ANALISIS PERFORMANSI TURBIN ARUS LAUT VERTIKAL AKSIS JENIS V-STRAIGHT DAN V-HELICAL TERHADAP PERUBAHAN DIMENSI BERBASIS COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS
ANALISIS PERFORMANSI TURBIN ARUS LAUT
VERTIKAL AKSIS JENIS V-STRAIGHT DAN V-HELICAL
TERHADAP PERUBAHAN DIMENSI BERBASIS
COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS
Dosen pembiming:
Dr. Ridho Hantoro, ST., MT.
Ir. Roekmono , MT.
Oleh:
I Kadek Yamuna Gangga Putra (2411100094)
Jurusan Teknik Fisika
Fakultas Teknologi Industri Latar Belakang
Kebutuhan listrik tinggi, perlu pembangkit dari energi terbarukan yang ramah
lingkungan, seperti turbin arus lautSebelum membuat turbin skala besar, perlu membuat model turbin, menggunakan
konsep keserupaan, model turbin harus“serupa” dengan turbin aslinya Perlu juga peningkatan performansi turbin berdasarkan geometri turbin!!
Biaya dan waktu yg Estimasi Target diperlukan dalam daya yang Bagaimana mengetahui pengaruh perubahan dimensi terhadap
1. Untuk mengetahui
performansi pada turbin arus laut
pengaruh perubahan
vertikal aksis jenis V-Straight dan
V-Helical?
dimensi terhadap performansi turbin arus laut vertikal aksis jenis V- Straight dan V-Helical.
2. Untuk mengetahui pengaruh performansi turbin arus laut vertikal aksis jenis V-Straight
Bagaimana mengetahui pengaruh dibandingkan dengan
performansi turbin arus lautturbin vertikal aksis jenis
vertikal aksis jenis V-Straight V-Helical. dibandingkan dengan turbin vertikal aksis jenis V-Helical?
V-STRAIGHT DAN V-HELICAL
Mulai Turbin tampak samping
A ≈ 4
Perhitungan Desain Turbin Sesuai Daya yang Diinginkan Total time dan time step simulasi
Analisis Non-Dimensional: Analisis Non-Dimensional :
Penentuan Parameter Validasi: transient 1. Menggunakan teori “phi-buckingham” . Bilangan non-dimensional yang mempengaruhi eserupaan model turbin arus laut (reynold number Simulasi CFD dan tip speed ratio)
a. Dengan menggunakan teori
a. Ukuran spasi meshing minimum sesuai “Pi-Buckingham”
pada berbagai
3. Ekstrapolasi data kecepatan angular pada
Perhitungan Desain Turbin: variasi variabel penelitian sebelumnya
didapatkan hubungan antar variable kemampuan PC
4. Prediksi RPM Pengambilan data berupa
b. Disimulasikan ukuran spasi meshing minimum
2
= , , , ,
Penentuan parameter validasi : Fx, Fy, Torsi
Dari rumus , didapatkan detail desain =
1. Kemampuan maksimum komputasi PC dan Profil
3
ini pada turbin penelitian sebelumnya
2. Ukuran spasi meshing minimum pada Aliran
= ,
2
3 penelitian sebelumnya
dimensi turbin :
3. Nilai torsi sebagai acuan validasi
c. Didapatkan nilai torsi yang akan dibandingkan
t ≈ 8 ( 0
b. Dari penelitian sebelumnya diekstrapolasi data
Analisis Data ≤ e ≤ 0.1)
- Diameter atas
≈ 4 meter dengan torsi eksperimen pada penelitian
Simulasi CFD :
RPM( ) pada kecepatan 0.5 - 2 m/s ( = 1 )
- Diameter bawah
1
1 Pembuatan Geometri Kesimpulan
≈ 3 meter sebelumnya untuk mencari nilai error sebagai
Meshing
1
1
2
2
10
c. Dengan menggunakan
Pre processing
- Chord = 1 meter
= , dimana acuan validasi (
Solver
0 ≤ ≤ 10%)
1
2 Penyusunan Post Processing
- Tinggi turbin = 8 meter
Laporan
dimensi turbin saat ini ( = 4 ) maka
2 Pengambilan
- Sudut V bagian bawah turbin diasumsikan 10
data berupa
d. Didapatkan prediksi RPM( ) turbin yang akan
2 Torsi untuk Selesai validasi
dibuat pada kecepatan 0.5 Tid ak – 2 m/s.
Verifikasi Hasil error Torsi ( 0 ≤ e ≤ 0.1) Ya
≈ 3
Inlet
v-straight skema v-helical tiap segmen v-helical v-helical cylinder sub domain box domain meshing
Pre processing
wall wall Opening Mulai A
Perhitungan Desain Turbin Sesuai Daya yang Diinginkan Total time dan time step simulasi
Analisis Non-Dimensional : Simulasi Selanjutnya (Transient): transient 1.
Menggunakan teori “phi-buckingham” . Bilangan non-dimensional yang mempengaruhi eserupaan model turbin arus laut (reynold number
Verifikasi Hasil: Simulasi CFD dan tip speed ratio)
a. Penentuan nilai total time (waktu untuk 1
pada berbagai
3. Ekstrapolasi data kecepatan angular pada variasi variabel penelitian sebelumnya
putaran penuh) dan time step (waktu untuk
4. Prediksi RPM Pengambilan
a. Setelah pengambilan data torsi dari hasil
data berupa
berputar sebesar sudut azimuth yang
Penentuan parameter validasi : Fx, Fy, Torsi
simulasi, digunakan untuk mencari nilai error
1. Kemampuan maksimum komputasi PC dan Profil
diinginkan)
2. Ukuran spasi meshing minimum pada Aliran
b. Jika nilai error (
penelitian sebelumnya
≥ 10%) , maka kembali ke
3. Nilai torsi sebagai acuan validasi
b. Disimulasikan pada berbagai variasi variable
( 0 Analisis Data ≤ e ≤ 0.1)
tahap simulasi CFD dengan mengubah ukuran yang sudah ditentukan
Simulasi CFD :
spasi meshing
Pembuatan Geometri Kesimpulan
c. Pengambilan data hasil simulasi CFD berupa
Meshing
c. Jika nilai error ( ≤ 10%), maka ukuran spasi
Pre processing
gaya Fx, Fy, Torsi, kontur tekanan, kontur
Solver Penyusunan
meshing dan metode yang digunakan akan
Post Processing Laporan
kecepatan dijadikan acuan untuk simulasi selanjutnya
Pengambilan data berupa Torsi untuk Selesai validasi Tid ak Verifikasi Hasil error Torsi ( 0 ≤ e ≤ 0.1) Ya Variasi Perbesaran Dimensi
Hasil dan Pembahasan Dimensi 4 kecepatan Hasil Proyeksi
Hasil ekstrapolasi kecepatan (m/s) eror (%) sudut (RPM) Prediksi Kecepatan (RPM) Kecepatan (m/s) Sudut (RPM)
0.67
38.18 40.98 7.3448773 0.5 3.809643281
80.00
0.72
43.79
1 42.28 5.158892355 3.448736716 1.5 6.50814143
70.00 0.806
47.09 44.51 5.482906056 2 7.857390504
0.98
47.89 49.02 2.352314038 Dimensi 3
60.00 )
Prediksi Kecepatan
1.15
53.26 53.42 0.302863169 RPM
50.00 Kecepatan (m/s) Sudut (RPM) (
2
75.45 0.5 5.079524375
40.00 Rata-rata Eror 3.786339456 Rotasi
1 6.87852314 1.5 8.677521906
30.00 2 10.47652067
Dimensi 2 Kecepatan
20.00 Prediksi Kecepatan Kecepatan (m/s) Sudut (RPM)
10.00 0.5 7.619286562
0.00 1 10.31778471
0.5
1
1.5
2
2.5 1.5 13.01628286
Kecepatan Arus Laut (m/s) 2 15.71478101
Dimensi 1 Hasil proyeksi Hasil Eksperimen
Prediksi Kecepatan Kecepatan (m/s) Sudut (RPM) 0.5 15.23857312 1 20.63556942 1.5 26.03256572 2 31.42956202 Validasi
Ukuran spasi meshing minimum
V-STRAIGHT
Gaya pada masing
- – masing blade dan shaft turbin V-Straight
=
1
2
2
=
1
2
2 , , ~ variasi kecepatan aliran Gaya tiap dimensi turbin dengan variasi kecepatan
=
1
2
2
=
1
2
2 , ~ ~ . ( . ) =
,
V-HELICAL
Gaya pada masing
- – masing blade dan shaft turbin V-Helical
=
1
2
2
=
1
2
2 , , ~ variasi kecepatan aliran Gaya tiap dimensi turbin dengan variasi kecepatan
=
1
2
2
=
1
2
2 , ~ ~ . ( . ) =
, Pembahasan
Pengaruh Kecepatan Aliran Fluida Terhadap Performansi Turbin
Dengan Variasi Perbesaran Dimensi2
1
; = . ~
2
1
1
2 Daya tiap kecepatan dengan variasi dimensi turbin (a) Daya pada V-Straight (b) Daya pada V-Helical
= ; ~ Pembahasan Pengaruh Perbesaran Dimensi Terhadap Performansi Turbin Dengan Variasi Kecepatan Aliran Fluida
1
2
1
; = . ~
2
1
1
2 Daya tiap dimensi turbin dengan variasi kecepatan aliran fluida (a) Daya pada V-Straight (b) Daya pada V-Helical
= ; ~ ~ Diagram Performansi Turbin V-Straight
Diagram Performansi Turbin V-Helical
V-STRAIGHT vs V-HELICAL
Torsi V-Helical lebih stabil dibandingkan Torsi V-Straight Namun nilai rata
- – rata Torsi V-Straight 111028 Nm, lebih besar dibandingkan Torsi V-Helical 88585 Nm
1. Pada berbagai variasi dimensi turbin, kecepatan aliran fluida berbanding lurus
dengan kecepatan sudut turbin (RPM), lalu gaya Fx, Fy dan torsi sebanding
dengan kuadrat kecepatan, lalu daya turbin sebanding dengan pangkat tiga
kecepatan aliran fluida.
2. Pada berbagai variasi kecepatan aliran fluida, dimensi turbin berbanding
terbalik dengan kecepatan sudut turbin (RPM), lalu gaya Fx, Fy dan daya turbin
sebanding dengan kuadrat perbesaran dimensi, lalu torsi sebanding dengan
pangkat tiga perbesaran dimensi.
3. Turbin tipe V-Helical menghasilkan torsi yang lebih stabil dibandingkan
dengan turbin tipe V-Straight, namun nilai rata-rata torsi pada turbin V-Straight
yang besarnya 111028 Nm lebih tinggi dibandingkan dengan torsi rata- – rata turbin V-Helical yang besarnya hanya 88585 Nm
V-STRAIGHT
Pressure Velocity
V-HELICAL
Pressure Velocity
DAFTAR PUSTAKA
THANK YOU
o F merupakan gaya tangensial yang bekerja tegak
T
lurus dengan lintasan rotasi. Gaya F ini menyebabkan
T
torsi yang akan memutar turbin sehingga dapat menghasilkan energi mekanik. o
F merupakan gaya normal yang dapat menyebabkan
N fibrasi pada turbin.
Koefisien gaya normal Koefisien gaya tangensial
= sin + − cos( + ) = sin + − cos( + )
2
2
0,5. . = − 0,5. . =
Beberapa parameter yang dapat digunakan untuk menentukan performansi turbin:
Torsi yang dihasilkan turbin : = ×
Daya yang diekstrak turbin : = ×
AERODINAMIKA BLADE
Nilai Cl dan Cd akan berubah sesuai dengan sudut serang. Sampai pada kondisi tertentu dimana nilai Cl turun dan Cd naik secara drastis. Kondisi ini disebut sebagai STALL
Separasi aliran
10 ≈ 8 ≈ 6 t
≈ 16
10 ≈ 4 ≈ 3 t
≈ 8