studi numerik turbin darrieus savonius untuk...
TRANSCRIPT
STUDI NUMERIK TURBIN DARRIEUS SAVONIUS UNTUK
KONVERSI ENERGI ARUS LAUT KECEPATAN RENDAH
DENGAN MENGGUNAKAN SIMULASI CFD
Oleh
ERIFIVE PRANATAL
4114204009
TEKNIK SISTEM DAN PENGENDALIAN KELAUTAN
PROGRAM PASCASARJANA TEKNOLOGI KELAUTAN
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
LATAR BELAKANG
PULAU KECIL
YANG BELUM
DILAYANI PLN
PULAU GILIYANG,
MADURA
ENERGI
TERBARUKAN
ARUS LAUT
PERMUKAAN
TURBIN AIR
KECEPATAN RATA-RATA ARUS LAUT
TAHUN 2014-2015
0,269 M/S
TURBIN YANG
BAIK
+ TURBIN KOMBINASI
DARRIEUS-SAVONIUS=
MODEL A MODEL B
RUMUSAN MASALAH
BAGAIMANA KINERJA TURBIN DARRIEUS-SAVONIUS
BERAPA KOEFISIEN TORSI DAN KOEFISIEN DAYA-NYA
BERAPA SUDUT PITCH OPTIMUM PROFIL NACA
TUJUAN PENELITIAN
UNTUK MENGETAHUI KINERJA TURBIN DARRIEUS-
SAVONIUS
UNTUK MENGETAHUI KOEFISIEN TORSI, KOEFISIEN
DAYA, DAN SUDUT PITCH OPTIMUM PROFIL NACA.
UNTUK MENGETAHUI POTENSI ENERGI LISTRIK DARI
ARUS LAUT DI PERAIRAN PULAU GILIYANG,
MADURA
BATASAN MASALAH
SIMULASI COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS
DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSYS FLUENT
SIMULASI TURBIN DALAM BENTUK DUA DIMENSI
DAN UNSTEADY STATE/TRANSIENT
UKURAN TURBIN DAN PROFIL NACA 0018
KECEPATAN ARUS DIPERAOLEH DI PERAIRAN
SEBELAH BARAT PULAU GILIYANG, MADURA DARI
TAHUN 2014-2015
KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI
Rumus utama yang digunakan
𝜆 =𝜔 𝐷
2𝑈(1)
𝐶𝑚 =𝑇
1
2𝜌𝐴𝑠𝐷𝑈
2(2)
𝐶𝑝 =𝑃
1
2𝜌𝐴𝑠𝑈
3(3)
METODOLOGI PENELITIAN
DATA TURBIN DAN KEC
ARUS LAUT
MODEL 2D
SIMULASI CFD
• MODEL A
• MODEL B
• VARIASI SUDUT PITCH
• TURBIN SAVONIUS
• MODEL TURBULEN
• MESHING DAN GRID INDEPENDENCE
• UKURAN DAN JUMLAH TIME STEP
• JUMLAH MAKSIMUM ITERASI
• KRITERIA KONVERGENSI
ANALISA, PEMBAHASAN
DAN KESIMPULAN
HASIL DAN PEMBAHASAN
UKURAN TURBIN
MODEL A MODEL B
UKURAN DOMAIN DAN BOUNDARY CONDITION
Boundar
y
conditio
n
Definisi
Inlet Kecepatan aliran yang
masuk ke dalam
boundary.
Outlet Static pressure = 0 Pa
Wall Symmetry
Turbin No slip condition
Wall motion:
Moving Wall
Motion: Rotational
PROSES MESHING
TRIANGLES MESH
INFLATION LAYER
MODEL TURBULENSI
SST (SHEAR STRESS TRANSPORT) K-OMEGA UNTUK
MENANGKAP FENOMENA FISIK PADA BOUNDARI LAYER
DENGAN KRITERIA PADA SIMULASI TURBIN: Y+ < 5.
TINGGI FIRST LAYER = 9.10-5 M UNTUK MENDAPATKAN
Y+ =4,39
KRITERIA KONVERGENSI: 10-4
GRID INDEPENDEN
Refinem
ent
Level
No. of
nodes
No. of
element
Torsi
(Nm)
Perubahan
Koef. Torsi
(%)
< 3%
1 203806 331234 17,071 -
2 225652 374328 24,507 30,342
3 262336 447110 27,172 9,808
4 307500 536916 26,416 -2,862
5 327068 575829 27,987 5,613
0.075
0.1080.120 0.117
0.124
0.000
0.020
0.040
0.060
0.080
0.100
0.120
0.140
1 2 3 4 5
TO
RQ
UE C
OEFF
REFINEMENT LEVEL
MENENTUKAN UKURAN TIME STEP
𝐶𝑜𝑢𝑟𝑎𝑛𝑡 𝑁𝑢𝑚𝑏𝑒𝑟 =𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 𝐹𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 × 𝑇𝑖𝑚𝑒 𝑆𝑡𝑒𝑝
𝑈𝑘𝑢𝑟𝑎𝑛 𝑚𝑒𝑠ℎ 𝑡𝑒𝑟𝑘𝑒𝑐𝑖𝑙COURANT NUMBER: 2 SAMPAI 10. Mesh terkecil = 9.35x10-03 m
No Ukuran
time
step (s)
Total
waktu
(s)
ω
(rad/s
ec)
Jumlah
time step/7
putaran
turbin (n)
Torsi
(Nm)
Perubahan
koefisien
torsi (%)
< 3%
C. N
1 0,09
68,092 0,646
757 21,666 - 2.590
2 0,08 852 18,187 -19,129 2.302
3 0,07 973 16,99 -7,045 2.014
4 0,06 1135 16,88 -0,652 1.727
5 0,05 1362 19,329 12,670 1.439
6 0,04 1703 22,968 15,844 1.151
0.0000
0.0200
0.0400
0.0600
0.0800
0.1000
0.1200
0 2 4 6 8
KO
EFIS
IEN
TO
RSI
TIME STEP SIZE LEVEL
MENENTUKAN JUMLAH MAKSIMUM ITERASI
No Ukuran
time
step (s)
Jumlah
maskimum
iterasi (n)
Torsi
(Nm)
Perubahan
nilai koefisien
torsi (%)
< 1%
1 0,07 40 16,806 -
2 50 16,857 0,303
3 60 16,990 0,783
4 70 17,071 0,474
0.0742
0.0744
0.0750
0.0754
0.0735
0.0740
0.0745
0.0750
0.0755
1 2 3 4
CO
EFF.
TO
RQ
UE
MAX. NUMBER ITERATION LEVEL
KOEFISIEN TORSI, KOEFISIEN DAYA VS TSR TURBIN
MODEL A, B, EXP KAPRAWI 2014, TURBIN SAVONIUS
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
0 0.5 1 1.5 2 2.5
TO
RQ
UE C
OEFF.
TIP SPEED RATIO
Model B
Savonius Turbine
Exp Kaprawi,2014Model A
0.000
0.050
0.100
0.150
0.200
0.250
0.300
0 0.5 1 1.5 2 2.5
PO
WER
CO
EFF.
TIP SPEED RATIO
Model B
Savonius Turbine
Exp Kaprawi, 2014
Model A
EFEK SUDUT PITCH TERHADAP CM DAN CP
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0 0.5 1 1.5 2 2.5Torq
ue C
oeff
.
Tip Speed ratio
8º 6º 2º 0º -2º -6º
-0.200
-0.100
0.000
0.100
0.200
0.300
0 0.5 1 1.5 2 2.5Pow
er
Coeff
.
Tip speed ratio
8º 6º 2º 0º -2º -6º
8 0 -6
POTENSI ENERGI LISTRIK DARI ARUS LAUT
PERAIRAN PULAU GILIYANG, MADURA TAHUN 2015
14.862
2.829
1.2990.000
8.823
22.627
9.261
29.726
32.368
17.836
10.662
4.074
0.000
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
DA
YA
(W
AT
T)
BULAN KE-
Bulan
ke
Kec
arus
(m/s)
Optimu
m TSR
ω
(rad/s)1 2 3 4
1 0.379
1.6
0.606
2 0.172 0.275
3 0.132 0.211
4 0.086 0.138
5 0.252 0.404
6 0.331 0.529
7 0.389 0.622
8 0.393 0.628
9 0.404 0.647
10 0.323 0.516
11 0.156 0.249
12 0.173 0.277
KESIMPULAN DAN SARAN
KESIMPULAN
TURBIN MODEL B LEBIH BAIK DARI MODEL A
TURBIN KOMBINASI DARRIEUS-SAVONIUS MEMILIKI PERFORMA 34 %
LEBIH BAIK DARI TURBIN SAVONIUS
SUDUT PITCH OPTIMUM PROFIL NACA ADALAH 8
POTENSI ENERGI LISTRIK DI PERAIRAN PULAU GILIYANG SEBESAR
154.367 WATT/TAHUN (SATU TURBIN)
SARAN
MENGGUNAKAN MODEL TURBULEN YANG LAIN SEPERTI k-ε
Realizable
OPTIMASI PENGGUNAAN PROFIL NACA YANG LAIN
TERIMAKASIH