SIMULASI NUMERIK AERODINAMIKA DAN PERPINDAHAN PANAS TURBIN ANGIN POROS HORIZONTAL HYBRID SOLAR CELL

ALPAN HADI, Prof.Ir. Samsul Kamal, M.Sc.,Ph.D.

2018 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Penggabungan secara hybrid turbin angin poros horizontal berjumlah tiga unit dengan solar cell yang dipasang di bagian belakang turbin bertujuan sebagai sistem pendingin untuk solar cell, karena semakin tinggi temperatur solar cell maka performa dari solar cell akan menurun. Maka dengan ditambahkanya sistem pendinginan dari turbin diharapkan dapat menjaga solar cell pada temperatur kerja terbaiknya. Simulasi dalam kondisi transient dilakukan untuk dapat melihat secara lebih real terutama pada karakteristik parameter intensitas turbulen dan koefisien konveksi di atas permukaan solar cell akibat hembusan angin dari rotor turbin, karena pada pengoprasian sebenarnya keadaan yang terjadi pasti dalam keadaan transient (unsteady). Diameter rotor turbin sebesar 1000 mm dan dimensi total solar cell sebesar 4000 mm x 1000 mm x 50 mm dengan sudut kemiringan 20 derajat pada sayap samping kiri dan kanannya. Variabel bebas berupa kecepatan angin dan jarak rotor - solar cell. Variasi kecepatan angin sebesar 6 m/s dan 8,5 m/s. Variasi jarak rotor - solar cell sebesar 0,3D dan 0,5D. Variabel terikat berupa kecepatan putar rotor, medan aliran aksial di daerah downstream, medan tekanan di sekitar permukaan rotor, intensitas turbulen di daerah downstream (terutama di atas permukaan solar cell) dan koefisien konveksi di atas permukaan solar cell. Hasil simulasi menunjukkan kecepatan putar pada keadaan transient (unsteady) akan terus meningkat seiring bertambahnya waktu sampai pada kondisi steady dimana kecepatan putar sudah konstan. Kecepatan angin pada daerah downstream mengalami penurunan karena telah diekstraksi turbin. Medan tekanan pada pada keadaan transient (unsteady) memiliki pola kontur yang berbeda-beda seiring bertambahnya waktu sampai pada kondisi steady. Semakin tinggi kecepatan putar maka perbedaan tekanan pada bagian atas dan bawah airfoil juga semakin besar, atau dengan kata lain nilai CL/CD semakin besar. Pada keadaan transient (unsteady) koefisien konveksi dan intensitas turbulen jauh lebih besar dan bernilai acak dibandingkan pada kondisi steady, karena pada keadaan transient (unsteady) terjadi fluktuasi aliran yang masih belum stabil. Semakin tinggi intensitas turbulen maka koefisien konveksi juga akan semakin tinggi.

The hybrid coupling of the horizontal axis wind turbines amounts to three units with the solar cell mounted on the behind of the turbine as a cooling system for the solar cell, because higher the solar cell temperature, performance of the solar cell will decreases. So with the addition of cooling system from turbines are expected to keep solar cell at its best working temperature. Simulation in transient condition is done to be able to see more real especially on characteristic parameter of turbulent intensity and convection coefficient on surface of solar cell due to wind blowing from rotor turbine, because at operation actual condition happened must in transient state (unsteady state). The diameter of the turbine rotor is 1000 mm and the total dimensions of the solar cell are 4000 mm x 1000 mm x 50 mm with a slope angle of 20 derajat on the left and right side wings. The independent variables are wind speed and rotor-solar celldistance. Variations of wind speeds are 6 m/s and 8,5 m/s. Variations of rotor-solar cell distance are 0,3D and 0,5D. The dependent variablesare rotational speed of the rotor, axial velocity field in downstream area, pressure field around the rotor surface, turbulent intensity and convection coefficient on the surface of the solar cell. The simulation results show the rotational speed at the time of transient state (unsteady state) will continue to increase with time until the steady state, where the rotational speed is constant. Wind speed in the downstream area decreases due to turbine extraction. The pressure field in the transient state (unsteady state) has different contour patterns over time until the steady state. The higher rotational speed then the pressure difference at the top and bottom of the airfoil is also greater, or in other words, the value of CL / CD is greater. In the transient state (unsteady state), the convection coefficient and turbulent intensity are much larger and random value than in steady state, because in transient state there are unstable flow fluctuations. The higher the turbulent intensity so the convection coefficient will be higher.

Kata Kunci : turbin angin, solar cell, transient, intensitas turbulen, koefisien konveksi