STUDI NUMERIK TURBIN DARRIEUS SAVONIUS UNTUK

KONVERSI ENERGI ARUS LAUT KECEPATAN RENDAH

DENGAN MENGGUNAKAN SIMULASI CFD

Oleh

ERIFIVE PRANATAL

4114204009

TEKNIK SISTEM DAN PENGENDALIAN KELAUTAN

PROGRAM PASCASARJANA TEKNOLOGI KELAUTAN

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

LATAR BELAKANG

PULAU KECIL

YANG BELUM

DILAYANI PLN

PULAU GILIYANG,

MADURA

ENERGI

TERBARUKAN

ARUS LAUT

PERMUKAAN

TURBIN AIR

KECEPATAN RATA-RATA ARUS LAUT

TAHUN 2014-2015

0,269 M/S

TURBIN YANG

BAIK

+ TURBIN KOMBINASI

DARRIEUS-SAVONIUS=

MODEL A MODEL B

RUMUSAN MASALAH

BAGAIMANA KINERJA TURBIN DARRIEUS-SAVONIUS

BERAPA KOEFISIEN TORSI DAN KOEFISIEN DAYA-NYA

BERAPA SUDUT PITCH OPTIMUM PROFIL NACA

TUJUAN PENELITIAN

UNTUK MENGETAHUI KINERJA TURBIN DARRIEUS-

SAVONIUS

UNTUK MENGETAHUI KOEFISIEN TORSI, KOEFISIEN

DAYA, DAN SUDUT PITCH OPTIMUM PROFIL NACA.

UNTUK MENGETAHUI POTENSI ENERGI LISTRIK DARI

ARUS LAUT DI PERAIRAN PULAU GILIYANG,

MADURA

BATASAN MASALAH

SIMULASI COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS

DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSYS FLUENT

SIMULASI TURBIN DALAM BENTUK DUA DIMENSI

DAN UNSTEADY STATE/TRANSIENT

UKURAN TURBIN DAN PROFIL NACA 0018

KECEPATAN ARUS DIPERAOLEH DI PERAIRAN

SEBELAH BARAT PULAU GILIYANG, MADURA DARI

TAHUN 2014-2015

KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

Rumus utama yang digunakan

𝜆 =𝜔 𝐷

2𝑈(1)

𝐶𝑚 =𝑇

1

2𝜌𝐴𝑠𝐷𝑈

2(2)

𝐶𝑝 =𝑃

1

2𝜌𝐴𝑠𝑈

3(3)

METODOLOGI PENELITIAN

DATA TURBIN DAN KEC

ARUS LAUT

MODEL 2D

SIMULASI CFD

• MODEL A

• MODEL B

• VARIASI SUDUT PITCH

• TURBIN SAVONIUS

• MODEL TURBULEN

• MESHING DAN GRID INDEPENDENCE

• UKURAN DAN JUMLAH TIME STEP

• JUMLAH MAKSIMUM ITERASI

• KRITERIA KONVERGENSI

ANALISA, PEMBAHASAN

DAN KESIMPULAN

HASIL DAN PEMBAHASAN

UKURAN TURBIN

MODEL A MODEL B

UKURAN DOMAIN DAN BOUNDARY CONDITION

Boundar

y

conditio

n

Definisi

Inlet Kecepatan aliran yang

masuk ke dalam

boundary.

Outlet Static pressure = 0 Pa

Wall Symmetry

Turbin No slip condition

Wall motion:

Moving Wall

Motion: Rotational

PROSES MESHING

TRIANGLES MESH

INFLATION LAYER

MODEL TURBULENSI

SST (SHEAR STRESS TRANSPORT) K-OMEGA UNTUK

MENANGKAP FENOMENA FISIK PADA BOUNDARI LAYER

DENGAN KRITERIA PADA SIMULASI TURBIN: Y+ < 5.

TINGGI FIRST LAYER = 9.10-5 M UNTUK MENDAPATKAN

Y+ =4,39

KRITERIA KONVERGENSI: 10-4

GRID INDEPENDEN

Refinem

ent

Level

No. of

nodes

No. of

element

Torsi

(Nm)

Perubahan

Koef. Torsi

(%)

< 3%

1 203806 331234 17,071 -

2 225652 374328 24,507 30,342

3 262336 447110 27,172 9,808

4 307500 536916 26,416 -2,862

5 327068 575829 27,987 5,613

0.075

0.1080.120 0.117

0.124

0.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

0.120

0.140

1 2 3 4 5

TO

RQ

UE C

OEFF

REFINEMENT LEVEL

MENENTUKAN UKURAN TIME STEP

𝐶𝑜𝑢𝑟𝑎𝑛𝑡 𝑁𝑢𝑚𝑏𝑒𝑟 =𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 𝐹𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 × 𝑇𝑖𝑚𝑒 𝑆𝑡𝑒𝑝

𝑈𝑘𝑢𝑟𝑎𝑛 𝑚𝑒𝑠ℎ 𝑡𝑒𝑟𝑘𝑒𝑐𝑖𝑙COURANT NUMBER: 2 SAMPAI 10. Mesh terkecil = 9.35x10-03 m

No Ukuran

time

step (s)

Total

waktu

(s)

ω

(rad/s

ec)

Jumlah

time step/7

putaran

turbin (n)

Torsi

(Nm)

Perubahan

koefisien

torsi (%)

< 3%

C. N

1 0,09

68,092 0,646

757 21,666 - 2.590

2 0,08 852 18,187 -19,129 2.302

3 0,07 973 16,99 -7,045 2.014

4 0,06 1135 16,88 -0,652 1.727

5 0,05 1362 19,329 12,670 1.439

6 0,04 1703 22,968 15,844 1.151

0.0000

0.0200

0.0400

0.0600

0.0800

0.1000

0.1200

0 2 4 6 8

KO

EFIS

IEN

TO

RSI

TIME STEP SIZE LEVEL

MENENTUKAN JUMLAH MAKSIMUM ITERASI

No Ukuran

time

step (s)

Jumlah

maskimum

iterasi (n)

Torsi

(Nm)

Perubahan

nilai koefisien

torsi (%)

< 1%

1 0,07 40 16,806 -

2 50 16,857 0,303

3 60 16,990 0,783

4 70 17,071 0,474

0.0742

0.0744

0.0750

0.0754

0.0735

0.0740

0.0745

0.0750

0.0755

1 2 3 4

CO

EFF.

TO

RQ

UE

MAX. NUMBER ITERATION LEVEL

KOEFISIEN TORSI, KOEFISIEN DAYA VS TSR TURBIN

MODEL A, B, EXP KAPRAWI 2014, TURBIN SAVONIUS

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

0 0.5 1 1.5 2 2.5

TO

RQ

UE C

OEFF.

TIP SPEED RATIO

Model B

Savonius Turbine

Exp Kaprawi,2014Model A

0.000

0.050

0.100

0.150

0.200

0.250

0.300

0 0.5 1 1.5 2 2.5

PO

WER

CO

EFF.

TIP SPEED RATIO

Model B

Savonius Turbine

Exp Kaprawi, 2014

Model A

EFEK SUDUT PITCH TERHADAP CM DAN CP

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0 0.5 1 1.5 2 2.5Torq

ue C

oeff

.

Tip Speed ratio

8º 6º 2º 0º -2º -6º

-0.200

-0.100

0.000

0.100

0.200

0.300

0 0.5 1 1.5 2 2.5Pow

er

Coeff

.

Tip speed ratio

8º 6º 2º 0º -2º -6º

8 0 -6

POTENSI ENERGI LISTRIK DARI ARUS LAUT

PERAIRAN PULAU GILIYANG, MADURA TAHUN 2015

14.862

2.829

1.2990.000

8.823

22.627

9.261

29.726

32.368

17.836

10.662

4.074

0.000

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

DA

YA

(W

AT

T)

BULAN KE-

Bulan

ke

Kec

arus

(m/s)

Optimu

m TSR

ω

(rad/s)1 2 3 4

1 0.379

1.6

0.606

2 0.172 0.275

3 0.132 0.211

4 0.086 0.138

5 0.252 0.404

6 0.331 0.529

7 0.389 0.622

8 0.393 0.628

9 0.404 0.647

10 0.323 0.516

11 0.156 0.249

12 0.173 0.277

KESIMPULAN DAN SARAN

KESIMPULAN

TURBIN MODEL B LEBIH BAIK DARI MODEL A

TURBIN KOMBINASI DARRIEUS-SAVONIUS MEMILIKI PERFORMA 34 %

LEBIH BAIK DARI TURBIN SAVONIUS

SUDUT PITCH OPTIMUM PROFIL NACA ADALAH 8

POTENSI ENERGI LISTRIK DI PERAIRAN PULAU GILIYANG SEBESAR

154.367 WATT/TAHUN (SATU TURBIN)

SARAN

MENGGUNAKAN MODEL TURBULEN YANG LAIN SEPERTI k-ε

Realizable

OPTIMASI PENGGUNAAN PROFIL NACA YANG LAIN

TERIMAKASIH