Simulasi CFD Turbin Angin

Perkembangan kebutuhan akan energi terbarukan semakin mendorong para saintis dan engineer untuk terus mengembangkan teknologi energi terbarukan seperti contohnya turbin angin.

Desain turbin angin 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.

Gambar berikut ini menunjukkan grafik karakteristik berbagai jenis turbin angin yang ditunjukkan dengan grafik Cp (merepresentasikan efisiensi) terhadap TSR (rasio antara kecepatan tangensial terhadap kecepatan datangnya angin). Dari grafik tersebut terlihat karakteristik yang sangat berbeda antar-turbin angin yang akan sangat sulit diprediksi dengan analitis murni.

ilustrasi grafik Cp versus TSR berbagai turbin angin

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.

simulasi HAWT dengan software CFD openFOAM

simulasi VAWT dengan software CFD openFOAM

Meskipun memiliki kapabilitas dan hasil yang cukup detail dan komprehensif, namun bagi operator yang belum terbiasa menggunakan CFD dapat menjadi kesulitan tersendiri dalam mempelajari nya. Kami memberikan solusi berupa project support serta konsultasi simulasi pada turbin angin.