analisa aliran fluida pada turbin udara untuk pneumatic...
TRANSCRIPT
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)