Electronic Theses and Dissertation

Seiring dengan meningkatnya kebutuhan energi berkelanjutan, turbin hidro water vortex hadir sebagai solusi inovatif untuk mengatasi rendahnya efisiensi dan dampak lingkungan turbin konvensional. Turbin ini memanfaatkan pusaran air alami untuk meningkatkan ekstraksi energi dengan dampak lingkungan yang lebih rendah. Penelitian ini berfokus pada desain dan simulasi Computational Fluid Dynamics (CFD) guna mengoptimalkan kinerja turbin, serta mengkaji tantangan pemilihan material, integritas struktural, dan proses manufaktur sudu. Hasil penelitian diharapkan memberikan kontribusi nyata dalam pengembangan teknologi turbin hidro water vortex yang aplikatif. Adapun hasil dari penelitian ini yaitu turbin dengan sudut sudu 90° terbukti paling efektif dalam menghasilkan torsi dan tegangan maksimal, karena memungkinkan fluida mengenai sudu dengan sudut serang optimal. Jumlah sudu juga berpengaruh signifikan, yaitu peningkatan jumlah sudu dari 3 ke 6 sudu menghasilkan distribusi aliran yang lebih stabil dan merata pada sumbu XY dan XZ, yang berdampak pada peningkatan torsi dan daya keluaran. Hal ini terlihat jelas pada konfigurasi 6 sudu yang memiliki nilai daya tertinggi. Konfigurasi 6 sudu menghasilkan kinerja terbaik pada bukaan valve 100%, mencapai tegangan maksimum 29 Vdc pada kecepatan air 1,46 m/s. Sebaliknya, pada bukaan valve 75%, tegangan tertinggi sebesar 22,22 Vdc dicapai dengan konfigurasi 5 sudu. Selain itu, penambahan jumlah sudu secara umum meningkatkan performa turbin vortex, meskipun menyebabkan sedikit penurunan kecepatan sudut.

Along with the increasing need for sustainable energy, water vortex hydro turbines have emerged as an innovative solution to address the low efficiency and environmental impact of conventional turbines. These turbines utilize natural water vortices to enhance energy extraction with a lower environmental footprint. This study focuses on the design and Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation to optimize turbine performance, as well as examining challenges related to material selection, structural integrity, and blade manufacturing processes. The results of the study are expected to make a tangible contribution to the development of practical water vortex hydro turbine technology. The findings of this research show that turbines with a 90° blade angle are proven to be the most effective in generating maximum torque and voltage, as they allow fluid to strike the blades at an optimal angle of attack. The number of blades also has a significant effect, as increasing the number of blades from 3 to 6 results in a more stable and uniform flow distribution along the XY and XZ axes, which impacts increased torque and output power. This is clearly seen in the 6-blade configuration, which has the highest power value. The 6-blade configuration delivers the best performance at a valve opening of 100%, reaching a maximum voltage of 29 Vdc at a water velocity of 1.46 m/s. Conversely, at a valve opening of 75%, the highest voltage of 22.22 Vdc is achieved with the 5-blade configuration. Additionally, generally increasing the number of blades enhances the performance of the vortex turbine, although it causes a slight reduction in angular velocity.