Studi Numerik Pengaruh Rasio Diameter Runner & Basin dengan Variasi Sudut Stagger 0, 5, 10, 15, dan 20 Terhadap Performa Vortex Water Turbine

Ni Nyoman, Kensari Dharmaputri (2024) Studi Numerik Pengaruh Rasio Diameter Runner & Basin dengan Variasi Sudut Stagger 0, 5, 10, 15, dan 20 Terhadap Performa Vortex Water Turbine. Diploma thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 2039201079_Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 October 2026. Download (7MB) | Request a copy

Abstract

Posisi Indonesia sebagai salah satu negara yang memiliki kualitas udara terburuk di dunia merupakan permasalahan yang harus diperhatikan dengan saksama. Menurut Dirjen Pengendalian Pencemaran dan Kerusakan Lingkungan, tingginya polusi udara di Indonesia disebabkan oleh pembakaran batu bara yang dilakukan oleh Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Salah satu langkah yang dapat dilakukan untuk memperbaiki kualitas udara di Indonesia adalah dengan mengganti batu bara sebagai bahan bakar pembangkit listrik dengan sumber daya terbarukan. Indonesia memiliki potensi yang sangat besar untuk menghasilkan listrik menggunakan energi terbarukan, salah satunya adalah air. Salah satu jenis pembangkit listrik yang menggunakan tenaga air adalah PLTMH (Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro). Pengoperasian PLTMH menggunakan turbin vortex dinilai sangat sesuai dengan kondisi perairan Indonesia karena tidak memerlukan head yang tinggi dan debit yang besar. Prinsip kerja PLTMH dengan turbin vortex adalah air memasuki sebuah inlet yang berukuran besar dan bergerak melalui saluran menuju sebuah basin kemudian bergerak secara tangensial menuju outlet. Penelitian ini bertujuan mencari performa turbin vortex terbaik dengan melakukan analisis dari hasil simulasi numerik pada variasi diameter dan sudut stagger runner turbin. Penggambaran runner serta basin menggunakan software Solidworks sedangkan simulasi numerik menggunakan Computational Fluid Dynamics dengan software Ansys Fluent 2024 R1. Proses simulasi dimulai dengan melakukan validasi hasil simulasi numerik menggunakan Grid Independency Test (GIT) untuk mendapatkan jumlah elemen meshing serta model viskos yang paling mendekati hasil eksperimen. Selanjutnya, penelitian ini akan melakukan simulasi pada rasio diameter basin dan runner sebesar 0,6; 0,7; 0,8; dan 0,9 dengan sudut stagger 0° pada kapasitas 500 Lpm. Hasil yang diperoleh adalah rasio diameter 0,7 pada stagger 0° menghasilkan performa turbin terbaik dibanding rasio lainnya, dengan efisiensi sebesar 43,7%. Berdasarkan hasil tersebut, dilakukan penambahan sudut stagger runner, yaitu stagger 0°, 5°, 10°, 15°, dan 20° pada rasio diameter basin dan runner sebesar 0,7 dan diperoleh bahwa stagger 15° menghasilkan performa paling baik dengan efisiensi sebesar 51,98% pada putaran turbin sebesar 60 rpm dan kapasitas 500 Lpm. Setelah itu, dilakukan perbandingan performa pada rasio diameter 0,7 dan 0,8 menggunakan stagger 15° pada kapasitas 500 Lpm. Hasil yang didapatkan adalah rasio diameter runner dan basin 0,7 tetap memiliki performa turbin tertinggi. Hal ini dikarenakan gaya dorong yang dihasilkan pada advancing dan returning blade lebih besar dibanding rasio dan stagger lainnya sehingga memiliki torsi terbesar dan mempengaruhi besarnya daya turbin, efisiensi, dan coefficient of Power turbin.
==============================================================================================
Indonesia's position as one of the countries with the worst air quality in the world is a problem that must be considered carefully. According to the Director General of Pollution Control and Environmental Damage, the high air pollution in Indonesia is caused by the burning of coal by Steam Power Plants (PLTU). One of the steps that can be taken to improve air quality in Indonesia is to replace coal as a fuel for power plants with renewable resources. Indonesia has enormous potential to generate electricity using renewable energy, one of which is water. One type of power plant that uses hydropower is PLTMH (Microhydro Power Plant). The operation of MHP using vortex turbines is considered very suitable for the conditions of Indonesian waters because it does not require high head and large discharge. The working principle of MHP with a vortex turbine is that water enters a large inlet and moves through a channel to a basin then moves tangentially to the outlet. This study aims to find the best vortex turbine performance by analyzing the results of numerical simulations on variations in the diameter and angle of the turbine runner stagger. The runner and basin were drawn using Solidworks software while the numerical simulation used Computational Fluid Dynamics with Ansys Fluent 2024 R1 software. The simulation process begins by validating the numerical simulation results using the Grid Independency Test (GIT) to obtain the number of meshing elements and the viscous model that is closest to the experimental results. Furthermore, this study will simulate the ratio of basin and runner diameters of 0.6; 0.7; 0.8; and 0.9 with a stagger angle of 0° at a capacity of 500 Lpm. The result obtained is that the diameter ratio of 0.7 at 0° stagger produces the best turbine performance compared to other ratios, with an efficiency of 43,7%.Based on these results, the addition of runner stagger angles, namely 0°, 5°, 10°, 15°, and 20° stagger at a basin and runner diameter ratio of 0.7 and it was found that a 15° stagger produced the best performance with an efficiency of 51,98% at a turbine rotation of 60 rpm and a capacity of 500 Lpm. After that, a performance comparison was carried out at a diameter ratio of 0.7 and 0.8 using a 15° stagger at a capacity of 500 Lpm. The result obtained is that the runner and basin diameter ratio of 0.7 still has the highest turbine performance. This is because the thrust generated at the advancing and returning blades is greater than the other ratios and stagger so that it has the largest torque and affects the amount of turbine power, efficiency, and coefficient of Power turbine.

Item Type:	Thesis (Diploma)
Uncontrolled Keywords:	Turbin Vortex, Computational Fluid Dynamics, dan Runner Turbin ============================================================ Vortex Turbine, Computational Fluid Dynamics, and Runner
Subjects:	T Technology > TA Engineering (General). Civil engineering (General) > TA357 Computational fluid dynamics. Fluid Mechanics T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ266 Turbines. Turbomachines (General) T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ808 Renewable energy sources. Energy harvesting.
Divisions:	Faculty of Vocational > Mechanical Industrial Engineering (D4)
Depositing User:	Ni Nyoman Kensari Dharmaputri
Date Deposited:	05 Aug 2024 08:44
Last Modified:	05 Aug 2024 08:44
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/111354

Actions (login required)

View Item