JURNAL INTEGRASI Vol. 7, No. 1, 2015, 40-44 ISSN: 2085-3858 Article History Received February, 2015
Accepted March, 2015
Studi Gaya Drag dan Lift pada Blade Profile NACA 0018 Turbin Arus Laut Sumbu Vertikal
Mufti Fathonah Muvariz * ,  Wowo Rossbandrio *
 Batam Polytechnics
Mechanical Engineering Engineering study Program Parkway Street, Batam Centre, Batam 29461, Indonesia E-mail: mufti@polibatam.ac.id, wowo@polibatam.ac.id
Abstrak: Untuk  menghasilkan  energi  listrik,  energi  fosil  masih  menjadi  sumber  utama  pembangkit  listrik. Diperkirakan  untuk  beberapa  puluh  tahun  kedepan  energi  fosil  akan  habis.  Untuk  mengatasi  kebutuhan  masa depan  diperlukan  energi  baru  dan  terbarukan.  Diantara  sumber  energi  baru  dan  terbarukan  yang  belum  di manfaatkan secara luas adalah energi air, terutama dari arus laut. Pada penelitian ini studi performa pada blade profil NACA 0018 dilakukan. Kecepatan arus yang digunakan pada penelitian ini adalah berdasarkan penelitian Noir et al [1]. Performa blade profile NACA 0018 di analisa dengan pendekatan Computational Fluid Dynamic (CFD). Didapatkan hasil berupa nilai gaya drag dan lift serta koefisien drag dan lift .
Kata kunci: NACA 0018, CFD, drag, lift
Abstract: To  generate  electrical  energy  ,  fossil  energy  remains  a  major  source  of  electricity  generation  .  It  is estimated that for the next few decades fossil fuels will run out. To address the future needs of new and renewable energy required. Among the new and renewable energy sources are not yet widely utilized is the energy of water , especially of ocean currents. In this study the performance of a study on the blade NACA 0018 profile done. Flow velocity  used in this study is based on Noir et al [ 1 ] research. Performance blade NACA 0018 profile in the analysis with Computational Fluid Dynamic approach ( CFD ). The results obtained in the form of value drag and lift force as well as drag and lift coefficients .

## Keywords : NACA 0018, CFD, drag, lift

## 1 Introduction
Sejalan dengan perkembangan teknologi dan industri saat  ini,  kebutuhan  akan  energi  untuk  mendukung perkembangan teknologi dan industri juga meningkat. Energi  diperlukan  untuk  membangkitkan  sumber listrik  untuk  menjalankan  roda  perekonomian  dan perindustrian.  Ini  menjadikan  energi  menjadi  unsur terpenting  dalam  perkembangan  sebuah  negara ataupun daerah.
Untuk menghasilkan energi listrik, energi fosil masih menjadi  sumber  utama  pembangkit  listrik.  Energi fosil  yang  umumnya  digunakan  untuk  pembangkit listrik  adalah  minyak  bumi,  gas  alam  dan  batu  bara. Ketiga energi fosil ini termasuk kedalam energi yang terbatas  di  alam  dan  tidak  dapat  diperbaharui. Diperkirakan  untuk  beberapa  puluh  tahun  kedepan energi  fosil  akan  habis.  Untuk  mengatasi  kebutuhan masa depan diperlukan energi baru dan terbarukan.
Pada  saat  ini  telah  banyak  dikembangkan  sumber energi  baru  dan  terbarukan.  Sumber  energi  baru  dan terbarukan  didapatkan  dari  pemanfaatan  fenomena alam seperti energi matahari, energi angin, energi air, panas  bumi  dan  nuklir.  Ketersediaan  energi  ini berlimpah,  tidak  akan  habis  dipakai  dan  dapat digunakan  sepanjang  waktu.  Diantara  sumber  energi yang belum di  manfaatkan secara luas adalah energi air, terutama dari laut.
Indonesia  sebagai  negara  maritim  memiliki  luas wilayah laut 70% dari total wilayah negara. Wilayah laut yang luas ini memiliki potensi yang besar untuk menangkap  energi  yang  ada  menjadi  energi  listrik. Salah  satu  fenomena  yang  ada  di  laut  yang  dapat menghasilkan energi listrik adalah arus laut. Arus laut merupakan  fenomena  dimana  terjadi  pergerakan massa  air  laut.  Pergerakan  massa  air  laut  ini diakibatkan  oleh  pasang  surut  air  laut,  gelombang,
dan perbedaan salinitas. Pergerakan massa air laut ini kemudian  dikonversikan  melalui  turbin  untuk menghasilkan energi listrik.
Kepulauan  Riau  merupakan  propinsi  yang  memiliki luas lautan yang besar. Terdiri dari pulau-pulau yang membentang dari Kepulauan Karimun dan Kepulauan Natuna.  Dengan  luasnya  wilayah  kepulauan  riau  ini tersimpan  potensi  energi  dari  laut,  yaitu  energi  arus laut. Gambar 1 berikut merupakan potensi energi arus laut di Indonesia berdasarkan penelitian Noir et al [1].
Gambar 1. Potensi Energi Arus Laut di Indonesia
Untuk  mengkonversi  energi  arus  laut  diperlukan turbin.  Jenis  turbin  ada  tiga,  turbin  sumbu  vertikal, turbin sumbu horizontal, dan turbin aliran silang [2]. Pada penelitian ini tipe turbin yang digunakan adalah turbin  sumbu  vertikal  dengan  jenis  Darrieus.  Tipe darrieus  dikembangkan  dengan  menggunakan blade airfoil dengan  memanfaatkan  gaya  angkat  yang dihasilkan oleh bentuk airfoil .
Beberapa  penelitian  sebelumnya  telah  dilakukan dalam  berbagai  aspek.  Herraprastansi  dkk  [3] melakukan  analisa  hidrodinamika  pada  Eppler  818 Hydrofoil  dengan  menggunakan  aplikasi  Gambit. Sudargana  dan  Syaiful  [4]  melakukan  analisa  blade profil NACA 0015 untuk turbin arus laut Darrieus dan Gorlov dengan pendekatan aplikasi CFD Fluent.
Penelitian  ini  dilakukan  untuk  melihat  bagaimana pengaruh  sudut  serang  (  α  )  terhadap  distribusi tekanan
(P)  sekeliling  airfoil,  serta  untuk  mengetahui hubungan  yang  terjadi  antara  gaya  angkat  yang dihasilkan,  koefisien  angkat  (  C L )  dan  koefisien hambat ( C D ) terhadap sudut serang yang bervariasi antara 0 o sampai dengan 15 o .

## 2 Gaya Drag dan Lift
Airfoil    dalam  bahasa  inggris  adalah  suatu  bentuk sayap atau pisau (dari baling–baling, rotor atau turbin). NACA  airfoil    adalah  bentuk  sayap  pesawat  terbang yang dikembangkan oleh Komite Penasihat Nasional untuk  Aeronautika  (NACA).  Pada  penelitian  ini digunakan  profil  NACA  0018.  Kualitas  unjuk  kerja
dari  sudu-sudu  yang  airfoil  ini  biasanya  dinyatakan dalam harga koefisien gaya drag ( C D ) dan gaya lift ( C L ). Gaya lift adalah gaya yang arahnya tegak lurus aliran yang mengenai suatu bentuk airfoil. Gaya drag adalah  gaya  yang  sejajar  dengan  aliran  fluida  yang mengenai suatu bentuk airfoil. Besarnya masing-masing gaya tersebut adalah:
Lift Coefficient
(1)
Drag Coefficient
(2)
di  mana  L  dan  D  masing-masing  gaya  angkat  dan gaya tarik, C l dan C d masing-masing koefisien angkat dan  tarik  airfoil,  c  adalah  panjang chord  airfoil ,  V adalah kecepatan arus laut , ρ adalah densitas air.
3 Metodologi Penelitian
dilakukan dengan pendekatan computational  fluid  dynamic  (CFD)  menggunakan aplikasi  Solidwork-Flow  Simulation  2013.  Gambar profil  NACA  0018  didapat  dari  website  [5]  berikut. Gambar  2  berikut  merupakan  tampilan  data  NACA 0018 pada website yang dijadikan sebagai referensi.

## Gambar 2. Tampilan data NACA 0018 pada website [5]
Dari  data  kemudian  di  desain  di  Solidwork  sesuai dengan data yang ada pada website. Gambar 3 berikut merupakan desain blade pda Solidworks.
Gambar 3. Desain blade pada Solidwork
Langkah  berikutnya  adalah  simulasi  aliran  dengan menggunakan  salah  satu  fitur  yang  ada  pada Solidworks,  yaitu  Flow  Simulation.  Berikut  ini merupakan  langkah-langkah  pengerjaan  di  Flow Simulation:
a. Menentukan sistem satuan dan aliran eksternal. Langkah  ini  menggunakan  default  yang  sudah ada pada aplikasi.
b. Menentukan jenis fluida dan karakteristik aliran. Pada  penelitian  ini  jenis  fluida  yang  digunakan adalah  air  dan  karakteristik  aliran  yang digunakan adalah laminar dan turbulen.
c. Menentukan  kondisi  dinding.  Menggunakan default yang sudah ada.
d. Menentukan kecepatan aliran. Kecepatan aliran adalah 1 m/s diambil dari penelitian [1].
e. Menentukan  hasil  dan  resolusi  geometri.  Nilai yang  digunakan  pada  penelitian  ini  untuk resolusi geometri adalah angka 7.
f. Menentukan fluid domain. Gambar 4 merupakan penentuan daerah fluida ( fluid domain ). Harga a adalah  1x  panjang  chord  blade,  harga  b  adalah 1.5 x panjang chord blade, dan harga c adalah 4 x panjang chord blade.
Gambar 4. Fluid Domain
g. Menentukan Goal . Pada penelitian ini hasil yang didapat  berupa  gaya drag dan  gaya lift .  Untuk perhitungan  koefisien drag dan koefisien lift dilakukan penginputan rumus pada apliaksi.
h. Langkah terakhir adalah running apliasi.

## Gambar 5. Mesh pada fluid domain
Penelitian  ini  menggunakan  mesh  yang  terstruktur. Mesh terstruktur  maksudnya  adalah bentuk dan pola grid yang ada pada fluid domain maupun profil blade,
disusun dari grid berbentuk kotak-kotak yang. Proses meshing  pada  simulasi  merupakan  langkah  yang paling penting. Proses ini akan menentukan hasil dari simulasi memberikan gambaran yang baik atau tidak. Untuk  aplikasi  flow  simulation  proses  mesh dilakukan secara otomatis dari aplikasi tersebut.

## 4 Hasil dan Pembahasan
Dari  hasil  simulasi  di  flow  simulation  solidwork didapatkan berupa harga gaya drag dan gaya lift . Nilai ini didapatkan dari perhitungan pada aplikasi. Gambar 6  merupakan  grafik  perbandingan  antara  gaya  drag dengan  gaya  lift.  Dari  grafik  di  dapatkan  bahwa semakin  besar  α  maka  semakin  besar  gaya  yang terjadi pada blade. Untuk gaya lift, terjadi penurunan nilai pada  saat α =  20 o .  Gambar  7  menunjukkan  hal yang  sama  untuk  masing-masing  koefisien  terhadap kenaikan nilai α.
Gambar 6. Grafik perbandingan gaya drag dan lift

## Gambar 7. Grafik perbandingan koefisien drag dan lift
Hasil simulasi didapatkan berupa tampilan distribusi tekanan di daerah sekitar profil blade dengan variasi angle of attack (α). Tampilan distribusi tekanan dapat dilihat pada Gambar 8 – Gambar 12. Dari gambar di dapatkan  bahwa  terjadi  perbedaan  distribusi  tekanan pada blade. Perbedaan ini diakibatkan oleh perbedaan α.  Harga  tekanan  yang  terjadi  pada  blade berbeda-beda. Didapatkan tekanan tertinggi pada saat α  =  0 o .  Ini  diakibatkan  oleh  aliran  fluida  yang mengalir  tegak  lurus  tepat  mengenai  bagian  leading edge  dari  blade.  Dari  gambar  juga  dapat  dikatakan bahwa  dengan    kenaikan  harga  α  maka  distribusi tekanan pada blade berbeda-beda.
Gambar 8. Pressure contour saat α = 0 o
Gambar 9. Pressure contour saat α = 5 o
Gambar 10. Pressure contour saat α = 10 o
Gambar 11. Pressure contour saat α = 15 o
Gambar 12. Pressure contour saat α = 20 o

## 5 Kesimpulan
Untuk  mengatasi  kebutuhan  masa  depan  diperlukan energi  baru  dan  terbarukan.  Diantara  sumber  energi baru dan terbarukan yang belum di manfaatkan secara luas  adalah  energi  air,  terutama  dari  arus  laut.  Arus laut  dikonversi  menjadi  energi  menggunakan  turbin yang  memanfaatkan  gaya  lift,  yaitu  turbin  Darrieus dan  Gorlov.  Pada  penelitian  ini  studi  performa  pada blade  profil  NACA  0018  dilakukan.  Performa  blade profile  NACA  0018  di  analisa  dengan  pendekatan Computational  Fluid  Dynamic  (CFD).  Didapatkan hasil  berupa  semakin  besar  α  maka  semakin  besar gaya yang terjadi pada blade. Begitu juga untuk harga koefisien drag dan lift.  Dari gambar 8-10 juga dapat dikatakan  bahwa  dengan    kenaikan  harga  α  maka distribusi tekanan pada blade berbeda-beda.

## Acknowledgment
Penulis  berterima  kasih  atas  peran  yang  diberikan oleh  Laboratorium  Komputer  Teknik  Mesin  yang telah  memberikan  kesempatan  untuk  menggunakan komputer dan aplikasi Solidworks.

## References
[1] Noir P. Purba et al., 2015, Suitable Locations of Ocean  Renewable  Energy  (ORE)  in  Indonesia Region – GIS Approached, Energy Procedia Vol
65 , pp 230 – 238.
[2] M.J.  Khan  et  al.,  2009,  Hydrokinetic  energy conversion systems and assessment of horizontal and  vertical  axis  turbines  for  river  and  tidal applications: A technology status review, Applied
Energy Vol 86 , pp 1823–1835.
[3] Herraprastansi,  E.H.,  dkk,  2014,  Analisis Hidrodinamika  Hidrofoil  dengan  Menggunakan Perangkat  Lunak  CFD  (Computational  Fluid Dynamic), Prosiding SNATIF – Fakultas Teknik –
Universitas Muara Kudus , Hal 105-112.
[4] Sudargana dan Syaiful, 2011, Analisa
Karakteristik  Hidrodinamik  Hydrofoil  NACA
0015 Menggunakan Computational Fluid
Dynamic, ROTASI  (Jurnal  Teknik  Mesin)  –  Vol.
13, No. 3 , Hal 5-8
[5] NACA 0018 – il http://airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=naca
0018-il (diaskses pada tanggal 11-05-2015)