RISET DESAIN TURBIN ANGIN DAN TURBIN AIR DENGAN CFD

Desain turbin angin maupun turbin air telah banyak dibahas dalam buku-buku teori mekanika fluida, baik performanya maupun karakteristik aliran fluidanya. Dalam referensi-referensi tersebut banyak disediakan persamaan-persamaan untuk menentukan hubungan antar-parameter seperti efisiensi, daya, torsi, energi potensial dari fluida serta hubunganya dengan efisiensi turbin.

Namun, prediksi dari parameter-parameter tersebut kadang kala terdapat variabel-variabel yang tidak dapat dihitung secara analitis, misalkan saja koefisien daya atau torsi yang dihasilkan pada rpm dan kecepatan fluida tertentu karena adanya interaksi fluida 3D yang kompleks serta pola-pola aliran yang tidak ideal, seperti turbulensi, vortex dan interaksi antara turbin dengan komponen sekunder lainya. Parameter-parameter tersebut secara umum dihitung menggunakan data-data empiris dari uji laboratorium baik menggunakan wind tunnel, water tunnel maupun uji lapangan langsung yang cukup memakan waktu dan biaya karena fleksibilitasnya yang rendah.

Salah satu metode yang cukup populer, yang memadukan antara perhitungan teori analitis dengan eksperimen adalah menggunakan eksperimen numerik yang dalam kasus mekanika fluida dikenal dengan istilah Computational Fluid Dynamics (CFD). Metode ini memodelkan turbin secara 3D menggunakan komputer, kemudian model tersebut disimulasikan terhadap aliran fluida yang ada di sekitaranya, sehingga dapat diperoleh solusi-solusi seperti torsi, daya dan efisiensi secara lebih komprehensif karena mempertimbangkan pola aliran 3D maupun interaksi-interaksi dengan komponen-komponen sekitarnya yang dapat mempengaruhi aliran.

Dewasa ini, metode CFD sudah sangatlah berkembang, sehingga perhitungan aliran-aliran turbulen yang kompleks dapat dimodelkan dengan cukup akurat, bahkan aliran dua fasa yang terjadi misalkan pada turbin air vortex maupun cross flow dapat dimodelkan secara real tanpa penyederhanaan perhitungan satu fasa.

Berikut adalah contoh-contoh project turbin yang pernah kami kerjakan:

Pola distribusi tekanan dan streamline pada turbin angin (HAWT)
pola distribusi kecepatan pada turbin angin (VAWT)
Aliran dua fasa (air dan udara) pada turbin air cross flow
Pola aliran free surface pada gravitational vortex water turbine
Distribusi tekanan pada permukaan turbin kaplan
pola distribusi streamline pada turbin kaplan
pola streamline pada turbin ORC

Dengan simulasi-simulasi yang dilakukan diatas, kita dapat dengan mudah membandingkan konfigurasi-konfigurasi turbin yang ada dengan sangat fleksibel. Berikut adalah contoh grafik koefisien daya terhadap TSR untuk dua turbin angin VAWT yang divariasikan kontur permukaanya:

Nilai dari koefisien daya (Cp) seperti contoh diatas tidak dapat diperoleh dengan mudah menggunakan metode analitis, terutama jika kita ingin membuat inovasi-inovasi terbaru yang belum pernah ada data eksperimental sebelumnya.

BY: CAESAR WIRATAMA

Kami dapat memberikan solusi riset desain turbin menggunakan software CFD maupun FEA yang dikerjakan oleh para engineer expert kami. Selengkapnya pelajari di sini untuk CFD dan di sini untuk FEA.

Author: Caesar Wiratama

caesar@aeroengineering.co.id 0815-4806-5205

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *