JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
1
Abstrak— Tidal Energi merupakan salah satu
energi alternatif yang ramah lingkungan. Banyak tidal
energy konverter telah ditemukan dan dikembangkan
dimana Gorlov turbine merupakan salah satunya. Gorlov
turbine yang merupakan evolusi dari turbin Darrieus yang
ditemukan oleh Alexander Gorlov, banyak eksperimen telah
dilakukan mengenai turbin ini oleh banyak pihak untuk
mengetahui kinerjanya. Pada penulisan tugas akhir ini akan
membahas tentang analisa terhadap efisiensi Gorlov
Turbine terhadap perubahan chord dari 7 inch berdasarkan
eksperimen Gorlov dan dirubah menjadi 10 inch
berdasarkan kecepatan aliran yang semula 1.5 m/s dirubah
menjadi 2m/s, dengan variasi pitch 88.380, 87.58
0, dan
86.770 pada kedalaman sekitar 8m di bawah permukaan
laut. Analisa menggunakan metode Computational Fluids
Dynamics (CFD).
Kata Kunci— Efisiensi, Pitch, Diameter, Gorlov Turbine, CFD.
I. PENDAHULUAN
emakin berkembangnya zaman kebutuhan energy akan
semakin menigkat. Saat ini energi fosil (bensin, solar,
minyak tanah dsb) merupakan bentuk energy yang paling
banyak konsumsi terbesar dari sumber – sumber energy lain
yang ada. Tetapi fosil energy termasuk sumber daya alam yang
tidak dapat diperbaharui dimana pembentukannya dibutuhkan
waktu puluhan bahkan ratusan tahun untuk pembetukannya.
Sekarang ini banyak sumber energi alternatif
ditemukan, diteliti dan dikembangkan guna mengurangi
konsumsi energi fosil yang sudah menipis diantaranya adalah
sebagai berikut : biofuel, panas bumi (geothermal energy),
energi ombak (wave energy) dan energi tidal (tidal energy).
Indonesia merupakan negara kepulauan yang
sebagian besar wilayahnya adalah air, dimana memiliki potensi
dalam mengembangkan tidal energy dan wave energy
.Pengkonversian kedua energi ini dapat dilakukan dengan
beberapa alat seperti ; bandul, turbin, piston dll. Pada
penulisan ini akan membahas tidal energi dimana dalam
konversi energinya menggunakan gorlov turbine. Pemilihan
gorlov turbine sebagai bahan penulisan dikarenakan gorlov
turbine memiiki efisiensi yang tinggi sebesar 35% menurut
Gorlov 1998 dalam eksperimennya.
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian umum tentang energi tidal
Energi tidal merupakan energy yang dihasilkan dari
pasang surutnya air laut (tides) dan dikonvensi menjadi energy
listrik. Arus laut terjadi karena pengaruh gravitasi dari bulan
dan matahari, sehingga menimbulkan pasang surut air laut
sesuai dengan pergerakan bulan berevolusi terhadap bumi.
Energi tidal memiliki kelebihan dan kekurangan tidal
energy, antara lain adalah sebagai berikut[10] :
Kelebihan :
1. Energy density dari tidal stream 4 kali lebih besar
daripada udara, sehingga rotor dapat dibuat lebih
kecil dan murah .
2. No emission, tidak meghasilkan gas buang seperti pada
mesin yang menggunakan fossil fuel energy, sehingga
tidak menimbulkan polusi (green energy).
3. Predictable, tide yang merupakan sumber utama dari
tidal energy, sangatlah mungkin diprediksi. Didukung
fakta bahwa pelaut/nelayan sering memprediksikan
pasang surut air laut sebelum berlayar.
4. Renewable energy, dimana arus laut selalu ada yang
merupakan akibat dari pengaruh gaya gravitasi dari
matahari dan bulan.
Kekurangan :
1. High capital cost, biaya pembuatan yang tidal power
plant yang tinggi.
2. Tidak dapat disesuaikan dengan pemintaan energy,
walaupun tide dapat diprediksikan.
3. Memerlukan energy bank untuk menyimpan tidal
energy yang dihasilkan karena bersifat fluktuatif.
4. Dampak ekosistem
Analisa Pengaruh Perubahan Pitch Dan
Chord Terhadap Efisiensi Gorlov Turbine
Dengan Menggunakan CFD
Remigius Yudhi DC, Ir. Agoes Santoso, M. Sc., M. Phil, dan Irfan Syarif Arief, ST, MT
Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh
Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail: agoes@ its.ac.id,[email protected]
S
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
2
Gambar2.3. Iustrasi Lift dan drag[8]
(sumber : http://code7700.com/angle_of_attack.html )
Gambar 2.1. Gorlov Turbine[3] (sumber :
Development of Helical Reaction
Hydraulic Turbine.pdf )
2.2 Gorlov Turbine
Merupakan turbin yang diperkenalkan oleh Professor
Alexander M. Gorlov dari Northeastern University, yang
dipatenkan pada September 1995 sebagai bentuk dari
perkembangan Turbin Darrieus, dengan mengubah helical
pitch dari blade.
Keuntungan Gorlov turbine [3].
1. Efisiensi tinggi
2. Tidak timbul kavitasi pada rpm yang tinggi
3. Self-starting pada aliran air/angin yang pelan.
4. Rotasi yang searah pada reversible fluid current
2.3 NACA Airfoil
NACA airfoil merupakan foil yang diciptakan untuk
pesawat terbang oleh National Advisory Committee for
Aeronautics(NACA). Tipe dari NACA airfoil ditentukan oleh
urutan angka yang berada di belakang kata "NACA". Setiap
tipe memiliki kode dan persamaan yang berbeda, yang dapat
digunakan untuk menentukan titik-titik kordinat dari foil.
Gambar 2.2. NACA Airfoil Geometrical Construction[5]
(sumber : NACA Airfoil Series.pdf )
Beberapa tipe NACA Airfoil[6]
1. NACA four digit series
2. NACA five digit series
3. NACA modified four digit series
2.4 Drag Force
Merupakan gaya hambat yang dikarenakan gesekan
disepanjang permukaan obyek yang dikenai fluida dimana
arahnya berlawanan dengan arah gerak obyek.
Dimana drag umumnya dibagi menjadi 3[9] yaitu :
1. Parasitic drag
2. Lift induced drag
3. Wave drag
Parasitic drag merupakan drag yang terdiri dari form
drag, skindrag dan interference drag, dimana berperan
dominant dibandingkan dengan lift.
Lift induced drag merupakan drag dimana lift
berperan dominant daripada drag dan relevan terhadap sayap
pesawat.
Wave drag merupakan drag yang terjadi saat benda
bergerak mendekati kecepatan suara
2.5 Efisiensi turbin
Secara umum efisiensi dari Gorlov turbine
merupakan perbandingan dari power turbin dengan power
fluida yang melewatinya, dimana dirumuskan sebagai berikut
[3]:
Dimana :
= efisiensi turbin
Pt = Power turbin
Pw = Daya air yang mengalir terhadap cross sectional area
2.6 Computational Fluids Dynamics (CFD)
Computational Fluids Dynamics (CFD) merupakan
modelling yang secara umum digunakan untuk menyelesaikan
permasalahan yang berhubungan dengan aliran fluida. CFD
digunakan untuk perhitungan yang dibutuhkan untuk
mensimulasikan interaksi fluida dengan permukaan benda
(boundary condition).
Pada proses simulasi, terdapat tiga tahap yang harus
dilakukan yaitu : pre-processing, solving dan post-processing.
3 METODOLOGI
Metodologi penelitian merupakan tahap – tahap
pengerjaan dari suatu penelitian ataupun analisa, dimana
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
3
disajikan dalam bentuk bagan untuk mempermudah proses
pemahaman dari pembaca. Secara lengkap metodologi tugas
akhir ini dapat dilihat dari bagan di bawah ini :
4 HASIL ANALISA
Setelah melakukan proses simulasi dengan CFD ,
didapatkan data – data yang kemudian dipakai untuk
perhitungan efisiensi turbin. Dari perhitungan efisiensi
turbin dihubungkan pengaruh antara chord, pitch dan
disajikan dalam bentuk grafik seperti gambar di bawah
ini.
Gambar 4.1 Grafik efisiensi vs pitch chord 10 inch V=2 m/s
Gambar 4.2 Grafikefisiensi vs angle of attack chprd 10 inch
V=2 m/s
Gambar 4.3 Grafik efisiensi vs pitch chord 10 inch
V=1.5 m/s
Gambar 4.4 Grafik efisiensi vs angle of attack chprd
10 inch V=1.5 m/s
Gambar 4.5 Grafik efisiensi vs pitch chord 7 inch V=2
m/s
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
4
Gambar 4.6 Grafik efisiensi vs angle of attack chprd 7
inch V=2 m/s
Gambar 4.7 Grafik efisiensi vs pitch chord 7 inch
V=1.5 m/s
Gambar 4.8 Grafik efisiensi vs angle of attack chprd 7
inch V=1.5 m/s
5 KESIMPULAN
Dari hasil simulasi dan analisa data yang telah
dilakukan, maka penulis dapat menarik beberapa kesimpulan
yaitu :
1. Pada turbin dengan chord 10 inch pada saat kecepatan
aliran 2m/s, dimana saat nilai pitch blade naik mulai
86.77 dan mencapai 87.58 efisiensi turbin naik tetapi
setelah melewati nilai 87.58 efisiensi turbin mulai
turun.
2. Pada turbin dengan chord 10 inch pada saat kecepatan
aliran 2m/s, dimana saat nilai sudut serang blade naik
mulai 25.91 dan mencapai 26.05 efisiensi turbin naik
tetapi setelah melewati nilai 26.05 efisiensi turbin
mulai turun.
3. Pada turbin dengan chord 10 inch pada saat kecepatan
aliran 1.5 m/s, dimana nilai pitch blade berbanding
terbalik dengan efisiensi turbin. Efisiensi turbin mulai
turun mulai dari nilai pitch blade 86.77 sampai 88.38.
4. Pada turbin dengan chord 10 inch pada saat kecepatan
aliran 1.5 m/s, dimana nilai sudut serang blade
berbanding terbalik dengan efisiensi turbin. Efisiensi
turbin mulai turun mulai dari nilai sudut serang blade
25.91 sampai 26.24.
5. Pada turbin dengan chord 7 inch pada saat kecepatan
aliran 2m/s, dimana saat nilai pitch blade naik mulai
86.77 dan mencapai 87.58 efisiensi turbin naik tetapi
setelah melewati nilai 87.58 efisiensi turbin mulai
turun.
6. Pada turbin dengan chord 10 inch pada saat kecepatan
aliran 2m/s, dimana saat nilai sudut serang blade naik
mulai 25.91 dan mencapai 26.05 efisiensi turbin naik
tetapi setelah melewati nilai 26.05 efisiensi turbin
mulai turun.
7. Pada turbin dengan chord 7 inch pada saat kecepatan
aliran 1.5 m/s, dimana nilai pitch blade berbanding
terbalik dengan efisiensi turbin. Efisiensi turbin mulai
turun mulai dari nilai pitch blade 86.77 sampai 88.38.
8. Pada turbin dengan chord 10 inch pada saat kecepatan
aliran 1.5 m/s, dimana nilai sudut serang blade
berbanding terbalik dengan efisiensi turbin. Efisiensi
turbin mulai turun mulai dari sudut serang blade
25.91 sampai 26.24.
9. Efisiens tertinggi didapat pada turbin dengan
chord 10 inch dan pitch 74.5 sebesar 28.56%
pada ecepatan aliran 1.5 m/s pada flowtime 900s
dan time step 90.
10. Efisiens terendah didapat pada turbin dengan
chord 7 inch dan pitch 74.5 sebesar 20.03%
pada ecepatan aliran 2 m/s pada flowtime 900s
dan time step 90.
Daftar Pustaka
[1]. Anderson, J. 2010. Design and Manufacture of a Cross-
Flow Helical Tidal Turbine, Project report. [pdf].
(http://depts.washington.edu/nnmrec/docs/20110615_ME
495_report_Micropower.pdf, diakses tanggal 09 Juni
2014)
[2]. Fluent Inc. 2003. FLUENT 6.1 User's Guide. [pdf],
(cdlab2.fluid.tuwien.ac.at/LEHRE/TURB/Fluent.Inc/v140/
flu_ug.pdf, diakses tanggal 15 Juni 2014)
[3]. Gorlov, Alexander. 1998. DEVELOPMENT OF THE
HELICAL REACTION HYDRAULIC TURBINE. Final
Technical Report. [pdf],
(http://www.osti.gov/scitech/biblio/666280, diakses
tanggal 15 Juni 2014)
[4]. Gorlov, Alexander. 2010. Helical Turbine and Fish
Safety.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
5
[pdf].(http://www.mainetidalpower.com/files/gorlovrevise
d.pdf, diakses tanggal 10 Juni 2014)
[5]. NACA Airfoil series. [pdf]
(http://people.clarkson.edu/~pmarzocc/AE429/The%20N
ACA%20airfoil%20series.pdf, diakses tanggal 15 Juni
2014)
[6]. N, Eastman., Jacobs., Ward, K.E., Pinkerton, R.M. 2012,
The Characteristics Of Related Airfoil Sections From
Tests In The Variable Density Wind Tunnel, Report 468,
[pdf],
(http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/199
30091108.pdf, diakses tanggal 2 Februari 2014)
[7] N, Eastman., Jacobs., Ward, K.E., Pinkerton, R.M. 2012,
NACA FOUR DIGIT AIRFOIL SECTION GENERATION
USING CUBIC PARAMETRIC CURVE SEGMENTS
AND THE GOLDEN SECTION, Thesis, [pdf],
(https://ritdml.rit.edu/bitstream/handle/1850/11033/WSca
rbroughThesis04-28-1992.pdf, diakses tanggal 2 Februari
2014)
[8] http://code7700.com/angle_of_attack.html, diakses
tanggal 16 Juni 2014
[9]. http://en.wikipedia.org/wiki/Drag_%28physics%29,
diakses tanggal 16 Juni 2014
[10].http://www.greenworldinvestor.com/2011/03/15/advantag
es-and-disadvantages-of-tidal-energy/, diakses tanggal 12
Juni 2014
Top Related