w   v elo cit y ,   a n d   i m p r o v e   th w i n d   v elo cit y   ev e n t u all y   as  th w i n d   p ass es  t h r o u g h   th co n ce n tr ato r .   A s   th s p ee d   o f   w i n d s   i n   Ma la y s i a   is   q u i te  lo w ,   t h id ea   o f   d esi g n i n g   w in d   co n ce n tr ato r   m a y   i m p r o v t h s p ee d   o f   w i n d   an d   in cr ea s es  t h e   p er f o r m a n ce   o f   th w i n d   t u r b in as t h w i n d   f lo w   ac r o s s   th e   r o to r   b la d e.   T h is   s t u d y   w il l b u s i n g   V A W T   as it   is   s u itab l e   f o r   lo w   w i n d   s p ee d   co n d itio n   a n d   t h e   s e n s it iv i t y   to   th e   ch a n g es   o f   th e   d ir ec t io n   o f   t h w i n d   o r   v elo cit y   i s   h ig h   [ 2 ] .     Hen ce ,   t h u s o f   w in d   co n ce n tr ato r   in   t h i s   s t u d y   to   i n cr ea s th p er f o r m an ce   o f   VA W T   is   i m p o r tan t.  B esid es,  d esi g n i n g   s m all  s ca le  w i n d   co n ce n tr ato r   is   co n v e n ien f o r   p er s o n al  u s ag to   r ed u ce   th e   elec tr icit y   co s t s   as it  h elp s   o n   g en er ati n g   p o w er   s u p p l y   to   th s m all  ap p lia n ce s   i n   th h o u s eh o ld .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       S a vo n i u s   W in d   Tu r b in P erfo r ma n ce   o n   W in d   C o n ce n tr a to r   ( Dyg ku .   A s ma n is s a   A w g .   Osm a n )   377   1 . 1 .   Ty p e   o p e r fo r m a n c e s o n   w in d   tu r b in e   S.  Ma t h e w   [ 1 ]   s ta ted   t h at  t h en er g y   a v ailab le  in   t h w i n d   i s   b asicall y   th e   k in et ic  e n er g y   o f   h ea v y   m as s es  o f   air   g o in g   o v er   th ea r th s   s u r f ac e.   W h en   co n s id e r in g   t h k i n etic  en er g y   o f   air   s tr ea m   av a ilab le  in   th w in d   tu r b in e,   th e x p r ess i o n   o f   en er g y   p er   u n it  ti m w h ich   r ep r esen ti n g   th th eo r eti ca p o w er             an d   th ac tu a l p o w er   o r   k n o w n   a s   elec tr ical  p o w er               ca n   b ex p r ess ed   as:                             ( 1 )                  ( 2 )     w h er       is   th d en s it y   o f   air   an d         is   th cr o s s - s ec tio n al  ar ea   o f   th r o to r .   Me an w h ile,   V   an d   I   a r v o ltag an d   cu r r en g e n er ated   b y   t h m o to r .   B ased   o n   E q u atio n   2 ,   t h f ac to r s   w h ich   i n f lu e n ce d   th p o w er   av ailab le  i n   th e   to tal  w i n d   f lo w   ar th air   d en s it y ,   cr o s s - s ec tio n al  ar ea   o f   w i n d   tu r b in e s   r o to r   an d   air   v elo cit y         .   Ho w e v er ,   w h e n   a   w i n d   s tr ea m   p ass e s   t h r o u g h   a   w i n d   t u r b in e,   th t u r b in ca n n o f u ll y   ex tr ac t h e   w i n d   p o w er   co m p le tel y   as  s o m p ar ts   o f   its   k i n etic  e n er g y   ar b ein g   tr a n s f er r ed   to   th r o to r   an d   th air   t h a t   leav es  t h tu r b in ca r r ies  all  t h r e m ai n d er s   asid e.   T h ac tu al  p o w er   p r o d u ce d   b y   r o to r   ca n   b d ec id ed   b y   th ef f icie n c y   o r   u s u all y   k n o wn   as t h p o w er   co ef f icie n t           .   T h u s ,                               ( 3 )     W h en   u s in g   th B etz  eq u atio n ,   M .   R ag h eb   an d   A .   M.   R ag h eb   [ 2 ]   s tated   th at  th h ig h est  p o w er   co ef f icie n p r o d u ce d   b y   w i n d   tu r b in is   0 . 5 9 3 .   B u af ter   tak en   i n to   ac co u n s o m o th er   d etails  s u ch   as  t h e   f r ictio n al  lo s s es,  b lad s u r f ac r o u g h n es s   an d   m ec h a n ical  d ef icien c ies  u n d er   p r ac tical  co n d itio n ,   th p o w er   th at  ca n   b ex tr ac ted   is   ap p r o x i m atel y   3 5 to   4 5 %.  Me an w h ile,   H.   A .   Yan to   et  al.   [ 3 ]   a n d   W .   S.  W id o d o   et  al.   [ 4 ]   f o u n d   o u t th at  t h o p ti m u m   p o w er   co ef f icien t u n d er   p r ac tical  co n d itio n   is   0 . 3 .   T h tip   s p ee d   r atio   ( TS R )   is   th r atio   o f   t h v elo cit y   o f   t h e   r o to r   tip   to   th w i n d   v e lo cit y .   I t   ca n   b ex p r ess ed   as                      ( 4 )     w h er     is   t h s p ee d   o f   b lad r o to r   in   r ad iu s   an d         is   th r ad iu s   o f   th r o to r .     1 . 2 .   Sa v o niu s   VAW T     T h co n v en tio n a w in d   t u r b in is   o f te n   u s ed   b y   r esear ch er s   to   co m p lete  t h eir   s t u d ies.   Ho w ev er ,   s o m r esear ch er s   h ad   in tr o d u ce d   Helica l - s h ap b lad Sav o n i u s   w i n d   r o to r   an d   d o n s o m s tu d ie s   o n   its   p er f o r m a n ce s .   I h a s   m a n y   ad v an ta g e s   o v er   o th er s   as  th c o n s tr u ct io n s   ar s i m p ler ,   ch ea p er ,   in d ep en d en o f   th w i n d   d ir ec tio n   a n d   h a s   a   g o o d   s tar tin g   to r q u at   lo w e r   w i n d   s p ee d s   w i th   p o s i tiv e   co ef f icie n o f   s tatic  to r q u [5 ] , [ 6] Z .   Z h ao   et  al.   [ 7 ]   an d   A .   Dam a k   et  al.   [ 8 ]   s tated   th at  th p er f o r m an ce   i n   ter m s   o f   C P   u s i n g   Helica l - b lad ed   Sa v o n i u s   co m p ar ed   to   C o n v e n tio n al   Sa v o n i u s   w as  i m p r o v ed   f r o m   C P   0 . 1 5   an d   C P   0 . 1 r esp ec tiv el y ,   to   th s a m v al u o f   m a x i m u m   C P   0 . 2 0 .   T h er ar f o u r   t y p es  o f   Helica r o to r s   w it h   d if f er e n t w i s ted   an g les  a s   s h o w n   i n   Fi g u r 1 .   T h t w i s t a n g le s   ar 9 0   ,   1 8 0   ,   2 7 0     an d   3 6 0     r esp ec tiv el y .           Fig u r 1 .   T h f o u r   t y p es o f   He lical  r o to r   w i th   d i f f er e n t t w i s te d   an g le s   [ 7 ]       Fro m   [7 ] - [ 8]   f in d i n g s ,   t h e y   m en tio n ed   t h at,   th e   h ig h es p er f o r m an ce   w as   ac h iev ed   b y   th He lical   r o to r   w it h   th a n g le  o f   1 8 0     an d   w it h   t h is   co n f i g u r atio n ,   th r o to r   h a s   s o m e   d o w n w i n d   s u r f ac p ar t s   th at   ex p o s ed   to   th w i n d   at  an y   r o tatio n al  an g les.  I also   p r o d u ce s   co n tin u o u s   p o s itiv to r q u e   w h ich   g i v es  b e tter   p er f o r m a n ce   t h an   t h Helica l r o to r   w i th   o t h er   t w is t a n g les.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 7     3 7 6     3 8 3   378   1 . 3 .   Nu m ber  o f   Ro t o B la des     T h n u m b er   o f   b lad es  o f   t h r o to r   s h o u ld   b m i n i m ized   to   t w o   b lad es  o n l y .   M.   H.   Ali  [ 9 ]   an d   A .   Kad a m   a n d   K.   P atil  [ 1 0 ]   f o u n d   th at  t h t w o - b lad ed   Sa v o n i u s   w i n d   t u r b in i s   m o r ef f icie n a n d   h a s   a   h i g h er   p o w er   co ef f icie n co m p ar ed   t o   th r ee - b lad ed   Sav o n i u s   w i n d   tu r b in u n d er   th s a m t e s co n d itio n .   I is   b ec au s as  t h n u m b er   o f   b lad es  in cr ea s e s ,   it  w i ll  also   i n cr e ase  th d r ag   o n   t h s u r f ac e s   wh en   th w i n d   f lo w s   ar o u n d   t h e m .   T h is   w i ll  ca u s t h r ev er s to r q u to   i n cr ea s e   an d   ca u s i n g   th e   n e to r q u w o r k in g   o n   t h b lad es  o f   Sav o n iu s   w in d   t u r b in to   d ec r ea s e.   T h ev id en ce   o f   u s i n g   t w o   b lad es  w as  also   s u p p o r ted   b y   [ 7 ] W h en   TS R   0 . 8 ,   th C P   f o r   t w o - b l ad ed   r o to r   is   0 . 1 6 5   w h ile   t h r ee - b lad ed   r o to r   is   0 . 1 2 .   I h as  p r o v ed   th at   i f   t h e   n u m b er   o f   b lad es  w as  i n cr ea s ed   f r o m   t w o   to   th r ee ,   th p o w er   co ef f icie n o f   t h w i n d   tu r b in r o to r   w il l   d ec r ea s es.      1 . 4 .   Wind   Co nce ntr a t o r   R u s   L .   F.  [ 1 1 ]   h ad   d es ig n ed   co n ce n tr ato r   n o zz le  to   t h Sav o n iu s   r o to r   in   o r d er   to   in cr ea s th e   in let ’s   o f   air   s tr ea m   v elo cit y   t o   th r o to r   w h ich   i s   s h o w n   in   Fig u r 2 .   I n   h i s   r esear ch   f i n d i n g s ,   h al s o   clai m ed   th at  i n s tal lin g   w i n d   co n ce n tr ato r   to   th e   w i n d   tu r b in m a y   i n cr ea s t h ef f icie n c y   o f   t h t u r b in ab o u t 1 0 % to   2 0 w h e n   u s in g   s in g le - s tag r o to r   w ith   t h d i m e n s io n s   o f     4 5 º   an d     1 5 º .   A s   th co n ce n tr ato r   n o zz le   is   f o cu s ed   o n   th d ir ec air f lo w   w h ich   o n l y   o v er s   t h co n ca v b lad e,   th ad v an tag e s   o f   u s in g   th is   d esi g n   ar e   as f o llo w s   [8 ] , [ 11] :   a.   T h n eg ati v m o m e n t p r o d u ce d   b y   t h ac tio n   o f   t h w i n d   o n   th co n v ex   p ar w ill b ca n ce ll ed   o u t .   b.   I t o f f er s   t h p o s s ib ilit y   o f   i n cr ea s in g   t h m o v e m e n t a n d   ef f ic ien c y   o f   th r o to r.           ( a)   T o p   v ie w         ( b )   Sid v ie     Fig u r 2 .   T h d esig n   o f   w i n d   co n ce n tr ato r   [ 1 1 ]       A   s t u d y   co n d u cted   b y   J .   A .   Or asa   et  al.   [ 1 2 ]   h ad   in tr o d u ce d   a   d esig n   o f   s u b s o n ic  n o zz le  in   o r d er   to   p r o d u ce   c o n s tan p r ess u r d r o p   an d   co n s id er in g   m o is a ir   as  p r in cip al  f lu id .   T h is   co n v er g e n n o zz le  h a s   al m o s t s i m ilar   f u n c tio n s   w it h   t h o n es a s   in   R u s   L . F.  [ 1 1 ] s   s tu d y .   T h f u n ct io n s   ar li s ted   as f o llo w s :   a.   I t a m p lif ied   t h w i n d s   v elo cit y .   b.   I p r ev en t ed   n eg ati v to r q u w h er it  ca n   ac as  b ar r ier   f o r   w in d   s tr i k i n g   o n   t h b lad e’ s   co n ca v p ar o f   th r o to r .   T h s tu d y   also   clai m ed   th at  w h e n   u s i n g   co n v er g e n n o z zle  r o to r ,   th s p ee d   ca n   b s i g n i f ica n tl y   in cr ea s ed ,   an d   s o   d o es  t h p o w er   co ef f icie n t.  An o th er   f i n d i n g   f r o m   th s t u d y   also   s tated   t h at  t h co n s er v atio n   o f   en er g y   i n   n o zz le  ca n   b t er m ed   as  B er n o u ll i s   eq u atio n   as  s h o w n   i n   E q u at io n   5   w h er it  ca n   b d ef i n ed   th at  th s u m   o f   all  f o r m s   o f   win d   f lo w s   ar s a m at  th s a m p o in t;  h o w e v er ,   th is   r eq u ir es   th s u m   o f   k i n etic   en er g y   an d   p o ten tial  e n er g y   t o   b k ep co n s ta n t.  B ased   o n   th is   eq u atio n ,         ca n   b co n s id er ed   as  th i n let  v elo cit y   o f   th w i n d   co n ce n tr a to r   w h i le        is   th o u tlet  v elo cit y   o f   th w i n d   co n ce n tr ato r .                                     ( 5 )       2.   E XP E R I M E NT A L   I n   th is   s tu d y ,   Helica Sav o n iu s   VA W T   w as   d esi g n ed   in   o r d er   to   d eter m i n th p er f o r m a n ce s   o f   th e   r o to r   b lad e;  w h ic h   in cl u d es  t h e   g en er ated   elec tr ical  p o w er           an g u lar   s p ee d   ( ω )   an d   tip   s p e ed   r atio   ( TS R ) .   T o   f u lf il  t h o b j ec tiv es  o f   t h i s   s t u d y ,   t h er ar s o m alter n ativ w a y s   to   p r o d u ce   b etter   p er f o r m a n ce   f o r   VA W T .   Usi n g   w i n d   co n ce n tr ato r   h ad   alr ea d y   b ee n   p r o p o s ed   w h er it  w ill  allo w   b ette r   w i n d   en er g y   f lo w   to   th b lad in   o r d er   to   g et  b etter   p er f o r m a n ce   o f   V A W T .   I n s tead   o f   u s i n g   w i n d   as  t h e   o n l y   s o u r ce   o f   air   W in d   co n ce n tr ato r   W in d   r o to r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       S a vo n i u s   W in d   Tu r b in P erfo r ma n ce   o n   W in d   C o n ce n tr a to r   ( Dyg ku .   A s ma n is s a   A w g .   Osm a n )   379   s tr ea m ,   t h ad d itio n al  s o u r ce   o f   air   ca m f r o m   th air   co m p r ess o r   o f   an   air - co n d i tio n i n g   s y s te m   w h ic h   ca n   also   b ec o m e s   g r ea as s et  to   b u tili ze d .   T h er ef o r e,   th p er f o r m a n ce s   o f   Helica Sav o n i u s   V A W T   w it h   an d   w it h o u u s i n g   t h w i n d   co n ce n tr ato r   ca n   b i n v esti g ated .   T h r ea h ar d w ar w a s   f o s ter ed   b y   r ef er r i n g   to   th e   p r o p o s ed   d esig n   a n d   an al y s i s   o f   Helica Sav o n i u s   V A W T   b la d r o to r   in clu d in g   t h d esig n   o f   t h w i n d   co n ce n tr ato r .     2 . 1 .   H elica l Sa v o niu s   VAW T   B la de  Ro t o Desig n   So m p ar a m eter s   co n s id er ed   d u r in g   d esig n i n g   th e   Helica Sav o n iu s   V A W T   b lad r o to r   as  s h o w n   i n   Fig u r 3   w er b ased   o n   t h lo w e s p o w er   r ati n g   a m o n g   L i g h t - e m itti n g   Dio d ( L E D)   w h ic h   is   f r o m   y e llo w   o r   r ed - co lo u r ed   L E D.   T h m a x i m u m   p o w er   r atin g   is   4 4   m W   w h er t h v o lta g i s   b et w ee n   1 . 8   to   2 . 2   a n d   th cu r r en is   at  2 0   m A   by   co n s id er in g   t h o p ti m u m   C P   w h ich   eq u als  to   0 . 3   [3 ] , [ 4]   an d   t h o p ti m u m   asp ec r atio   (                                                                             )   f o r   m icr o - w i n d   tu r b i n is   eq u als  to   2   [4 ] , [ 1 3 ] P o ly latic  ac id   ( P L A )   p last ic  w a s   ch o s en   a s   t h m ater ial  f o r   th e   f ab r icatio n   o f   th b lad r o to r s .   I w a s   f ab r icate d   b y   u s in g   th r ee - d i m e n s io n al   ( 3 D)   p r in tin g   m ac h i n e.   P L p last ics  ar e n v ir o n m en ta f r i en d l y   m ater ial,   p r o d u cin g   n o   h ar m f u f u m e s   a n d   less   ti m n ee d ed   d u r i n g   t h 3 p r in tin g   p r o ce s s es.             Fig u r 3.   Desig n   o f   Helica l Sa v o n i u s   V A W T   b lad r o t o r       2 . 2 .   Wind   Co nce ntr a t o Desig n   So m p ar a m eter s   co n s id er ed   d u r in g   d esig n i n g   t h e   w in d   c o n ce n tr ato r   as  s h o w n   in   Fi g u r 4   w er e   b ased   o n   th o u tlet  d i m en s io n s   o f   t h air   co m p r ess o r   an d   th HR   a n d   R R   o f   t h b lad r o to r   d esig n .   T h e   d esig n   o f   t h w i n d   co n ce n tr at o r   in   Fi g u r 2   p r ev io u s l y   h ad   to   b i m p r o v is ed   f o r   th p u r p o s o f   t h is   s t u d y   b y   also   co n s id er in g   t h B er n o u l li’ s   E q u atio n   ( 5 )   w h er t h v elo cit y   o f   air   ca n   b i n cr ea s ed   w h e n   f lo w i n g   th r o u g h   f r o m   lar g to   s m al l er   ar ea   w it h   co n s ta n air   d en s it y .   T h ch o s e n   m ater ial  f o r   f a b r icatin g   t h w i n d   co n ce n tr ato r   w as   al u m in iu m   b ec au s e   o f   its   s u itab le  m at er ial  p r o p er ties .   A l u m i n iu m   is   li g h i n   w eig h t,   co r r o s io n   r esis t an ce ,   h a v g o o d   r ig id it y ,   r ec y clab le  m a ter ial,   ea s y   to   co n s tr u ct  an d   lo w   i n   co s [ 9 ] .           Fig u r 4.   W in d   co n ce n tr ato r   d esig n s   d i m en s io n       3.   RE SU L T A ND  AN AL Y SI S   3 . 1 .   Co m pa riso ns   o f   Win d Speed   a t   Dif f er ent   P o s it io ns   T h w i n d   s p ee d s   p r o d u ce d   b y   th air   co m p r ess o r   w er b ein g   m ea s u r ed   at  s o m d if f er en p o s itio n s   an d   th e   r es u lts   w er tab u lated   in   T ab le  1 .   T h b lad r o to r   w a s   n o t   b ein g   u s ed   w h e n   d eter m in i n g   th e   v a lu e s   o f   H 1 6 0 . 0   cm   H 2 3 7 . 5   cm   H 3 7 . 3 0   cm   R R   9 . 3 3   cm   T h ick n es s   0 . 2 0   cm   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 7     3 7 6     3 8 3   380   th w i n d   s p ee d s .   B ased   o n   T ab le  1 ,   th ad d itio n   o f   th win d   co n ce n tr ato r   h ad   ca u s ed   th w i n d   s p ee d   to   in cr ea s ap p r o x i m a tel y   1 0 . 4 1 f r o m   0 . 9 3 2   m / s   to   1 . 0 2 9   m /s   co m p ar ed   to   th w i n d   s p ee d   p r o d u ce d   w it h o u t   u s i n g   th w i n d   co n ce n tr ato r   at  0   cm .       T ab le  1 .   R esu lts   o f   th w i n d   s p ee d s   at  d if f er en t p o s it io n s     W i t h o u t   w i n d   c o n c e n t r a t o r   a t   cm   d i s t a n c e   W i t h   w i n d   c o n c e n t r a t o r   1   0 . 6 4   0 . 9 3   2   1 . 1 6   1 . 0 4   3   1 . 2 4   1 . 3 5   4   1 . 0 4   1 . 2 6   5   0 . 5 8   1 . 3 7   6   0 . 6 0   0 . 8 4   7   1 . 5 1   0 . 9 1   8   0 . 8 7   0 . 8 4   9   0 . 7 6   0 . 8 5   10   0 . 9 2   0 . 9 0   A v e r a g e   0 . 9 3 2   1 . 0 2 9       3 . 2 .   Co m pa riso ns   o f   H elica l Sa v o niu s   VA WT   O n Dif f er ent   T y pes   O f   T esting   T h d ata  co llected   d u r in g   s o m e   th test s   co n d u cted   o n   Helica Sa v o n i u s   V A W T   w er t h e   m ea s u r e m e n t s   o f   v o ltag e,   cu r r en an d   r o tatio n al  s p ee d   ( RPM ) .   Fi g u r ( a)   s h o w s   t h e   w h o le   f ab r icate d   Helica Sav o n i u s   V A W T   w it h o u t h ad d itio n   o f   th e   w i n d   co n ce n tr ato r ,   w h er ea s   Fig u r 5   ( b )   s h o w s   t h e   f ab r icate d   Helica l Sav o n i u s   V A W T   test ed   w it h   t h ad d itio n   o f   th e   w i n d   co n ce n tr ato r .           ( a)   W ith o u w in d   co n ce n tr ato r       ( b )   W ith   w in d   co n ce n tr ato r     Fig u r 5.   T y p es o f   test i n g   co n d u cted   o n   Helica l Sa v o n i u s   V A W T       T h b ar   ch ar d iag r am   o n   t h co m p ar is o n   o f   o u tp u p o w er   (         an d   p er f o r m an ce s   p r o d u ce d   b y   t h e   Helica Sav o n iu s   V A W T   in   ter m s   o f   ω   an d   TS R   ar s h o w n   in   Fig u r 5   an d   6   r esp ec tiv el y .   B ased   o n   Fig u r 6 th o u tp u p o w er   o r         ca n   b c alcu lated   b y   u s in g   th f o r m u l in   E q u atio n   1 . 2 .   T h h ig h est         g en er ated   b y   th He lical  Sav o n iu s   V A W T   w as  4 . 1 8 7   m W   at   th e   h ig h e s w i n d   s p ee d   w h e n   b ei n g   te s ted   w it h   t h w in d   co n ce n tr ato r   at  co n ca v e - b lad e   p o s itio n .   an d   I   g e n er ated   b y   t h h i g h e s t   e lectr ical  p o w er   w er 0 . 1 5 3   an d   2 7 . 4 0 0   m co r r esp o n d in g l y .   Me an w h ile,   t h lo w es elec tr i ca p o w er   g e n er ated   w as   3 . 0 4 2   m W   w h e n   b ei n g   test ed   w ith o u t h w in d   co n c en tr ato r   at  0   cm   d is tan ce   at  t h lo w est  w i n d   s p ee d .   V   an d   g en er ated   b y   th e   lo w es t e lectr ica l p o w er   w er 0 . 1 2 1   an d   2 5 . 1 0 0   m A .     Ty p e   o f             t e st i n g   N o .   o f   me a su r e me n t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       S a vo n i u s   W in d   Tu r b in P erfo r ma n ce   o n   W in d   C o n ce n tr a to r   ( Dyg ku .   A s ma n is s a   A w g .   Osm a n )   381       Fig u r 6 .   B ar   ch ar t o n   th co m p ar is o n s   o f         g en er ated   o n   Heli ca l Sav o n i u s   at  d if f er en t t y p es   o f   test i n g       T h T SR   w as   ca lcu lated   b y   u s in g   E q u a tio n   4 .   T h lo w est   ω   ac h ie v ed   b ased   o n   Fi g u r 7   w a s   f r o m   th lo w e s     w h er it  h ad   p r o d u ce d   TS R   at  4 . 0 0 9 .   Sin ce       w a s   h ig h er   w h e n   b ein g   test ed   b y   u s i n g   th w i n d   co n ce n tr ato r ,   ω   p r o d u ce d   w a s   t h h ig h es w h en   it  w a s   te s ted   at  co n ca v e - b lad p o s itio n   a n d   th e   TS R   w a s   6 . 1 6 8 .             Fig u r 7 .   B ar   ch ar t o n   th co m p ar is o n s   o f   p er f o r m a n ce s   o n   t h Helica l Sa v o n i u s   in   ter m s   o f   ω   an d   TS R   at  d if f er e n t t y p e s   o f   test in g       4.   CO NCLU SI O N     I n   co n cl u s io n ,   th o b j ec tiv o f   t h is   s tu d y   to   d esi g n   a n d   f ab r icate   th Hel ical  Sa v o n i u s   V AW T   b lad e   r o to r   an d   a   w i n d   co n ce n tr ato r   w er ac h ie v ed .   T h s tu d ies  o n   p er f o r m an ce s   o f   Helica Sa v o n i u s   V A W T   w it h   an d   w it h o u t   u s i n g   w i n d   co n ce n tr ato r   in   ter m s   o f   ω ,   T SR   an d   g e n er ated   P _ E   w er e   s u cc ess f u l l y   d eter m i n ed .   T h is   s t u d y   co m p r is ed   o f   t w o   ( 2 )   ty p e s   o f   tes ts   o n   t h Helic al  Sa v o n i u s   V A W T   r o to r   w h i ch   w er co n d u cted   w it h o u u s in g   t h w in d   co n ce n tr ato r   at  0   cm   a n d   u s i n g   th w i n d   co n ce n tr ato r   at  co n ca v e - b lad p o s itio n .   As   th w i n d   co n ce n tr ato r   w a s   i n s talled   i n   f r o n t   o f   th e   air   co m p r ess o r ,   th w i n d   s p ee d   a m p li f ied   ab o u t   1 0 . 4 1 w h ic h   w er f r o m   0 . 9 3 2   m / s   to   1 . 0 2 9   m / s .   T h b est  p er f o r m an ce   w a s   ac h iev ed   w h e n   t esti n g   t h Hel ical  Sav o n iu s   V A W T   u s i n g   t h w i n d   co n ce n tr ato r   at  t h co n ca v e - b lad p o s itio n .   T h h ig h est   an g u lar   s p ee d   p r o d u ce d   w a s   u p   to   6 8 . 0 2 6   r a d /s .   As t h an g u lar   s p ee d   p r o d u ce d   af ter   u s i n g   th w in d   co n c en tr ato r   w a s   h ig h er   co m p ar ed   to   w it h o u u s in g   w i n d   co n ce n tr ato r ,   it  r esu l ted   in   p r o d u cin g   T SR   6 . 1 6 8   at  h ig h er   le v el.   Fro m   th r esear ch e s   co n d u cted ,   it  ca n   b co n clu d ed   th at  t h ex is te n ce   o f   w i n d   co n ce n tr ato r   w a s   ab le  to   in cr ea s th e   w i n d   s p ee d .   He n ce ,   i n cr ea s i n g   w i n d   s p ee d s   w ill  in f l u e n ce   th p er f o r m a n ce s   o f   Helica l   Sav o n iu s   V A W T   b lad r o t o r .   I n   o r d er   to   m ak s o m i m p r o v e m e n o n   t h p er f o r m an ce s   o f   th Sa v o n iu s   V A W T ,   th r ec o m m e n d ed   ac tio n   th at  co u ld   b d o n is   th m a ter ials   u s ed   to   f ab r icate   th b lad r o t o r   s h o u ld   b f r o m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 7     3 7 6     3 8 3   382   lig h ter   an d   m o r d u r ab le.   So ,   it  is   ab le  to   w i th s ta n d   an y   h ig h   p r ess u r ca u s ed   b y   t h w i n d   f o r   s o m e   p er io d   o f   ti m e.       ACK NO WL E D G E M E NT   T h au th o r s   w o u ld   li k to   t h an k   R M C ,   FKE  a n d   C E E S,  Un i v er s iti  T ek n o lo g Ma la y s i an d   th e   Min i s tr y   o f   Hi g h er   E d u ca tio n   o f   Ma la y s ia  f o r   th f i n a n cial  s u p p o r p r o v id ed   u n d er   R UG( 1 2 H0 0 )   an d   FR GS( 4 F7 9 4 )   to   ca r r y   o u t t h is   r esear ch .       RE F E R E NC E S   [1 ]   S .   M a th e w ,   W in d   En e rg y F u n d a m e n tals,  Re so u rc e   A n a l y sis a n d   Eco n o m ics ,”   S p rin g e r,   v o l .   1 ,   2 0 0 6 .   [2 ]   M .   Ra g h e b   a n d   A .   M .   Ra g h e b ,   W in d   T u rb in e T h e o ry - T h e   Be tz   Eq u a ti o n   a n d   Op ti m a Ro to r   T ip   S p e e d   Ra ti o ,”   INT ECH  Op e n   A c c e ss   P u b li s h e r,   2 0 1 1 .   [3 ]   H.  A .   Ya n to ,   e a l. ,   M o d e li n g   a n d   C o n tr o o Ho u se h o l d - S ize   Ver ti c a Axis  W in d   T u rb in e   a n d   El e c tric  Po we r   Ge n e ra ti o n   S y ste m,   2 0 0 9   I n tern a ti o n a Co n f e re n c e   o n   P o w e El e c tro n ics   a n d   Driv e   S y st e m s,   p p .   1 3 0 1 - 1 3 0 7 2 0 0 9 .   [4 ]   W .   S .   W id o d o ,   e a l. De sig n   a n d   A n a l y s is  o f   5 KW   S a v o n iu Ro t o Blad e ,   Glo b a E n g i n e e rs   a n d   T e c h n o l o g ists   Rev iew,  v o l.   2 ,   p p .   1 - 8 ,   2 0 1 2 .   [5 ]   Z.   Driss ,   e a l. Nu m e rica S im u latio n   a n d   Ex p e rim e n tal  V a li d a ti o n   o f   th e   T u rb u le n F lo w   a ro u n d   a   S m a ll   In c u rv e d   S a v o n i u s W in d   Ro t o r,   En e rg y ,   v o l.   7 4 ,   p p .   5 0 6 - 5 1 7 ,   2 0 1 4 .   [6 ]   Z.   Driss ,   e a l. S tu d y   o f   th e   In c id e n c e   A n g le  E ff e c o n   th e   A e ro d y n a m ic  S tru c tu re   Ch a ra c teristics   o f   a n   In c u rv e d   S a v o n iu s W in d   Ro t o P lac e d   in   a   W in d   T u n n e l,   En e rg y ,   v o l .   1 1 3 ,   p p .   8 9 4 - 9 0 8 ,   2 0 1 6 .   [7 ]   Z.   Zh a o ,   e a l. Res e a rc h   o n   th e   Im p ro v e me n o th e   Per fo rm a n c e   o S a v o n iu R o to Ba se d   o n   Nu me ric a S tu d y ,   2 0 0 9   I n tern a ti o n a C o n f e re n c e   o n   S u sta in a b le  P o w e G e n e ra ti o n   a n d   S u p p ly ,   p p .   1 - 6 2 0 0 9 .   [8 ]   A .   Da m a k ,   e a l. Ex p e ri m e n tal  In v e stig a ti o n   o f   H e li c a S a v o n iu s   Ro to w it h   a   Tw ist   o 1 8 0 ,   Ren e wa b le  En e rg y ,   v o l.   5 2 ,   p p .   1 3 6 - 1 4 2 ,   2 0 1 3 .   [9 ]   M .   H.  A li ,   Ex p e rim e n tal  Co m p a riso n   S t u d y   f o S a v o n iu W in d   T u rb in e   o f   T w o   a n d   T h re e   Blad e a L o w   W in d   S p e e d ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o M o d e rn   En g i n e e rin g   Res e a rc h   ( IJ M ER ),   v o l.   3 ,   p p .   2 9 7 8 - 2 9 8 6 ,   2 0 1 3 .   [1 0 ]   A .   K a d a m   a n d   S .   P a ti l,   A   Re v i e o n   S a v o n iu W in d   Ro t o rs  f o A c c e ss in g   th e   P o w e P e rf o r m a n c e ,   J o u rn a o f   M e c h a n ica a n d   Civil  En g in e e rin g ,   v o l.   5 ,   p p .   1 8 - 2 4 ,   2 0 1 3 .   [1 1 ]   L .   Ru s,  Ex p e rime n tal  S tu d y   o n   t h e   In c re a se   o f   th e   Eff ici e n c y   o f   V e rti c a A x is  W in d   T u rb in e b y   E q u i p p i n g   th e m   w it h   W in d   Co n c e n trato rs,   J o u rn a o S u sta i n a b le E n e rg y ,   v o l.   3 ,   p p .   3 0 - 3 5 ,   2 0 1 2 .   [1 2 ]   J.  Oro sa ,   e a l. W in d   T u rb in e   Co n c e n tra t o De sig n   Ba se d   o n   M o ist  Ai Ph a se   Ch a n g e ,   2 0 0 9   In tern a ti o n a l   Co n f e re n c e   o n   P o w e En g in e e rin g ,   En e rg y   a n d   El e c tri c a Driv e s,  p p .   4 9 0 - 4 9 4 2 0 0 9 .   [1 3 ]   M .   A Ba lo u tak i,   e t   a l . S tr a ig h t - Bl a d e d   Ver ti c a l   Axis  W in d   T u rb in e   Ro to De sig n   G u id e   Ba se d   o n   Aer o d y n a mic   Per fo rm a n c e   a n d   L o a d i n g   A n a ly sis,   P ro c e e d in g s   o f   th e   In st it u t i o n   o f   M e c h a n ica En g in e e rs,  P a rt  A Jo u rn a o f   P o w e a n d   En e rg y ,   v o l.   2 2 8 ,   p p .   7 4 2 - 7 5 9 ,   2 0 1 4 .       B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS         Dy g k u .   As m a n is sa   Aw g .   O s m a n   re c e iv e d   a   h o ld e o f   Ba c h e lo o f   En g in e e rin g   (El e c tri c a l)  w it h   Ho n o u rs  f ro m   Un iv e r siti   Tek n o lo g M a la y sia   in   2 0 1 5 .   Cu rre n tl y ,   sh e   is  a   F u ll - T i m e   M a ste r   Re se a rc h   stu d e n in   El e c tri c a En g in e e rin g   a Ce n tre  o f   El e c tri c a En g in e e rin g   (CEE S ),   Un iv e rsiti   T e k n o lo g M a lay sia .   He re se a rc h   in tere st i s in   re n e w a b le en e rg y .     No r z a n a h   Ro s m in   re c e iv e d   th e   B a c h e lo De g re e   (B. En g in   El e c tri c a En g in e e rin g   f ro m   Un iv e rsiti   T e k n o lo g M a lay sia   in   1 9 9 9 .   A f ter   re c e i v e d   th e   B. En g ,   sh e   w a a p p o in ted   a a   tu to a t   UT M   in   1 9 9 9 .   S h e   th e n   c o n ti n u e d   h e stu d y   f o M a ste in   El e c t rica En g in e e rin g   (M . E. E)  a n d   o b tai n e d   th is  d e g re e   in   2 0 0 2 .   A fter  p ro m o ted   a UT M   L e c tu re in   2 0 0 2 ,   sh e   t h e n   p u rsu e d   h e r   P h stu d y ,   a n d   o b tain e d   th e   P h in   2 0 1 5 ,   f ro m   L o u g h b o ro u g h   Un iv e rsit y ,   En g lan d ,   Un it e d   Kin g d o m .   He re se a rc h   a re a   d u rin g   h e P h stu d y   is  in v o lv in g   a lt e rn a ti v e /ren e w a b le  e n e r g y   (RE)  sy ste m ,   p a rti c u larly   in     win d   e n e rg y   c o n tro a n d   it in teg ra ti o n   sy ste m .   He re s e a rc h   in tere sts   a lso   in c lu d e   w in d   re so u rc e   a ss e ss m e n t,   RE  m a n a g e m e n a n d   in teg ra ti o n   sy ste m ,   d e m a n d   sid e   m a n a g e m e n t   (DSM ) b i o m a ss   s y ste m ,   g a sif i c a ti o n   sy ste m ,   ti d a e n e rg y ,   lo w - p o w e r   d c   c o n v e rter,  p o w e s y st e m   a n d   e tc .   In   tea c h in g   b a se d ,   n o w ,   sh e   h as   m o re   th a n   1 5   y e a rs   o e x p e rien c e   in   tea c h in g   e lec tri c a e n g in e e rin g   su b jec ts,   a n d   h a su p e rv is ed   o f   m o re   th a n   4 0   u n d e rg ra d u a te   st u d e n ts ,   a n d   h a g ra d u a ti n g   7   p o st g ra d u a te  stu d e n ts.   S h e   is   a   r e g istere d   g ra d u a te  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       S a vo n i u s   W in d   Tu r b in P erfo r ma n ce   o n   W in d   C o n ce n tr a to r   ( Dyg ku .   A s ma n is s a   A w g .   Osm a n )   383   e n g in e e w it h   th e   Bo a rd   o f   En g in e e rs  M a lay sia   (BEM ) a   G ra d u a te  M e m b e o f   In stit u ti o n   o En g in e e rs  M a la y sia   (IE M ) ,   a   m e m b e o In stit u ti o n   o f   En g in e e rin g   a n d   tec h n o l o g y   (IE T )   a n d   a lso   h a s a Ce rti f ied   En e rg y   m a n a g e Ce rti f i c a te .       No r   S h a h i d a   H a s a n   re c e iv e d   th e   Ba c h e lo D e g re e   (B. En g a n d   M a ste De g re e   (M . E. E)  i n   El e c tri c a En g in e e rin g   f ro m   Un iv e rsit y   T e k n o lo g M a lay sia   in   2 0 1 1   a n d   2 0 1 4 .   C u rre n tl y ,   sh e   is  a   f u ll - ti m e   P h D   Re se a rc h   stu d e n a Ce n tre o f   El e c tri c a En g in e e rin g   (CEE S ),   Un iv e rsiti   T e k n o lo g i   M a la y sia .   He re se a rc h   in tere st i in   re n e w a b le en e rg y           Ir   B a h a r r u d d in   I sha k   r e c e i v e d   h is  d ip lo m a   in   e lec tri c a p o w e f ro m   Un iv e rsiti   Tek n o lo g i   M a la y sia   in   1 9 9 4   a n d   o b tai n e d   h i Ba c h e lo o f   El e c tri c a En g in e e e rin g   (B. E n g f ro m   Un iv e rsit y   o f   W a le s,  Ca rd iff ,   Un it e d   Ki n g d o m   in   1 9 9 6 .   He   is  c u rre n tl y   w o rk i n g   a M a n a g e in   Distri b u ti o n   Div isio n   ( P r o tec ti o n   Un it a T e n a g a   Na sio n a b e rh a d   (T NB),  Jo h o r ,   M a lay sia .   He   h a a n   e x ten siv e   e x p e rien c e   in   v a rio u a re a in c lu d in g   d istri b u ti o n   p r o tec ti o n ,   o p e ra ti o n   a n d   m a in ten a n c e ,   c u sto m e se rv ice s ,   f a c il it y   d e sig n ,   c o n str u c ti o n ,   sc h e d u li n g   a n d   b u d g e ti n g ,   p re v e n ti v e   m a in ten a n c e   a n d   v a rio u s v a st p ro jec ts.       Ae d e   H a tib   M u sta ’a m a l@ J a m a h a v in g   h is  P h in   De sig n   a n d   T e c h n o lo g y ,   L o u g h b o ro u g h   Un iv e rsit y .   He   in v o lv e d   a   n u m b e o f   re se a rc h   stu d y   o n   c re a ti v it y   a n d   in n o v a ti o n   e sp e c ially   in   th e   c o n tex o f   T e c h n ica a n d   En g i n e e rin g   Ed u c a ti o n .   S in c e   h is  Ba c h e lo De g re e   is   in   M e c h a n ica En g in e e rin g ,   h e   a lso   in v o lv e d   a   f e w   re se a r c h   stu d y   w h ich   re late d   to   M e c h a n ica En g in e e rin g   a sp e c in   v a rio u s f ield   i n c lu d in g   El e c tri c a En g in e e rin g     M a r iy a ti  M a r z u k r e c e i v e d   h e Ba c h e lo d e g re e   in   m e c h a n ic a e n g in e e rin g   in   1 9 9 7   f ro m   Un iv e rsiti   Tek n o lo g M a la y sia .   Th e n ,   in   1 9 9 9 ,   sh e   o b tai n e d   h e m a ste d e g r e e   in   e d u c a ti o n   f ro m   sa m e   u n iv e rsiti   (UT M ).   S h e   is  w o rk in g   a a   lec tu re a P o li tek n ik   Ib ra h im   S u lt a n ,   Jo h o Ba ru ,   Jo h o r   sin c e   1 9 9 9   u n ti l   n o w .   He re se a rc h   in tere st i s m e c h a n ica l,   sp e c ialize d   in   m a teria su b jec ts.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.