Analisa lift dan drag pada NACA 0018 dan 0020
Pada postingan kali ini saya mencoba untuk menganalisa aliran fluida. Jadi format jurnalnya seperti ini :
ANALISA PENGARUH KOEFISIEN LIFT DAN DRAG TERHADAP PERFORMANCE
PADA TURBIN DARRIEUS
FASRI HATOMI ( Mahasiswa Teknik Mesin UI)
Abstrak
Perkembangan blade selalu terjadi dari sistem dan perancanagan turbin arus laut. Ini terjadi karena terdapat pengaruh dari karakteristik blade terhadap blade element momentum sehingga akan mempengaruhi besar gaya angkat dan gaya geser pada turbin. Besar lift dan drag dipengaruhi oleh sudut serang pada blade. Melalui pendekatan secara simulasi akan didapatkan besar lift dan drag terhadap sudut serang. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan sudut serta posisi dari blade sehingga dapat menghasilkan torsi yang besar pada blade yang nantinya energi yang dihasilkan semakin besar pula.
1. Pendahuluan
Ketika sebuah benda bergerak melewati sebuah fluida maka akan terjadi interaksi antara fluida dengan benda. Hal ini terjadi karena pengaruh dari tegangan geser dinding akibat efek viskos dan tegangan normal akibat dari tekanan. Lift dapat ditentukan jiak distribusi tekanan dan tegangan geser dinding di sekitar benda diketahui.
Cl = l/0.5 rho U^2 A
Suatu alat yang di desain untuk menghasilkan lift bisa bekerja dengan menghasilkan suatu distribusi tekanan yang berbeda antara permukaan bagian bawah dan bagian atas. Airfoilyang simetris tidak dapat menghasilkan lift kecuali sudt serangnya tidak sama dengan 0. Akibat ketidak simetrisan airfoil, distribusi tekanan pada permukaan atas dan bawah berbeda sehingga menghasilkan sebuah gaya angkat.
2. Model Simulasi
Model simulasi yang dilakukan dengan menggunakan solidworks flow simulastion untuk mencari besar dari nilai lift coefficient yang diikuti dengan
a. Gometric Parameter
- Jenis : Naca 0018
- Panjang : 1240 mm
- Lebar (chord) : 300 mm
- Jumlah blade : 3
b. Properties
- Reynold number : 80.000
- Dynamic viscocity : 0.0010115 pa s
- Water Density : 998.19 kg/m3
Gambar 1. Blade Desain
3. Blade Element Momentum Teori
Blade element momentum teori secara umum didasarkan pada kombinasi momentum dan teori dari blade. Teori blade element digunakan untuk memudahkan permodelan gaya geser dan gaya angkat pada blade. Kombinasi tersebut pada blade dan daya yang dihasilkan dengan melihat perubahan momentum pada blade yang didasarkan pada perubahan lift dan drag yang bekerja pada sudut serang tertentu.
4. Lift dan Drag Turbin Darrieus Arus Laut
Lift dan drag pada dipengaruhi oleh tegangan geser dan distribusi tekanan pada kondisi benda bergerak pada fluida tertentu. Terdapat beberapa cara yang digunakan untuk mendefinisikan koefisien dan menentukan nilai-nilai perkiraannya dengan menggunakan analsisi numeric dan eksperimen yang sesuai.
a. Lift
Karena efek viskos kurang penting di dalam pembentukan lift, analisa distribusi tekanan digunakan untuk menghitung gaya lift pada sebuah airfoil. Sampai suatu titik tertentu, koefisien lift meningkat secara bertahap terhadap sudut serang. Jika sudut serang terlalu besar, lapisan batas pada permukaan atas berpisah dan akan menjadi daerah olakan turbulen yang luas. Hal ini mengakibatkan lift berkurang dan drag meningkat. Proses ini dinamakan stall. Jika sudut serang dapat dikurangi , aliran akan dapat diperoleh secara optimal. Selain itu juga, ketika sudut serang menjadi terlalu besar akan ketidakmampuan untuk memulai rotasi pada blade dengan tip speed ratio yang rendah.
b. Analisa Grafik
Dari data simulasi di atas terlihat bahwa blade yang diberi lekukan dengan sudut serang yang tinggi akan dapat meningkatkan lift coefficient.
Grafik 1. Numerical validation NACA0018 pada Re 80000
Walaupun memproduksi lift yang tinggi bahkan dengan nilai Re yang rendah , tetapi hal itu tidak dapat menjadi pertimbangan karena itu juga akan menghasilkan drag yang tinggi.
Maka pemilihan dari angle of attack tidak hanya mempertimbangkan lift tetapi juga dragyang dihaslikan. Untuk type NACA0018 terjadi stall pada sudut serang 150 dan 350.
c. Analisa Aliran
Seperti dikatehui lift pada airfoil dapat dirubah dengan merubah sudutserangnya.
Gambar 1.Separasi aliran dengan sudut serang 100
Airfoil yang simetris tidak dapat menghasilkan lift kecuali jika sudut serangnya tidak nol. Akibat dari adanya sudut serang maka terjadi perbedaan distribusi tekanan antara permukaan atas dengan permukaan bawah. Sebenarnya
aliran seharusnya lewat dengan mulus pada permukaan atas tanpa adanya pengaruh dari sudut serang pada NACA. Terjadi perilaku yang tidak realistis pada bagian belakang airfoil akibat dari perbedaan tekanan.
Perbedaan itu menyebabkan beberapa bagian fluida berusaha untuk berpindah dari permukaan bawah ke permukaan atas.Hal ini yang menimbulkan sirkulasi yang menghasilkan lift (gaya angkat).
