Modeling Simulasi dan Optimasi Turbin Kaplan dengan Metode Computational Fluid Dynamics (CFD) pada Bendungan Temef Provinsi Nusa Tenggara Timur

Indonesia memiliki sumber air yang sangat berlimpah sehingga dapat dimanfaatkan untuk pembangkit listrik dan juga sebagai salah satu alternatif untuk membantu masyarakat dalam penyediaan energi listrik. Pembangkit listrik tenaga Minihidro merupakan pembangkit listrik berskala kecil yang menghasilkan daya 1 sampai 10 MW. Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro (PLTMH) adalah pembangkit listrik skala kecil yang menggunakan tenaga air sebagai tenaga penggeraknya. Dalam pengaplikasiannya PLTMH bisa menggunakan bendungan, run of river, saluran air atau air terjun dalam sistem penggeraknya dengan memanfaatkan tinggi jatuh air (head) dan jumlah debit air.

Penelitian sudah dilakukan pada turbin Kaplan dengan mencari efisiensi tertinggi dengan membandingkan design teori dengan CFD didapatkan ada peningkatan efisiensi sebesar 42,03 % pada jumlah sudu 4 diantara 3 sampai 7.

Kavitasi pada turbin Kaplan menurunkan efisiensi dan menyebabkan getaran. Penelitian ini membangun sistem pengujian dengan kamera kecepatan tinggi dan pengujian getaran. Data getaran dan gambar kavitasi diperoleh untuk turbin Kaplan.

Sudut masuk dan diameter saluran masuk menjadi factor utama dalam mempengaruhi nilai efisiensi dari turbin Kaplan. Nilai menunjukkan peningkatan sebesar 10,9 % daya meningkat sebesar 646,32 kW.

Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan torsi design pada turbin Kaplan menggunakan beberapa variasi NACA4412, NACA6409, NACA2412, dan NACA0012. Dari beberapa variasi NACA tersebut akan menghasilkan design blades yang berbeda dan kemudian dilakukan analisis perhitungan CFD (Computational Fluid Dynamics). Dari analisis diperoleh nilai untuk torsi, kecepatan tangensial dari berbagai variasi NACA. Hasil tertinggi dari variasi NACA tersebut akan digunakan untuk design blade yang akan di aplikasikan di Bendungan Temef NTT.

Rancangan penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah kajian eksperimental semu (modelling experiment) dengan menggunakan perangkat lunak komputer Autodesk Inventor untuk membuat geometri, MATLAB digunakan untuk mencari koordinat optimal NACA Airfoil dan ANSYS untuk mengetahui distribusi aliran fluida unjuk kerja turbin Kaplan terhadap pengaruh dari variabel bebas yaitu Jumlah blade dan NACA airfoil, serta variabel terikat pada penelitian ini adalah Head, Debit Diameter penstock, kecepatan aliran.

(Dokumen Pribadi: blade turbin Kaplan)

Model Computational Fluid Dynamics (CFD) 3D dari blade turbin Kaplan dengan airfoil NACA4412, NACA6409, NACA2412, dan NACA0012. Koordinat hasil design blade digambar di CAD (SolidWork) kemudian dianalisis untuk mengetahui nilai torsi dan kecepatan angular.  

Dari hasil simulasi koordinat NACA menggunakan software MATLAB kemudian di design menggunakan CAD (Computer Aided Design) dengan software SolidWork. Berikut gambar blades turbin Kaplan: 

(Dokumen Pribadi: hasil Ansys)

Dari penelitian yang dilakukan dari variasi NACA4412, NACA6409, NACA2412, dan NACA0012 didapatkan bahwa nilai torsi dan angular velocity meningkat dibandingkan dengan design blades turbin pleton tanpa mengunakan NACA Airfoil.  Dari keempat variasi NACA tersebut diperoleh nilai tertinggi untuk unjuk kerja turbin Kaplan yaitu NACA4412 dengan jumlah blades 5. Untuk penelitian selanjutnya dengan mempertimbangkan pemilihan head karena fluktuasi head/ tekanan actual akan dinamis tidak tetap. Dengan mepertimbangn fluktuasi head diharapkan diperoleh rata-rata efisisensi yang optimal.