Perpustakaan Digital ITB
Meningkatnya kebutuhan energi listrik pada masa kini, membutuhkan beberapa alternative daya dan penyimpanan energi listrik. Dengan perkembangan teknologi baterai saat ini terutama baterai jenis Li-ion, masih memiliki kekurangan dalam hal densitas energi sehingga terdapat insentif untuk mengembangkan sistem yang dapat menggunakan energi yang tersimpan pada bahan bakar, namun memiliki ukuran kecil, sehingga dapat digunakan pada perangkat yang umumnya menggunakan baterai. Salah satu sistem yang dapat dikembangkan untuk memenuhi keperluan tersebut adalah turbin gas ultra mikro. Turbin gas ultra mikro merupakan sistem konversi energi yang berbasis siklus Brayton. Gas turbin paling sederhana terdiri atas tiga komponen utama, yakni kompresor, ruang bakar, dan turbin.
Perancangan turbin daya aksial satu tingkat gas turbin ultra mikro dilakukan berawal dari perancangan siklus parametrik. Setelah didapatkan peta performa pada beberapa titik, dapat ditentukan titik perancangan sebagai titik yang memiliki potensi terbaik secara termodinamik. Dengan adanya titik perancangan termodinamika, dapat dilakukan perancangan turbin daya aksial satu tingkat, dengan memperhatikan masukan dari titik perancangan serta dari komponen lain, terutama kompresor, serta ruang bakar.
Turbin daya aksial satu tingkat dirancang untuk menggerakan generator motor listrik BLDC yang akan menghasilkan daya sebesar 600 watt, berdasarkan siklus parametrik dari turbocharger GT 2025 dan ruang bakar. Untuk menggerakan turbin daya aksial satu tingkat maka pemanfaatannya berdasarkan gas buang dari turbin pada turbocharger GT2052 yang memiliki nilai efisiensi 70%. Turbin daya aksial satu tingkat hasil rancangan di harapkan dapat mempunyai nilai efisiensi sebesar 90 % dan dapat menyuplai daya ke generator motor listrik BLDC sebesar 600 watt, turbin daya aksil satu tingkat dipilih sebagai desain rancangan, dengan perbandingan aspek rasio di bilah stator dan rotor bernilai sama, tujuannya yaitu untuk mempermudah dalam proses manukfaktur.
Perancangan turbin aksial satu tingkat ini berdasarkan dari titik desain yang telah disepakati bersama tim riset UMGT, yaitu massa aliran (?) 0,08574 kg/s, dengan tekanan total pada inlet sebesar 110983,7531 Pa, tekanan total pada outlet 106024,9654 Pa, temperature total inlet 791,923 K, dengan rotasi putar 12400 rpm. Hasil analisi perhitungan didapatkan jumlah bilah pada stator yaitu 32 dan jumlah bilah rotor 33, tinggi anulus 0,01 m dan diameter 0,14 m. Metode yang digunakan dalam memprediksi nilai perfoma pada turbin aksial satu tingkat ini adalah metode analisis free fortex dengan tahapan pembobotan 50% tahapan reaksi, dan variasi reaksi (R) turbin aksial (R.I Lewis, 1996).
Desain bilah turbin untuk stator dan rotor menggunakan perangkat lunak Cascade, airfoil yang digunakan adalah NACA 0012, garis camber pada airfoil dua dimensi menggunakan tipe busur lingkaran dengan skala ketebalan profil 1.5 dan bentuk profil dari bilah stator dan rotor di puntir. Setalah didapatkan profil dari bilah stator dan rotor, selanjutnya dianalasis menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD) Ansys CFX 2019, untuk mendesain dan mengoptimalkan turbomachinery turbin daya, penggunaan Ansys CFX karena memeliki akurasi untuk turbomachinery dengan validasi industry yang luas, efisiensi yang didapat pada simulasi ini yaitu lebih 97%, lebih besar dari metode analitis R.I Lewis. Daya yang dihasilkan 613,93 watt dengan masa aliran udara 0,086 kg/s, rasio tekanan 1,033 bar dan penurunan temperature 6,63 K.
Turbin daya aksial satu tingkat pada turbin gas ultra mikro ini dapat dimanfaatkan sebagai pengganti baterai pada UAV, yaitu sumber energi portable termasuk menjadi sumber daya untuk UAV (Unmaned Aerial Vehicle). Turbin gas memiliki rasio daya terhadap berat yang tinggi sehingga sangat cocok menjadikan system hybrid bersama motor listrik UAV.