BAB IV ANALISA DATA. Kecepatan arus ( m/s) 0,6 1,2 1,6 1,8. Data kecepatan arus pada musim Barat di Bulan Desember dapt dilihat dari tabel di bawah.

Transkripsi

1 BAB IV ANALISA DATA 4.1 Umum Pada bab ini menguraikan langkah-langkah dalam pengolahan data-data yang telah didapatkan sebelumnya. Data yang didapatkan, mewakili keseluruhan data sistem yang digunakan dalam permodelan. Oleh karena itu ada beberapa data yang didapatkan dengan cara pendekatan dengan menggunakan perhitungan sesuai dengan karakteristik peralatan. Sistem model turbin yang bekerja didapatkan dan ditentukan mengacu pada desain yang sudah ada dengan perbandingan skala. Data dari simulasi yang dibutuhkan untuk menganalisa penggunaan system dari turbin ini adalah kecepatan aliran fluida, tekanan, dan gaya yang ada. 4.2 Karakteoristik arus di daerah Selat Bali Kecepatan arus di daerah Selat Bali ini sangat bervariasi. Berdasarkan data arus dari buku Tugas Akhir tahun 1995 dapat dilihat bahwa kecepatan arus pada lokasi yang berbeda sangat bervariasi, ini tergantung dari keadaan pada musim angin Timur atau musim angin Barat yang mana pengukuran kecepatan arus laut dilakukan pada kedalamn 5 m dari permukaan. Data kecepatan arus pada musim angin Timur di Bulan Juli seperti pada tabel di bawah. Lokasi Kecepatan arus ( m/s) 0,6 1,2 1,6 1,8 Data kecepatan arus pada musim Barat di Bulan Desember dapt dilihat dari tabel di bawah. 39

2 40 Lokasi Kecepatan arus ( m/s) 0,9 2,1 2,9 4,2 Data diatas merupakan hasil pengukuran kecepatan arus di daerah selat Bali. Daerah yang dipilih adalah daerah yang memiliki harga kecepatan arus yang terbesar pada musim tertentu, karena besarnya kecepatan arus laut linier dengan daya turbin yang dihasilkan, yaitu semakin besar kecepatanarus laut, semakin besar juga daya yang dihasilkan oleh turbin. Dari tabel diatas ditunjukkan bahwa kecepatan arus laut terbesar pada daerah watudodol, pada musim barat. Sehingga daerah watudodol dijadikan lokasi instalasi dengan perincian sebagai berikut ; - Kecepan aliran : 4,2 m/s - Kedalaman : + 80 m - Lebar Selat : 1,5 Km - Kondisi Musim : Musim Barat 4.3. Parameter Desain Kincir Angin dan Pengaruhnya Dalam Tugas Akhir ini untuk desain kincir angin H- Darrieus saya mengacu pada eksperimen kincir angin darrieus yang sudah ada dengan memperkecil dalam bentuk model untuk mempermudah dalam menganalisanya. Model diambil dari percobaan yang dilakukan oleh Delhousie University. Perencanaan desain yang dibuat, yaitu menggunakan tipe blade NACA 0015 dengan ukuran sebagai berikut : Blade Chord 0,1 m Diameter Kincir 1 m Panjang Blade 1 m Jumlah Blade 4 Daftar Pustaka 4.1

3 41 Berdasarkan teori di Bab sebelumnya, maka secara ringkas dapat dituliskan beberapa parameter yang sangat penting dalam perencanaan blade (foil) pada rotor, yaitu: 1. Kecepatan arus rata-rata 2. Tip speed ratio (λ) 3. Penampang airfoil, dari airfoil ini parameter yang mempengaruhi unjuk kerjanya adalah - Gaya lift dan drag - Kekasaran permukaan. 4. Geometri sudu dan hal ini meliputi - Distribusi chord sepanjang sudu - Distribusi ketebalan sudu 5. Jumlah sudu 6. Solidity sudu Kecepatan arus rata-rata Kecepatan arus rata-rata penting artinya dalam perencanaan suatu kincir arus karena dengan ini akan dapat diestimasikan batas perencanaan dan daya keluaran rata-rata yang hendak dihasilkan. Disamping itu perlu diketahui karakteoristik arus yang mengalir, distribusi kecepatan arus sepanjang tahun serta kandungan yang dibawa oleh arus tersebut. Tip Speed Ratio Harga dari tip speed ratio juga akan menentukan karakteoristik keluaran dari daya dari kincir arus. Hal ini dapat dilihat dengan keluran daya yang sama, kincir arus yang mempunyai tsr yang besar akan menghasilkan torsi kecil sedangkan kincir arus dengan tsr yang kecil akan menghasilkan torsi yang besar. Dengan demikian dalam pemanfaatan energy yang dihasilkan oleh kincir arus, jenis beban yang hendak diberikan harus disesuaikan dengan karakteoristik keluaran ini agar mencapai hasil yang maksimal.

4 42 Airfoil Perbandingan lift dan drag airfoil akan menentukan kualitas unjuk kerja yang dimiliki turbin. Kekasaran permukaan dari suatu air foil punya pengaruh secara aerodinamis. Naiknya angka kekasaran sudu ini disebabkan zat korosif ataupun abrasive yang terbawa arus. Pengaruh terjadinya kenaikan kekasaran ini akan diikuti dengan menurunnya unjuk kerja blade/sudu. Geometri sudu Distribusi chord sepanjang sudu, secara idealnya akan berbentuk hiperbolik tetapi dengan bentuk ideal ini akan mengalami kesulitan dalam pembuatannya sehingga dicari bentuk yang sederhana yaitu trapezium dan rectangular. Sedang distribusi ketebalan sudu akan memberikan pengaruh jika sudu ini semakin tebal, maka beratnya pun akan bertambah. Hal ini menyebabkan kerugian daya, tapi ketebalan sudu ini juga diperlukan untuk memperkuat struktur beban bengkok dan punter. Sedangkan untuk mengatasi hambatan kerugian akibat berat yang berlebihan dan beban yang diteorima dapat dipilih mateorial yang ringan tetapi kuat. Blade/sudu Ada beberapa pertimbangan yang perlu diketahui dalam penentuan jumlah sudu Rotor dengan jumlah sudu kurang atau sama dengan dua: Keuntungan: Beban tower kecil Dapat bekerja pada putaran tinggi System transmisi kecil Biaya pembuatan rendah Kerugian Beban tiap sudu besar

5 43 Start awal sukar Torsi awal yang dimiliki kecil Torsi yang dihasilkan kecil Dengan putaran tinggi sudu lebih mudah terabrasi. Solidity Solidity didefinisikan sebagai perbandingan luas sudu dengan luas lintasan sudu. Dengan solidity yang semakin tinggi akan menyebabkan luasan sudu atau sudu rotor bertambah sehingga torsi yang dihasilkan akan besar sehingga untuk keluaran daya tertentu putarannya akan kecil atau akan mengurangi harga tsr. 4.4.Analisa Perhitungan Pehitungan yang dipakai antara lain: Daya (P) yang timbul akibat Gaya tangensial pada rotor ini mempunyai jarak (lengan) tertentu pada sumbu putar (poros) dan hasil kali kedua besaran ini seringkali disebut dengan torsi (T ). Jika kemudian rotor ini berputar dengan kecepatan tertentu pula ( w ). P = T. w Dimana : T = Torsi (Nm) w = Kecepatan angular (rpm) P = Daya (Watt) Besarnya tenaga kuda yang dihasilkan oleh sebuah turbin dapat dinyatakan sebagai berikut : T = 9, P / n (Nm) 1, P = T. n /9, (watt) 2, dimana, P = Daya output effektif, Hp 9, = Konstanta, T = Torsi, Nm n = Putaran, rpm

6 44 Putaran Turbin. Putaran ini juga menjadi putaran generator yang direncanakan. Ditentukan dengan persamaan : Ng = 60. f / P (rpm),... (10) dimana, f = Frekuensi generator P = Jumlah kutub generator, Jadi, N = = 75 rpm 4.5 Langkah-langkah pengujian model Pertama kali kita harus menggambar terlebih dahulu benda yang akan kita modelkan. Untuk itu ada beberapa tahap yang harus dilalui, tahap-tahap itu harus benar untuk mencapai hasil yang maksimal Tahap desain permodelan Auto Cad lampu indikator tempat instalasi peralatan poros Foil turbin Gambar. 4.1 model instalasi desain turbin

7 45 Gambar. 4.2 model desain foil Dari gambar diatas untuk sudut pemasangan blade tetap (fix), diputar 30 o kearah sumbu poros dari titik lift dan drag force untuk mendapatkan daya dan torsi yang cukup besar, seperti pada gambar dibawah. Gambar, 4.3 gambar foil Disini kita akan mendesain gambar pada software Auto Cad yang kemudian dilanjutkan ke software CFD.

8 Tahap desain permodelan CFD Gambar 4.4 Gambar pada Icem CFD Disini kita akan mendesain gambar yang akan kita simulasikan seperti gambar pada 4.1. Kita akan menggambarnya di software Icem CFD yang telah terinstal bersamaan dengan software Ansys Icem CFD. Proses menggambar desain ini menggunakan titik-titik koordinat untuk setiap peralatan. Sehingga kita butuh ketelitian untuk memasukkan titik-titik dari setiap koordinat peralatannya.

9 Tahap meshing Gambar 4.5 gambar pemberian meshing Di tahap ini gambar kita akan kita meshing dengan tujuan untuk memecah lebih kecil setiap bagian dari peralatan yang kita modelkan dengan tujuan untuk reportnya lebih akurat seperti yang diperlihatkan pada gambar 4.2. Sehingga alirannya akan terlihat perbedaan pada tiap bagiannya. Jadi semakin kecil meshing kita semakin baik Langkah Pengujian Model dengan Metode CFD Gambar model foil/blade yang telah dibuat dan dimeshing dengan menggunakan software ICEM, selanjutnya model akan dianalisa dengan menggunakan softrwere CFX. Adapun langkah langkah pengujian model dengan menggunakan software CFX dalam kaitannya dengan mencari torsi dan distribusi aliran air pada turbin adalah sebagai berikut :

10 48 1. Buka program CFD 2. Klik menu Pre pada CFD 3. Klik menu file pada taskbar kemudian kita pilih new simulation kemudian pilih general. 4. Klik menu file kemudian pilih import mesh. Pada file type, kita ganti dengan file model yang akan dianalisa. Pada menu import mesh juga terdapat menu mesh unit, untuk menentukan satuan dari file mesh yang telah ada sesuai kondisi yang diinginkan lalu klik open. File type Mesh unit Gambar 4.6 Menu import mesh 5. Kita buat domain dari model yang akan diuji dengan cara meng-klik tool domain pada toolbar kemudian kita isi parameter parameter dan kondisi kondisi yang diinginkan. Domain Gambar 4.7 Tampilan Pre pada CFD 6. Membuat kondisi boundary dari komponen sistem model yang telah buat antara lain input, output, wall dan object yang akan diuji dengan cara klik tool create a boundary condition pada toolbar, kemudian kita isi parameter parameter yang ada sesuai dengan kondisi yang diharapkan pada setiap boundary pada detail of boundary, kemudian di applay.

11 49 (contoh parameter dan kondisi pada boundary inlet) a b c d Gambar 4.8 Detail boundary

12 50 7. Pada Outline, klik menu simulation type kemudian pada menu option pilih steady state. 8. Untuk mengatur setting pada Solver, klik solver pada outline. Ada 3 komponen yang harus disetting: Solution unit digunakan untuk men-setting satuan satuan besaran dari hasil output. Solver control digunakan untuk mengatur proses solver, salah satu menu yang penting adalah iterasi. Setting iterasi dapat dilakukan dengan cara manual yaitu dengan menentukan jumlah iterasi sesuai yang diinginkan dan secara otomatis sampai didapat hasil yang konvergen. Output solver digunakan untuk mengatur output dari model yang akan diuji Gambar 4.9 Tampilan menu Solver pada CFD 9. Setelah setting telah dilakukan, langkah selanjutnya adalah menyimpan file model ke dalam bentuk type file *def dengan cara klik write solver file pada toolbar.

13 51 Gambar 4.10 Tampilan write solver file pada menu CFX solver 10. Klik start run, setelah proses running selesai maka secara otomatis hasilnya akan tampak pada solver manager. Gambar 4.11 Tampilan solver manager 11. Selanjutnya hasil dari proses running dapat diilihat pada CFX-Post. Terdapat menu menu pada toolbar untuk melihat visualisasi hasil output dari proses running, yang antara lain Countour

14 52 Vector Streamline Particle track 12. Untuk mengetahui besarnya Torsi, klik tool pada taskbar kemudian pilih function calculator lalu isi parameter function pilih torque. Pada parameter location pilih object yang dianalisa dalam hal ini foil turbin. Gambar 4.12 Tampilan menu function calculator Berikut ini adalah visualisasi dari hasil running model foil turbin pada kecepatan arus aliran air, yaitu 4,2 m/s Analisa hasil dari iterasi model Setelah simulasi kita akan mendapatkan beberapa hasil berupa gambar kontur dan juga garis yang merupakan perwujudan dari hasil yang ingin kita peroleh

15 53 Langkah Post-Processor akan menampilkan hasil perhitungan yang telah dilakukan pada tahap Solver Manage, hasil perhitungan dapat dilihat berupa data numerik dan data visuali drage aliran fluida pada model. Data numerik yang diambil adalah data nilai variable sifat fluida, data sifat fluida yang dapat di ambil adalah sebagai berikut : 1. Bentuk contour VELOCITY 3D. 2. Bentuk contour PRESSURE 3D. Contoh hasil gambar contour pressure yang ditunjukkan dari hasil Post-Processor terlihat seperti di bawah ini : Contour aliran fluida cair dan tekanannya. Gambar 4.13 Gambar contour aliran fluida

16 54 Gambar 4.14 Gambar contour tekanan Gambar 4.15 Gambar contour aliran fluida tampak atas Untuk mencari data-data yang diinginkkan dalam hal ini adalah torsi, kita dapat mencarinya langsung pada Solver Manage,

17 4.6 Validasi dan Perhitungan Perhitungan daya pada model Untuk menentukan daya yang dihasilkan dari pada software CFD, rumus yang dipakai adalah ; P = T total. n /9, (watt) T total = T 1 + T 2 + T 3 + T 4 + T 5 / 5 55 T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 = Jumlah torsi variasi sudut awal = 246, Nm = Jumlah torsi variasi sudut kedua = 6961,98 Nm = Jumlah torsi variasi sudut ketiga = 6121,8625 Nm = Jumlah torsi variasi sudut keempat = 5305,7205 Nm = Jumlah torsi variasi sudut kelima = 6768,94 Nm P = 5081, / 9, = 391,2515,331 watt.

18 56 Halaman ini sengaja dikosongkan