STUDI NUMERIK PENGARUH GEOMETRI DAN DESAIN DIFFUSER UNTUK PENINGKATAN

KINERJA DAWT (DIFFUSER AUGMENTED WIND TURBINE)

Adhana Tito 2411106007

Dosen Pembimbing : Dr.Gunawan Nugroho, S.T,M.T. NIPN. 1977 11272002 121002 Ruri Agung Wahyuono, S.T, M.T.

Latar Belakang

• Sumber energi Angin • daerah Indonesia memiliki profil

kecepatan angin berkisar maksimum 5 m/s (suharta,2007)

Salah satu upaya nya merekayasa pada bentuk dan desain geometri selubung

diffuser (Kosasih, 2012)

Penelitian sebelumnya

Penelitian Ohya,2008

• Eksperimen geometri dasar nozzle , diffuser, silindris

• Variasi h/D flange : 0,25

• Sudut bukaan : 40

Penelitian chaker, 2012

• Open angle maks 10~120

• Flange

Rumusan Masalah

Flange datar

Variasi sudut flange

+ kecepatan aliran

+karakteristik aliran

Profil koef. Tekanan statik

DAWT DAWT

Variasi geometri diffuser

Rekayasa Kecepatan Agar kecepatan lokal menuju

rotor lebih tinggi

Kecepatan angin rendah

Kinerja Aerodinamika aliran

Dipengaruhi oleh

Profil Kecepatan Difffuser

Profil Tekanan

Prediksi Tip loss di ujung keluaran

difffuser

Tujuan

Analisa simulasi pengaruh geometri variasi sudut flange datar terhadap peningkatan profil kecepatan & tekanan statik dalam diffuser sehingga berpengaruh terhadap kinerja diffuser pada DAWT.

Batasan Masalah

www.themegallery.com

• variasi geometri diffuser secara teknis mencakup geometri selubung diffuser kosong.

• Asumsi Keadaan simulasi, steady, Inkompresibel dan searah (Uniform). • Asumsi kecepatan aliran freestream 5 m/s.

Tinjauan Pustaka

www.themegallery.com

HAWT (Horizontal axis wind

turbin)

Selubung diffuser

Bentuk arah aliran udara pada selubung diffuser dengan flange pada tepi ujung keluaran (Abe, 2004)

DAWT Diffuser

Augmented Wind Turbine

Geometri dasar diffuser D(diameter) L(panjang) Φ(sudut ekspansi) H (tiinggi flange)

Bilangan Reynolds

Re: Bilangan Reynolds

ρ : Densitas (kg/m3)

Uω : Kecepatan aliran freestream (m/s)

µ : viskositas dinamis (kg/(m.s))

D : Diameter hidrolik (m)

DURe51036.1

Tekanan statik

)(

2

1 2

U

PPCp

PtUghpUghpz

2

222

2

1112

1

2

1

2

1

2

1

Metodologi penelitian Mulai

Menggambar desain model Geometri dasar L/D =7,7 dari penelitian Ohya, 2008 pada

program CAD

Memenuhi toleransi Mesh

baik? Mesh baik?

Simulasi dengan kondisi Bilangan Re perhitungan dan Turbulence intensity yang telah

dihitung

Membandingkan tren plot data grafik peningkatan kecepatan (U/U∞) & koef. tekanan

statik (Cp) terhadap posisi X/L dengan penelitian Ohya

tren grafik U/U∞ & tekanan statik

sama?

A

Variasi geometri ,tambahan flange serta variasi sudut flange awal 00 ,150,300,450,600,750,900

A

simulasi

Analisa data, pengaruh adanya wake di belakang flange dan tip vorteks yang

dihasilkan terhadap kinerja diffuser turbin angin

Menyusun laporan Tugas Akhir

Selesai

Pendefinisian kondisi batas, continum, dan Mesh geometri

Data kontur kecepatan, kontur streamline, arah vektor kecepatan,

data kecepatan & tekanan statik

Tahap simulasi CFD

Pre-Processing

Solving

Post-Processing

CFD

Geometri irisan diffuser variasi objek penelitian

Spesifikasi Dimensi/Ukuran Panjang 308 cm Diameter 40cm Rasio Panjang-Diameter 7,7

Ketebalan 4 cm Ukuran tinggi flange 10 cm Skala 1:1 Sudut ekspansi /open

angle 40

Geometri diffuser dasar penampang 2 dimensi

Wall

Velocity inlet

No. Nama Kondisi Batas Dimens

i

Tipe Kondisi batas

1 Inlet 800 cm Velocity Inlet

2 Outlet 800 cm Outflow

3 Diffuser D= 40cm

l= 308cm

Wall

4 Sisi atas-bawah 848 cm Wall

Hasil sampel Mesh Penentuan Kondisi Batas &domain komputasi

Tahap solving Viscous Model Energy Equation

K-ω sst (Shear stress

Transport) Model Geometri (2ddp)2 dimensi , Double Precission

Material

Property

Fluid: Air (Udara)

Solid :Aluminum

Keadaan Steady

Batas Iterasi

Maksimum

1000

Velocity

Magnitude

5 m/s

Turbulence Specification Method:

Intensity and Length scale

Turbulent intensity : 3,65%

Turbulent length scale: 0,56

Kriteria Iterasi

Konvergensi

Continuity 0,001

x-velocity 0,001

y-velocity 0,001

energy 10-6

k 0,001

omega (ω) 0,001

Verifikasi Simulasi

www.themegallery.com

Kontur Stream Line Kecepatan

Kontur Intensitas Turbulensi

smoke-wire Eksperimen Ohyas

Verifikasi Simulasi

Grafik Profil distribusi Peningkatan kecepatan

Grafik Profil distribusi Koefisien Tekanan statik

Experiment

Kontur Kecepatan

Diffuser Ohya

Diffuser flange 150

Diffuser flange 300

Diffuser flange 00

Diffuser flange 450

Diffuser flange 600

Diffuser flange 750

Diffuser flange 900

Kontur Vektor kecepatan

Diffuser Ohya

Diffuser flange 150

Diffuser flange 300

Diffuser flange 00 Diffuser flange 450

Diffuser flange 600

Diffuser flange 750

Diffuser flange 900

Vektor Kecepatan

Kontur streamline Kecepatan

Diffuser flange 00

Diffuser flange 150

Diffuser flange 300

Diffuser flange 450

Diffuser flange 600

Diffuser flange 750

Diffuser flange 900

Data Grafik perbandingan Profil kecepatan

variasi sudut flange

Grafik perbandingan distribusi profil peningkatan kecepatan

Selisih nilai kecil antar variasi profil kecepatan

relatif

Grafik Profil Koefisien Tekanan

statik

Grafik perbandingan distribusiprofil koefisien tekanan statik

flange 00 1,96 kali

(96%) (9.82 m/s)

Analisa

U/U∞ Nilai Cp

Flange 00

Cp= -2.85

Diffuser Ohya 1,74

Kesimpulan • nilai dari tren grafik profil peningkatan kecepatan relatif nilai

maksimum diraih pada variasi flange 00 1,964 kali U∞ atau meningkat 96 % ( 9,82 m/s). • simulasi diffuser Ohya yang tanpa flange hanya mampu meningkatkan

profil kecepatan angin sebesar 1,74 kali U ∞ atau 74% • Parameter Cp (koef. Tekanan statik) sebagai kinerja diffuser

Flange menyebabkan munculnya vorteks , membuat efek menghisap kecepatan aliran interior meningkat

• Karakteristik vektor kecepatan belakang flange mengurangi tip losses diffuser konsentrator

Terima Kasih

www.themegallery.com