Aliran Fluida pada Turbin Ulir Archimedes Tiga Sudu

Masalah krisis energ listrik yang terjadi di dunia saat ini menjadi perhatian untuk meneliti energi alternative (renewable energy), karena masih banyak desa-desa terpencil di Indonesia sampai saat ini belum dijangkau listrik dari PLN. Buku ini membahas analisis eksperimental turbin ulir Archimedes yang diaplikasikan sebagai pembangkit listrik tenaga mikrohidro untuk head rendah difokuskan pada aliran fluidanya.

 

Aliran fluida turbin ulir adalah aliran yang tidak terisi penuh, terdapat permukaan bebas antara fluida air dan udara atmosfer. Selain geometri ulir, permukaan bebas pada turbin ulir memungkinkan terjadinya fenomena aliran yang penting pada proses pembangkitan daya turbin ulir. Gaya penggerak utama dari turbin ulir Archimedes adalah berat fluida—gaya gravitasi dipengaruhi oleh kedalaman aliran masuk dan kecepatan aliran masuk serta kemiringan poros turbin. Parameter tak berdimensi bilangan Froude (Fr) dipakai untuk analisis dihubungkan dengan efisiensi turbin ulir.

 

Tujuan penulisan buku ini adalah agar pembaca dapat mengerti fenomena aliran fluida saat pembangkitan daya turbin ulir Archimedes tiga sudu diamati dari visualisasi aliran, putaran turbin, dan torsi. Parameter yang diamati divariasikan pada kedalaman aliran masuk sebagai panjang karakteristik y bilangan Froude, kecepatan aliran masuk co, dan kemiringan poros turbin a.

 

Pembahasan meliputi fenomena aliran fluida di antara sudu-sudu ulir tejadi gelombang pusaran air atau vortex akibat momentum linear berupa gaya hidrostatis terhadap sudu ulir yang terjadi pada dua arah berlawanan dan efek dari momentum anguler dari poros turbin. Model turbin ulir dibuat skala laboratorium menggunakan material acrylic. Bentuk geometrinya tiga sudu dengan masing-masing tujuh ulir, jumlah lilitan ulir 21, sudut sudu ulir 30°, rasio radius 0,54 dengan jarak kisar 2,4 Ro.

 

Vortex mempengaruhi proses pembangkitan daya turbin ulir karena sebagian energi kinetik yang masuk ke turbin ulir tersedot pada vortex di antara sudu-sudu ulir, namun fenomena ini dapat berkurang jika kemiringan poros turbin diperkecil. Jika bilangan Froude naik, aliran di antara sudu terjadi gelombang vortex yang besar, maka efisiensi turbin akan turun. Efek bilangan Froude akibat gravitasi pada kemiringan poros mempengaruhi efisiensi. Efisiensi tertinggi sebesar 89 % terjadi pada kemiringan poros 25° dan kecepatan aliran 0,5 m/s dan panjang karakteristik 1 Ro dengan bilangan Froude 0,15.