LOGO Analisa Aliran Fluida Pada Turbin Udara Untuk Pneumatic Wave Energy Converter (WEC) Menggunakan Computational Fluid Dynamic (CFD) Dosen Pembimbing : 1. Beni Cahyono, ST, MT. 2. Sutopo Purwono F. ST, M.Eng, Ph.D Abdul Qodir Jalali (4211105008)
Contents 1. Pendahuluan 2. Batasan Masalah 3. Tujuan 4. Metodologi 5. Analisa Awal 6. Analisa Dan Pembahasan 7. Kesimpulan
Pendahuluan Turbin digunakan mengubah energi yang dimiliki aliran fluida (udara) yang dihasilkan oleh nozzle menjadi energi mekanik. Sehingga dilakukan analisa karakteristik aliran udara terhadap kinerja turbin berdasarakan pengaruh tekanan, kecepatan dan kapasitas aliran udara dengan menggunakan program CFD.
Batasan Masalah Turbin yang digunakan adalah jenis turbin curtis. Jumlah stage yaitu satu. Nozzle yang digunakan jenis konvergen. Dalam analisa dengan program ANSYS, turbin disimulasikan statis. Tekanan fluida (udara) yang digunakan sebesar 3 bar. www.themegallery.com
Tujuan Melakukan analisa karakteristik aliran udara pada sudu-sudu turbin Mengetahui unjuk kerja sistem turbin udara tipe curtis dengan fluida kerja udara.
Metodologi Mulai Identifikasi Dan Perumusan Masalah Studi Literatur Analisa Awal Buku Jurnal Tugas Akhir Internet Yes P turbin P generator, RPM turbin = 3600 No Pembuatan Model A B C
A B C Meshing Simulasi Model P turbin P generator, RPM turbin = 3600 Yes Pengumpulan Data No Analisa Data Dan Pembahasan Kesimpulan Selesai
Analisa Awal Meshing Simulasi
Analisa Awal Grafik Time on streamline vs tekanan Asumsi secara teoritis p 1 = 0,577 p o p1 = 101281 Pa Dimana, p1 : Tekanan udara keluar nozzle (Pa) po : Tekanan udara (Pa) Grafik Time on streamline vs kecepatan c1 = 298 m/s Dimana, c1 : Kecepatan udara keluar nozzle (m/s) www.themegallery.com
Grafik Time on streamline vs temperatur udara Energi tempat + Energi kecepatan + Energi tekanan + Energi Dalam = Konstan www.themegallery.com
Segitiga Kecepatan c1 u w1 c2 w2 = Kecepatan absolut, kecepatan udara yang keluar dari nozzle. = Kecepatan keliling blade = kecepatan relatif terhadap dinding laluan (blade) = Kecepatan absolut, kecepatan udara yang keluar dari sudu jalan. = kecepatan relatif terhadap dinding (blade) yang keluar dari sudu jalan (blade)
Penentuan u/c1 Koefisien kecepatan (φ) untuk nozzle konvergen sebagai fungsi tinggi nozzle. Koefisien kecepatan ψ untuk sudu gerak turbin impuls untuk berbagai panjang l dan profil sudu. www.themegallery.com
Penentuan u/c1 ηu ψ = Effisiensi turbin = Koefisien kecepatan udara melalui sudu gerak (blade) 0,800 Grafik u/c1 Vs ηu 0,750 ƞu 0,700 0,650 u/c1 Vs Efisiensi 0,600 0,25 0,35 0,45 0,55 0,65 u/c1
Ukuran-ukuran nozzle & sudu gerak
Ukuran-ukuran nozzle & sudu gerak
Model nozzle Model nozzle blade Potong sebagian
Grafik Time on streamline vs tekanan udara p1 = 102084 Pa
Grafik Time on streamline vs kecepatan udara c1 = 298 m/s
Grafik Time on streamline vs tekanan fluida Grafik Time on streamline vs kecepatan fluida
Data hasil simulasi Dimana, p1 : Tekanan udara keluar nozzle (Pa) po : Tekanan udara (Pa) w2: kecepatan relatif udara terhadap dinding (blade) yang keluar dari sudu jalan (blade) c1 : kecepatan udara keluar nozzle www.themegallery.com
Data hasil analisa Dimana, v1 : Volume spesifik udara keluar nozzle ρ1 : massa jenis udara keluar nozzle po : Tekanan udara (Pa) p1 : tekanan udara keluar nozzle w1: kecepatan relatif udara terhadap dinding (blade) yang masuk ke sudu jalan (blade) w2: kecepatan relatif udara terhadap dinding (blade) yang keluar dari sudu jalan (blade) c1 : kecepatan udara keluar nozzle u : kecepatan turbin
Data hasil analisa Dimana, P : Daya maksimum udara Pu : Daya turbin po : Tekanan udara (Pa) RPMu : RPM turbin w2t: kecepatan relatif udara terhadap dinding (blade) dengan koefisien secara teoritis (ψ = 0,87) G1 : massa alir udara T : Torsi turbin F : gaya turbin
Data hasil analisa Dimana, Ft : Gaya turbin teori (ψ = 0,87) Tt : Momen turbin teori (ψ = 0,87) RPMt : RPM turbin teori (ψ = 0,87) η : Efisiensi blade p1/po : Ratio tekanan udara keluar nozzle (p1) terhadap tekanan udara (po) Ψ : koefisien kecepatan blade Pt : Daya turbin teori (ψ = 0,87)
2,500 Tekanan vs Daya 2,000 Daya (kw) 1,500 1,000 0,500 Tekanan vs Daya (Pu) 0,000 Tekanan vs Daya (Put) 1,3 1,8 2,3 2,8 Tekanan (bar) 2,500 2,000 Massa Alir Vs Daya Daya (kw) 1,500 1,000 Massa Alir vs Daya (Pu) 0,500 Massa Alir Vs 0,000 Daya (Put) 0,0250 0,0350 0,0450 0,0550 Massa alir (kg/s)
Tekanan (po) vs effisiensi (η) effisiensi (η) 0,880 0,870 0,860 0,850 0,840 0,830 0,820 0,810 Tekanan vs η 1 1,5 2 2,5 3 ψ Tekanan (bar) w1 vs ψ 0,920 0,900 0,880 0,860 0,840 w1 vs ψ 0,820 0,800 0,780 0,760 80,00 130,00 180,00 w1 (m/s)
η 0,880 0,870 0,860 0,850 0,840 Massa alir vs η Massa alir vs η 0,830 0,820 0,810 0,0230 0,0280 0,0330 0,0380 0,0430 0,0480 0,0530 Massa alir (kg/s) Tekanan (bar) vs P1/Po P1/Po 0,800 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000 Po vs P1/Po 1 1,5 2 2,5 3 Tekanan (bar)
Tekanan (po) vs p1/po P1/Po 0,800 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000 Po vs P1/Po 1 1,5 2 2,5 3 Tekanan (bar) koefisien kecepatan (ψ) 0,920 0,900 0,880 0,860 0,840 0,820 0,800 0,780 0,760 RPM vs koefisien kecepatan (ψ) RPM vs koefisien kecepatan (ψ) 1800,00 2300,00 2800,00 3300,00 3800,00 RPM www.themegallery.com
Kesimpulan Karakteristik aliran udara Tekanan udara pada nozzle mengalami penurunan dan kecepatan udara meningkat. Sedangkan udara ketika melewati sudu-sudu tekanan relatif sama dan kecepatan udara menurun. Suhu udara baik pada inlet nozzle maupun saat keluar dari nozzle (pada outlet nozzle) relatif sama. Dari analisa grafik nilai ratio tekanan keluar nozzle/tekanan fluida udara (p 1 /p o ) terhadap tekanan fluida udara (p o ) dapat diketahui bahwa semakin tinggi nilai tekanan fluida (p o ) maka akan semakin rendah nilai ratio tekanan outlet nozzle/tekanan udara (p 1 /p o ). Dapat diketahui juga semakin tinggi derajat kenaikan ratio tekanan outlet nozzle/tekanan udara (p 1 /p o ) dengan berkurangnya nilai tekanan udara (p o ).
Kesimpulan Kinerja sistem turbin udara Dari hasil analisa didapatkan effisiensi maksimum pada turbin terdapat pada tekanan udara 1,4 bar yaitu sebesar 0,874 dan effisiensi minimum pada tekanan udara 3 bar yaitu sebesar 0,814. Didapatkan effisiensi rata-rata turbin yaitu 0,849 Daya maksimum yang dihasilkan turbin yaitu 1,897 kw dengan 3604,1 RPM. Nilai koefisien kecepatan pada sudu turbin (ψ) terbesar pada tekanan udara 1,4 bar yaitu sebesar 0,899 dan minimum pada tekanan udara 3 bar yaitu sebesar 0,733. www.themegallery.com
Kesimpulan Dari hasil analisa didapatkan koefisien kecepatan ratarata pada sudu turbin (ψ) yaitu sebesar 0,846. Dari grafik tekanan udara (p o ) terhadap effisiensi dapat disimpulkan berbanding terbalik, akan tetapi pada tekanan fluida 2,5 bar ke 2,4 bar nilai effisiensi turun dari 0,834 menjadi 0,832. Begitu juga untuk tekanan fluida pada tekanan 1,8 bar ke 1,7 bar nilai effisiensi turun dari 0,872 menjadi 0,869.
LOGO Abdul Qodir Jalali (4211105008)