Documents

6 pages
135 views

a.JURNAL

of 6
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
Share
Description
Terimakasih berbagi ilmu
Transcript
  Jurnal Mekanika/Halaman 1 Volume………………………..……….. Juli 2017 STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH SUDUT DEFLEKTOR HORIZONTAL AXIS WATER TURBINE   (HAWT) TIPE DRAG  TERHADAP POWER GENERATION PADA ALIRAN AIR DALAM PIPA   Whonica   1 , Syamsul Hadi 2  , Dominicus Danardono 2 1  Jurusan Teknik Mesin  –   Universitas Sebelas Maret e-mail addresses : whonica19@gmail.com (Whonica) syamsulh_st@yahoo.com (Syamsul H.), Danar1405@gmail.com (D.Danardono) ,   Keywords :  Key Word: Turbine, Angle of  Deflektor, Water Turbine,  Pico Hydro  Abstract :  High rainfall rainfall and the multistoried building in the urban areas in  Indonesia have a potential of generating electrical energy. Horizontal Axis Water Turbine (HAWT) is applied in the building pipeline to produce the energy. This study reports the effect of deflector angle on the performance of the turbine system. Experimental test was conducted at head 2 meter for deflector angle of 20º, 30º, 40º ,50º, 60º and 70º . The result shows that voltage,  power output, and coefficient power. The deflector angle of 40 °produced large  performance with an average voltage of 9.90 volt   , power output   2.61   watt    and coefficien power 3.16x10 -2 .  PENDAHULUAN Energi listrik merupakan kebutuhan utama  bagi manusia. Dengan semakin bertambahnya jumlah  populasi manusia yang ada di bumi maka kebutuhan energi listrik akan semakin meningkat. Apalagi dengan jumlah penduduk di Indonesia yang mencapai 200 juta jiwa, maka kebutuhan akan energi listrik sangatlah besar. Hal ini menjadikan peluang untuk mengembangkan pembangkit listrik yang baru. Kebutuhan energi listrik di Indonesia kebanyakan masih disuplai dari pembangkit listrik berbahan bakar fosil seperti pembangkit batubara, pembangkit gas, dan pembangkit diesel. Pemanfaatan pembangkit listrik terbarukan yang ramah dengan lingkungan seperti pembangkit listrik tenaga air, panas bumi,  biomasa dan panas matahari masih dalam skala kecil .  Salah satu sumber energi yang melimpah di Indonesia adalah energi air. Secara geografis Indonesia terletak dijalur katulistiwa yang memiliki  potensi curah hujan yang relatif tinggi. Perkembangan  pembangunan hunian saat ini lebih ke banggunan  bertingkat memberikan potensi pemanfaatan limbah air yang digunakan. Kedua potensi ini dapat digunakan sebagai pembangkit listrik dengan skala kecil (  picohydro ) melalui energi potensial yang ada.Listrik dengan kapasitas kecil ini dapat digunakan sebagai sumber energi pada lampu penerangan yang menggunakan lampu jenis LED. Lampu ini merupakan lampu hemat energi dengan daya rendah 3-15 Watt. Dengan adanya kombinasi pembangkit listrik  picohydro dan penggunaan lampu LED diharapkan penggunaan energi listrik dari bahan fosil  pada hunian dapat berkurang . Pembangkit listrik  picohydro  merupakan  pembangkit listrik yang mempunyai kapasitas kecil dengan daya keluaran maksimal sebesar 5 kW. Untuk dapat meningkatkan daya keluaran pada generator maka dapat dilakukan dengan modifikasi variasi pada deflektor. Turbin air Savonius dimodifikasi dengan menambahkan deflector plate untuk mengetahui  perubahan daya yang dihasilkan [1].   Turbin air diaplkasikan dengan mengubah fungsi pompa sentrifugal menjadi sebuah turbin [2]. Penelitian ini dilakukan dengan memodifikasi pompa sentrifugal agar performa bisa maksimal. Pada instalasi pipa divariasikan  short reducer   dan long reducer   dengan 2 variasi instalasi.  Long reducer   pada inlet   turbin menghasilkan kerugan tekanan yang kecil. Turbin angin Savonius  yang diaplikasikan pada  fluida  air untuk mengetahui perbandingan daya yang dihasilkan [3].  Hasilnya adalah  power extracted  pada Savonius hydrokinetic turbine  meningkat 61,32%  pada  power input   yang sama dengan Savonius wind turbine. Pembangkit listrik skala piko pada Vertical  Axis Water Turbine (VAWT) dengan tipe drag   yang diaplikasikan pada aliran dalam pipa untuk menghasilkan daya listrik [4].   Percobaan dilakukan selama tiga generasi yang mencakup bentuk dari turbin, variasi jumlah sudu dan bentuk blocking  system , serta membandingkan antara  solid-drag type turbine dengan hollow-drag type turbine. Dari hasil simulasi perbandingan keempat bloking sistem  tersebut blocking system tipe eye sha ped opening   menghasilkan  power output   terbesar.Daya listrik maksimal yang dicapai yaitu 88,2 W dengan kecepatan air 1,5 m/s dan  pressure drop  kurang dari 5 m. Pembangkit listrik  picohidro Horizontal Axis Water Turbine (HAWT) dengan tipe drag turbine  Jurnal Mekanika/Halaman 2 Volume………………………..……….. Juli 2017 akan diaplikasikan pada sebuah  Aparatus test. Head    pada sistem diatur 2 meter. Variasi sudut deflektor  pada pipa akan di uji pada  Horizontal Axis Water Turbine (HAWT) untuk mengetahui pengaruh terhadap daya listrik yang dihasilkan generator.   METODOLOGI PENELITIAN Penelitian dilakukan dengan metode  pemodelan dan secara eksperimental dengan menggunakan apparatus test. Simulasi dengan menggunakan  SolidWorks dilakuakan terlebih dahulu sebelum nantinya dilakukan pengujian eksperimen. Pengujian dengan  Horizontal Axis Water Turbine (HAWT) tipe drag menggunakan turbin dengan  jumlah sudu 8 [6],   dan dengan sudut kelengkunagn sudu 70° [5]   . Berikut ini merupakan permodelan turbin dan variasi sudut deflektor yang telah direncanakan. a.   Turbin Jumlah sudu pada turbin 8 dengan sudut kelengkunagn turbin 70 ° 70 ° Gambar 1. Turbin sudu 8 dengan sudut kelengkungan turbin 70°  b.   Variasi Sudut Deflektor Sudut kemiringan deflektor divariasikan dalam penelitian ini terdapat enam, yaitu 20 ° , 30 ° , 40 °,  50 °, 60 ° dan 70 ° . 20 °  30 ° 40 °  50 ° 60 °  70 ° Gambar 2. Variasi sudut deflektor Simulasi menggunakan program SOLIDWORKS   2014 dengan fasilitas  flow simulation . Simulasi dilakukan dengan kondisi batas sebagai berikut:    Analisa simulasi dilakukan pada aliran dalam pipa, dengan percepatan gravitasi berada di sumbu Y arah negatif dengan nilai =−9.81 /  .    Fluida yang digunakan adalah air, dengan tipe aliran laminer dan turbulen.    Kondisi dinding adiabatic  sehingga tidak ada  perpindahan panas.    Kondisi awal temperatur 293.2 Kelvin, Tekanan =101325  .    Saluran inlet  : Debit =0.01917   / .    Saluran outlet  :  static pressure =101325  .      Temperatur air yang digunkan adalah 293 Kelvin.    Mesh yang digunakan adalah tingkatan 5 Simulasi dilakukan dengan kondisi turbin diam  pada aliran dalam pipa. Dimana sebelum aliran air masuk turbin, terlebih dahulu air akan mengenai deflektor    kemudian akan mengenai turbin. Kondisi kekasaran permukaan dalam pipa diabaikan. c.   Skema alat uji Penguijian turbin  Horizontal Axis Water Turbine (HAWT) tipe drag dilakukan menggunakan apparatus test dengan head 2 meter. Pengambilan data pengujian dilakukan di laboratorium Universitas Sebelas Maret. Gambar 3 berikut adalah pengaturan alat uji yang akan digunakan.  Jurnal Mekanika/Halaman 3 Volume………………………..……….. Juli 2017 Keterangan : 1.Tangki 6.  Alternator 2.Pompa Sentrifugal 7.Rumah turbin 3.Pipa fluida masuk 8.  Flange  4.Tangki bawah 9.Pipa by-pass  5.Kran pengatur by-pass  Gambar 3.  Apparatus tes Gambar 3 menunjukkan skema pengaturan alat uji beserta bagian komponennya Dari tangki atas fluida mengalir menuju rangkaian turbin yang dikopling dengan alternator. Kemudian putaran dan daya listrik diukur menggunakan tachometer dan multimeter digital. Sehingga diperoleh data putaran turbin (rpm), tegangan listrik (volt) dan arus listrik (ampere). Data yang dicatat adalah putaran turbin (rpm), tegangan listrik (volt) dan arus listrik (ampere). Kemudian dilkukan perhitungan parameter-parameter untuk mengetahui koefisien daya (C  p ) maupun tip  speed ratio (TSR). HASIL DAN PEMBAHASAN a.   Hasil simulasi Dari simulasi diperoleh nilai torsi,  flow trajectories dan  surface plot   untuk masing-masing variasi sudut deflektor dari sudut 20 °   sampai 70 °   , kemudian disimulasikan turbin tanpa deflektor untuk rmengetahui pengaruh deflektor terhadap hasil torsi. Dengan diketahui  Flow trajectories dan  surface plot maka dapat dianalisa distribusi tekanan,dan aliran  pada permukaan rotor. Gambar 4 dibawah ini menunjukkan nilai torsi yang dicapai masing-masing sudut puntir. Gambar 4. Grafik torsi pada variasi sudut deflektor Data hasil simulasi besarnya torsi pada masing  –   masing variasi sudut deflektor pada gambar diatas ditunjukan pada tabel 2 dibawah ini.  No sudut deflektor Torque (Nm)  1 0   ˚  1,920 2 20 ˚  2,995 3 30 ˚  3,234 4 40 ˚  3,546 5 50 ˚  3,756 6 60 ˚  3,867 7 70 ˚  3,874 Berdasarkan data diatas simulasi turbin tanpa deflektor menghasilkan torsi terendah yaitu 1,92 Nm.   Pada hasil simulasi variasi sudut deflektor    20° sampai 70° nilai torsi yang didapatkan cenderung naik dengan nilai maksimal adalah variasi deflektor    70° yaitu 3,874  Nm . Hal ini diakibatkan karena terdapat fenomena  –   fenomena yang terjadi berbeda seperti yang terlihat pada simulasi kecepatan dan countur   tekanan yang dihasilkan. Peningkatan torsi turbin tanpa deflektor dengan turbin dipasang deflektor sampai 84,2%. Hal ini membuktkan bahwasanya deflektor mampu mengurangi gaya balik pada turbin air.   Dengan adanya deflector plate  maka dapat meningkatkan  performa yang cukup signifikan pada turbin air  savonius [1]. Gambar 5. Perbandingan  Flow trajectories tanpa deflektor dengan menggunakan deflektor 1.82.83.84.80203040506070    T   o   r   s   i    (   N   m    ) Variasi Sudut Deflektor Torque(Nm) 1 2 3 4 6 5 8 9 0°   70°    Jurnal Mekanika/Halaman 4 Volume………………………..……….. Juli 2017  Flow trajectories dan arah air yang akan menumbuk turbin ditunjukakan pada gambar 4. Aliran air pada turbin dengan deflektor difokuskan untuk melewati deflektor diarahkan menumbuk sudu cekung turbin sehingga menghasilkan torsi positif. Sedangkan pada turbin tanpa deflektor air mengalir langsung mengenai turbin sehingga sudu cembung dan cekung turbin terkena daya aliran air yang hampir sama. Perbedaan warna pada aliran air tersebut menunjukkan besarnya kecepatan air    Gambar 6. Perbandingan  surface plot tanpa deflektor dengan menggunakan deflektor Pada hasil simulasi  surface plot tanpa deflektor dengan menggunakan deflektor, terdapat perbedaan distribusi tekanan yang besar pada sudu cembung. Pada turbin sudu cembung tekanan sudu lebih besar daripada pada sudu cembung dengan deflektor. Hal ini dikarenakan pada turbin dengan deflektor aliran fluida diarahkan oleh deflektor menuju sudu cekung turbin sehingga meminimalisir air yang menumbuk sudu cembung turbin. Sehingga hal ini menyebabkan nilai torsi pada turbin dengan deflektor lebih besar. b.   Hasil pengujian eksperimen  Data hasil pengujian secara ekperimental yang meliputi debit (Q), putaran turbin (RPM), voltase (Volt), dan arus listrik (amper) dicatat kemudian dilakukan perhitungan. Dari perhitungan diperoleh data yang diperlukan untuk analisa antara lain daya listrik output , Tip Speed Ratio (TSR), dan koefisien daya (C P ).    Analisa pengaruh Sudut Deflektor Terhadap Kecepatan dan Daya Aliran Fluida Gambar 7. Grafik kecepatan aliran fluida (m/s) pada variasi sudut deflektor    Dapat kita lihat pada Gambar grafik 7 kecepatan aliran fluida mengalami peningkatan. Pada data eksperiment hasil pemasangan sudut deflektor menunjukkan adanya kenaikan kecepatan dengan selisih yang kecil, hal ini disebabkan oleh kondisi  permukaan deflektor yang hampir sama sehingga akan mempengaruhi arah aliran fluida. Tren kecepatan air pada variasi deflektor naik sampai pada titik maksimal pada sudut deflektor 40º kemudian mengalami penurunan sampai titik terendah pada sudut deflektor 70º.   Gambar 8. Hubungan variasi sudut deflektor dengan daya input Besarnya daya input   ditunjukkan pada Gambar 8 yang dihasilkan oleh setiap deflektor. Tren yang ditunjukkan adanya kenaikan daya input   dari sudut deflektor 20º, 30º dan daya input maksimal pada variasi deflektor 40º dengan 82,47 watt kemudian mengalami penurunan hingga sudut deflektor 70º dengan 77,09 watt. Kontur Tekanan Aliran   Kecepata Aliran   Sudut 30° Sudut 40° Sudut 50° Gambar .9. Hasil simulasi kontur tekanan aliran dan kecepatan aliran pada sudut 30°, 40° dan 50° 2.90003.00003.10003.20003.3000 20ᵒ 30ᵒ 40ᵒ 50ᵒ 60ᵒ 70ᵒ    K   e   c   e   p   a   t   a   n   F    l   u   i    d   a    (   m    /   s    ) Sudut Deflektor Kecepatan fluida ( m/s )70758085 20ᵒ 30ᵒ 40ᵒ 50ᵒ 60ᵒ 70ᵒ    D   a   y   a   I   n   p   u   t   F    l   u   i    d   a    (   W   a   t   t    ) Sudut Deflektor Daya Input Fluida ( Watt ) 0°   70°  
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks
SAVE OUR EARTH

We need your sign to support Project to invent "SMART AND CONTROLLABLE REFLECTIVE BALLOONS" to cover the Sun and Save Our Earth.

More details...

Sign Now!

We are very appreciated for your Prompt Action!

x