analisa aliran fluida pada turbin udara untuk pneumatic...

LOGO

Abdul Qodir Jalali (4211105008)

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

Contents

2. Batasan Masalah 3. Tujuan 4. Metodologi

5. Analisa Awal

6. Analisa Dan Pembahasan

1. Pendahuluan

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 Buku Jurnal Tugas Akhir Internet

Analisa Awal

P turbin ≥ P generator,

RPM turbin = 3600

Pembuatan Model

A

Yes

No

B C

A B C

Meshing

Simulasi Model

P turbin ≥ P generator,

RPM turbin = 3600

Pengumpulan Data

Analisa Data Dan Pembahasan

Kesimpulan

Selesai

Yes

No

Analisa Awal

Meshing

Simulasi

Analisa Awal

www.themegallery.com

Grafik Time on streamline vs tekanan

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)

Asumsi secara teoritis p1 = 0,577 po

www.themegallery.com

Grafik Time on streamline vs temperatur udara

Energi tempat + Energi kecepatan + Energi tekanan + Energi Dalam = Konstan

Analisa Dan Pembahasan

Segitiga Kecepatan c1 = Kecepatan absolut, kecepatan udara yang keluar dari nozzle. u = Kecepatan keliling blade w1 = kecepatan relatif terhadap dinding laluan (blade) c2 = Kecepatan absolut, kecepatan udara yang keluar dari sudu jalan. w2 = kecepatan relatif terhadap dinding (blade) yang keluar dari sudu jalan (blade)

Analisa Dan Pembahasan

Penentuan u/c1

www.themegallery.com

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.

Analisa Dan Pembahasan

Penentuan u/c1 ηu = Effisiensi turbin ψ = Koefisien kecepatan udara melalui sudu gerak (blade)

0,600

0,650

0,700

0,750

0,800

0,25 0,35 0,45 0,55 0,65

ƞu

u/c1

Grafik u/c1 Vs ηu

u/c1 Vs Efisiensi

Analisa Dan Pembahasan

Ukuran-ukuran nozzle & sudu gerak

Analisa Dan Pembahasan

Ukuran-ukuran nozzle & sudu gerak

Analisa Dan Pembahasan Model nozzle

Potong sebagian

Model nozzle blade

Analisa Dan Pembahasan

p1 = 102084 Pa

Grafik Time on streamline vs tekanan udara

Analisa Dan Pembahasan

c1 = 298 m/s

Grafik Time on streamline vs kecepatan udara

Analisa Dan Pembahasan Grafik Time on streamline vs tekanan fluida

Grafik Time on streamline vs kecepatan fluida

Analisa Dan Pembahasan

www.themegallery.com

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

Analisa Dan Pembahasan

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

Analisa Dan Pembahasan

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

Analisa Dan Pembahasan

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)

Analisa Dan Pembahasan

0,000

0,500

1,000

1,500

2,000

2,500

1,3 1,8 2,3 2,8

Day

a (k

W)

Tekanan (bar)

Tekanan vs Daya

Tekanan vs Daya (Pu)

Tekanan vs Daya (Put)

0,000

0,500

1,000

1,500

2,000

2,500

0,0250 0,0350 0,0450 0,0550

Day

a (k

W)

Massa alir (kg/s)

Massa Alir Vs Daya

Massa Alir vs Daya (Pu)

Massa Alir Vs Daya (Put)

Analisa Dan Pembahasan

0,810 0,820 0,830 0,840 0,850 0,860 0,870 0,880

1 1,5 2 2,5 3

effis

iens

i (η)

Tekanan (bar)

Tekanan (po) vs effisiensi (η)

Tekanan vs η

0,760 0,780 0,800 0,820 0,840 0,860 0,880 0,900 0,920

80,00 130,00 180,00

ψ

w1 (m/s)

w1 vs ψ

w1 vs ψ

Analisa Dan Pembahasan

0,810

0,820

0,830

0,840

0,850

0,860

0,870

0,880

0,0230 0,0280 0,0330 0,0380 0,0430 0,0480 0,0530

η

Massa alir (kg/s)

Massa alir vs η

Massa alir vs η

0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800

1 1,5 2 2,5 3

P1/P

o

Tekanan (bar)

Tekanan (bar) vs P1/Po

Po vs P1/Po

Analisa Dan Pembahasan

www.themegallery.com

0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800

1 1,5 2 2,5 3

P1/P

o

Tekanan (bar)

Tekanan (po) vs p1/po

Po vs P1/Po

0,760 0,780 0,800 0,820 0,840 0,860 0,880 0,900 0,920

1800,00 2300,00 2800,00 3300,00 3800,00 koef

isie

n ke

cepa

tan

(ψ)

RPM

RPM vs koefisien kecepatan (ψ)

RPM vs koefisien kecepatan (ψ)

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 (p1/po) terhadap tekanan fluida udara (po) dapat diketahui bahwa semakin tinggi nilai tekanan fluida (po) maka akan semakin rendah nilai ratio tekanan outlet nozzle/tekanan udara (p1/po). Dapat diketahui juga semakin tinggi derajat kenaikan ratio tekanan outlet nozzle/tekanan udara (p1/po) dengan berkurangnya nilai tekanan udara (po).

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 rata-rata pada sudu turbin (ψ) yaitu sebesar 0,846.

Dari grafik tekanan udara (po) 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)