analisa pengaruh perubahan pitch dan chord terhadap...

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)

1

Abstrak— Tidal Energi merupakan salah satu

energi alternatif yang ramah lingkungan. Banyak tidal

energy konverter telah ditemukan dan dikembangkan

dimana Gorlov turbine merupakan salah satunya. Gorlov

turbine yang merupakan evolusi dari turbin Darrieus yang

ditemukan oleh Alexander Gorlov, banyak eksperimen telah

dilakukan mengenai turbin ini oleh banyak pihak untuk

mengetahui kinerjanya. Pada penulisan tugas akhir ini akan

membahas tentang analisa terhadap efisiensi Gorlov

Turbine terhadap perubahan chord dari 7 inch berdasarkan

eksperimen Gorlov dan dirubah menjadi 10 inch

berdasarkan kecepatan aliran yang semula 1.5 m/s dirubah

menjadi 2m/s, dengan variasi pitch 88.380, 87.58

0, dan

86.770 pada kedalaman sekitar 8m di bawah permukaan

laut. Analisa menggunakan metode Computational Fluids

Dynamics (CFD).

Kata Kunci— Efisiensi, Pitch, Diameter, Gorlov Turbine, CFD.

I. PENDAHULUAN

emakin berkembangnya zaman kebutuhan energy akan

semakin menigkat. Saat ini energi fosil (bensin, solar,

minyak tanah dsb) merupakan bentuk energy yang paling

banyak konsumsi terbesar dari sumber – sumber energy lain

yang ada. Tetapi fosil energy termasuk sumber daya alam yang

tidak dapat diperbaharui dimana pembentukannya dibutuhkan

waktu puluhan bahkan ratusan tahun untuk pembetukannya.

Sekarang ini banyak sumber energi alternatif

ditemukan, diteliti dan dikembangkan guna mengurangi

konsumsi energi fosil yang sudah menipis diantaranya adalah

sebagai berikut : biofuel, panas bumi (geothermal energy),

energi ombak (wave energy) dan energi tidal (tidal energy).

Indonesia merupakan negara kepulauan yang

sebagian besar wilayahnya adalah air, dimana memiliki potensi

dalam mengembangkan tidal energy dan wave energy

.Pengkonversian kedua energi ini dapat dilakukan dengan

beberapa alat seperti ; bandul, turbin, piston dll. Pada

penulisan ini akan membahas tidal energi dimana dalam

konversi energinya menggunakan gorlov turbine. Pemilihan

gorlov turbine sebagai bahan penulisan dikarenakan gorlov

turbine memiiki efisiensi yang tinggi sebesar 35% menurut

Gorlov 1998 dalam eksperimennya.

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian umum tentang energi tidal

Energi tidal merupakan energy yang dihasilkan dari

pasang surutnya air laut (tides) dan dikonvensi menjadi energy

listrik. Arus laut terjadi karena pengaruh gravitasi dari bulan

dan matahari, sehingga menimbulkan pasang surut air laut

sesuai dengan pergerakan bulan berevolusi terhadap bumi.

Energi tidal memiliki kelebihan dan kekurangan tidal

energy, antara lain adalah sebagai berikut[10] :

Kelebihan :

1. Energy density dari tidal stream 4 kali lebih besar

daripada udara, sehingga rotor dapat dibuat lebih

kecil dan murah .

2. No emission, tidak meghasilkan gas buang seperti pada

mesin yang menggunakan fossil fuel energy, sehingga

tidak menimbulkan polusi (green energy).

3. Predictable, tide yang merupakan sumber utama dari

tidal energy, sangatlah mungkin diprediksi. Didukung

fakta bahwa pelaut/nelayan sering memprediksikan

pasang surut air laut sebelum berlayar.

4. Renewable energy, dimana arus laut selalu ada yang

merupakan akibat dari pengaruh gaya gravitasi dari

matahari dan bulan.

Kekurangan :

1. High capital cost, biaya pembuatan yang tidal power

plant yang tinggi.

2. Tidak dapat disesuaikan dengan pemintaan energy,

walaupun tide dapat diprediksikan.

3. Memerlukan energy bank untuk menyimpan tidal

energy yang dihasilkan karena bersifat fluktuatif.

4. Dampak ekosistem

Analisa Pengaruh Perubahan Pitch Dan

Chord Terhadap Efisiensi Gorlov Turbine

Dengan Menggunakan CFD

Remigius Yudhi DC, Ir. Agoes Santoso, M. Sc., M. Phil, dan Irfan Syarif Arief, ST, MT

Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh

Nopember (ITS)

Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia

e-mail: agoes@ its.ac.id,[email protected]

S


2

Gambar2.3. Iustrasi Lift dan drag[8]

(sumber : http://code7700.com/angle_of_attack.html )

Gambar 2.1. Gorlov Turbine[3] (sumber :

Development of Helical Reaction

Hydraulic Turbine.pdf )

2.2 Gorlov Turbine

Merupakan turbin yang diperkenalkan oleh Professor

Alexander M. Gorlov dari Northeastern University, yang

dipatenkan pada September 1995 sebagai bentuk dari

perkembangan Turbin Darrieus, dengan mengubah helical

pitch dari blade.

Keuntungan Gorlov turbine [3].

1. Efisiensi tinggi

2. Tidak timbul kavitasi pada rpm yang tinggi

3. Self-starting pada aliran air/angin yang pelan.

4. Rotasi yang searah pada reversible fluid current

2.3 NACA Airfoil

NACA airfoil merupakan foil yang diciptakan untuk

pesawat terbang oleh National Advisory Committee for

Aeronautics(NACA). Tipe dari NACA airfoil ditentukan oleh

urutan angka yang berada di belakang kata "NACA". Setiap

tipe memiliki kode dan persamaan yang berbeda, yang dapat

digunakan untuk menentukan titik-titik kordinat dari foil.

Gambar 2.2. NACA Airfoil Geometrical Construction[5]

(sumber : NACA Airfoil Series.pdf )

Beberapa tipe NACA Airfoil[6]

1. NACA four digit series

2. NACA five digit series

3. NACA modified four digit series

2.4 Drag Force

Merupakan gaya hambat yang dikarenakan gesekan

disepanjang permukaan obyek yang dikenai fluida dimana

arahnya berlawanan dengan arah gerak obyek.

Dimana drag umumnya dibagi menjadi 3[9] yaitu :

1. Parasitic drag

2. Lift induced drag

3. Wave drag

Parasitic drag merupakan drag yang terdiri dari form

drag, skindrag dan interference drag, dimana berperan

dominant dibandingkan dengan lift.

Lift induced drag merupakan drag dimana lift

berperan dominant daripada drag dan relevan terhadap sayap

pesawat.

Wave drag merupakan drag yang terjadi saat benda

bergerak mendekati kecepatan suara

2.5 Efisiensi turbin

Secara umum efisiensi dari Gorlov turbine

merupakan perbandingan dari power turbin dengan power

fluida yang melewatinya, dimana dirumuskan sebagai berikut

[3]:

Dimana :

= efisiensi turbin

Pt = Power turbin

Pw = Daya air yang mengalir terhadap cross sectional area

2.6 Computational Fluids Dynamics (CFD)

Computational Fluids Dynamics (CFD) merupakan

modelling yang secara umum digunakan untuk menyelesaikan

permasalahan yang berhubungan dengan aliran fluida. CFD

digunakan untuk perhitungan yang dibutuhkan untuk

mensimulasikan interaksi fluida dengan permukaan benda

(boundary condition).

Pada proses simulasi, terdapat tiga tahap yang harus

dilakukan yaitu : pre-processing, solving dan post-processing.

3 METODOLOGI

Metodologi penelitian merupakan tahap – tahap

pengerjaan dari suatu penelitian ataupun analisa, dimana

http://en.wikipedia.org/wiki/Alexander_Gorlov

http://en.wikipedia.org/wiki/Northeastern_University

http://en.wikipedia.org/wiki/National_Advisory_Committee_for_Aeronautics




3

disajikan dalam bentuk bagan untuk mempermudah proses

pemahaman dari pembaca. Secara lengkap metodologi tugas

akhir ini dapat dilihat dari bagan di bawah ini :

4 HASIL ANALISA

Setelah melakukan proses simulasi dengan CFD ,

didapatkan data – data yang kemudian dipakai untuk

perhitungan efisiensi turbin. Dari perhitungan efisiensi

turbin dihubungkan pengaruh antara chord, pitch dan

disajikan dalam bentuk grafik seperti gambar di bawah

ini.

Gambar 4.1 Grafik efisiensi vs pitch chord 10 inch V=2 m/s

Gambar 4.2 Grafikefisiensi vs angle of attack chprd 10 inch

V=2 m/s

Gambar 4.3 Grafik efisiensi vs pitch chord 10 inch

V=1.5 m/s

Gambar 4.4 Grafik efisiensi vs angle of attack chprd

10 inch V=1.5 m/s

Gambar 4.5 Grafik efisiensi vs pitch chord 7 inch V=2

m/s


4

Gambar 4.6 Grafik efisiensi vs angle of attack chprd 7

inch V=2 m/s

Gambar 4.7 Grafik efisiensi vs pitch chord 7 inch

V=1.5 m/s

Gambar 4.8 Grafik efisiensi vs angle of attack chprd 7

inch V=1.5 m/s

5 KESIMPULAN

Dari hasil simulasi dan analisa data yang telah

dilakukan, maka penulis dapat menarik beberapa kesimpulan

yaitu :

1. Pada turbin dengan chord 10 inch pada saat kecepatan

aliran 2m/s, dimana saat nilai pitch blade naik mulai

86.77 dan mencapai 87.58 efisiensi turbin naik tetapi

setelah melewati nilai 87.58 efisiensi turbin mulai

turun.


aliran 2m/s, dimana saat nilai sudut serang blade naik

mulai 25.91 dan mencapai 26.05 efisiensi turbin naik

tetapi setelah melewati nilai 26.05 efisiensi turbin

mulai turun.


aliran 1.5 m/s, dimana nilai pitch blade berbanding

terbalik dengan efisiensi turbin. Efisiensi turbin mulai

turun mulai dari nilai pitch blade 86.77 sampai 88.38.


aliran 1.5 m/s, dimana nilai sudut serang blade

berbanding terbalik dengan efisiensi turbin. Efisiensi

turbin mulai turun mulai dari nilai sudut serang blade

25.91 sampai 26.24.


aliran 2m/s, dimana saat nilai pitch blade naik mulai

86.77 dan mencapai 87.58 efisiensi turbin naik tetapi

setelah melewati nilai 87.58 efisiensi turbin mulai

turun.


aliran 2m/s, dimana saat nilai sudut serang blade naik

mulai 25.91 dan mencapai 26.05 efisiensi turbin naik

tetapi setelah melewati nilai 26.05 efisiensi turbin

mulai turun.


aliran 1.5 m/s, dimana nilai pitch blade berbanding

terbalik dengan efisiensi turbin. Efisiensi turbin mulai

turun mulai dari nilai pitch blade 86.77 sampai 88.38.


aliran 1.5 m/s, dimana nilai sudut serang blade

berbanding terbalik dengan efisiensi turbin. Efisiensi

turbin mulai turun mulai dari sudut serang blade

25.91 sampai 26.24.

9. Efisiens tertinggi didapat pada turbin dengan

chord 10 inch dan pitch 74.5 sebesar 28.56%

pada ecepatan aliran 1.5 m/s pada flowtime 900s

dan time step 90.

10. Efisiens terendah didapat pada turbin dengan

chord 7 inch dan pitch 74.5 sebesar 20.03%

pada ecepatan aliran 2 m/s pada flowtime 900s

dan time step 90.

Daftar Pustaka

[1]. Anderson, J. 2010. Design and Manufacture of a Cross-

Flow Helical Tidal Turbine, Project report. [pdf].

(http://depts.washington.edu/nnmrec/docs/20110615_ME

495_report_Micropower.pdf, diakses tanggal 09 Juni

2014)

[2]. Fluent Inc. 2003. FLUENT 6.1 User's Guide. [pdf],

(cdlab2.fluid.tuwien.ac.at/LEHRE/TURB/Fluent.Inc/v140/

flu_ug.pdf, diakses tanggal 15 Juni 2014)

[3]. Gorlov, Alexander. 1998. DEVELOPMENT OF THE

HELICAL REACTION HYDRAULIC TURBINE. Final

Technical Report. [pdf],

(http://www.osti.gov/scitech/biblio/666280, diakses

tanggal 15 Juni 2014)

[4]. Gorlov, Alexander. 2010. Helical Turbine and Fish

Safety.


5

[pdf].(http://www.mainetidalpower.com/files/gorlovrevise

d.pdf, diakses tanggal 10 Juni 2014)

[5]. NACA Airfoil series. [pdf]

(http://people.clarkson.edu/~pmarzocc/AE429/The%20N

ACA%20airfoil%20series.pdf, diakses tanggal 15 Juni

2014)

[6]. N, Eastman., Jacobs., Ward, K.E., Pinkerton, R.M. 2012,

The Characteristics Of Related Airfoil Sections From

Tests In The Variable Density Wind Tunnel, Report 468,

[pdf],

(http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/199

30091108.pdf, diakses tanggal 2 Februari 2014)

[7] N, Eastman., Jacobs., Ward, K.E., Pinkerton, R.M. 2012,

NACA FOUR DIGIT AIRFOIL SECTION GENERATION

USING CUBIC PARAMETRIC CURVE SEGMENTS

AND THE GOLDEN SECTION, Thesis, [pdf],

(https://ritdml.rit.edu/bitstream/handle/1850/11033/WSca

rbroughThesis04-28-1992.pdf, diakses tanggal 2 Februari

2014)

[8] http://code7700.com/angle_of_attack.html, diakses

tanggal 16 Juni 2014

[9]. http://en.wikipedia.org/wiki/Drag_%28physics%29,

diakses tanggal 16 Juni 2014

[10].http://www.greenworldinvestor.com/2011/03/15/advantag

es-and-disadvantages-of-tidal-energy/, diakses tanggal 12

Juni 2014

http://en.wikipedia.org/wiki/Drag_%28physics%29

analisa pengaruh perubahan pitch dan chord terhadap...

Documents