Septyaningrum, Erna (2018) Studi Eksperimental Counter-Rotating Turbine Dalam Konfigurasi Array Turbin Hidrokinetik Tipe Darrieus Straight-Blade. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
Preview |
Text
2415202201-Master_Thesis.pdf - Accepted Version Download (4MB) | Preview |
Abstract
Pembangkit listrik modern menggunakan konfigurasi array turbin untuk memenuhi target produksi dan memaksimalkan proses ektraksi energi di lokasi yang potensial. Performansi dari masing-masing turbin dalam konfigurasi array sangat dipengaruhi oleh kecepatan freestream, posisi turbin dan jarak antar turbin. Berbagai penelitian telah dilakukan untuk mengkaji masalah ini. Sementara itu, studi yang dilakukan ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh arah rotasi terhadap performansi turbin dan menentukan konfigurasi array turbin yang memberikan peningkatan efektifitas farm. Studi eksperimental dilakukan dengan menggunakan prototipe turbin vertikal aksis tipe Darrieus Straight-blade Cascaded yang diuji pada towing tank. Lima konfigurasi turbin diuji pada studi ini, yaitu konfigurasi dua turbin, yang terdiri dari: konfigurasi ¬co-rotating, konfigurasi counter-rotating keluar, dan konfigurasi counter-rotating masuk, serta konfigurasi tiga turbine yang terdiri dari: konfigurasi tiga turbin A (3T-A) dan konfigurasi tiga turbin B (3T-B). Kinerja dari masing-masing konfigurasi dipengaruhi oleh interakis aliran yang terjadi antar turbin. Interaksi aliran tersebut menyebabkan superposisi kecepatan (antara kecepatan induksi dan kecepatan freestream) dan menyebabkan munculnya efek kanal (jet-type flowfield) sehingga terjadi percepatan aliran. Hal ini juga menyebabkan perbedaan nilai intensitas turbulensi pada masing-masing konfigurasi. Untuk konfigurasi dua turbin, konfigurasi ¬co-rotating lebih direkomendasikan karena menghasilkan nilai efektifitas farm yang cukup tinggi dan tidak dipengaruhi oleh arah aliran freestream. Nilai efektifitas farm untuk konfigurasi co-rotating mencapai 1,33 pada kecepatan 1,3 m/s dan cross-stream distance 1,5D. Ekstraksi energi oleh kedua turbin mengakibatkan munculnya daerah wake. Berdasarkan hasil simulasi numerik diketahui bahwa panjang daerah wake untuk masing-masing konfigurasi tidak jauh berbeda. Penurunan kecepatan pada daerah wake kira-kira 10% pada jarak X/D=5. Sehingga pengaruh wake sudah berkurang dan turbin downstream dapat dipasang pada jarak tersebut. Namun pada daerah Y/D=0 (daerah interaksi aliran), penurunan kecepatan sudah dibawah 10% pada jarak X/D=2. Sementara itu, konfigurasi 3T-A memiliki perfomansi yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan konfigurasi 3T-B. Hal ini terjadi karena tubin C pada konfigurasi 3T-B bekerja pada daerah wake turbin upstream sehingga kinerjanya kurang baik walaupun pengaruh buruk wake sudah tereduksi. Sementara itu, turbin downstream (turbin A dan B) pada konfigurasi 3T-A bekerja berdampingan sehingga interaksi aliran antara keduanya dapat mengurangi pengaruh buruk wake dari turbin upstream (turbin A). ==========
ERNA
SEPTYANINGRUM
NRP.
2415 202 201
DOSEN PEMBIMBING
Dr. Ridho
Hantoro
, S
.
T., M
.
T.
PROGRAM MAGISTER
BIDANG KEAHLIAN REKAYASA ENERGI TERBARUKAN
DEPARTEMENT
TEKNIK FISIKA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
201
8
Tesis
–
TF142
5
20
STUDI EKSPERIMENTAL
COUNTER
-
ROTATING
TURBINE
DALAM KONFIGURASI
ARRAY
TURBIN
HIDROKINETIK TIPE DARRIEUS
STRAIGHT
-
BLADE
ii
iii
LEMBAR PENGESAHAN
Tesis ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Magister
Teknik (M.T.)
di
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
oleh:
Erna Septyaningrum
NRP. 241520
2201
Tanggal Ujian: 1
5
Januari 2018
Periode Wisuda: Maret 2018
Disetujui oleh:
1.
Dr. Ridho Hantoro, S.T., M.T.
NIP. 19761223 200501 1 001
____________
(Pembimbing)
2.
Ir. Harsono Hadi, M.T., Ph.D.
NIP. 19600119 198601 1 001
____________
(Penguji)
3.
Gunawan Nugroho, S.T., M.T., Ph.D.
NIP. 19771127 200212 1 002
____________
(Penguji)
4.
Totok Ruki Biyanto, S.T., M.T., Ph.D.
NIP. 19710702 199802 1 001
____________
(Penguji)
Dekan Fakultas Teknologi Industri,
Dr. Bambang Lelono Widjiantoro, S.T., M.T.
NIP. 19690507 199512
1
001
iv
v
STUDI EKSPERIMENTAL
COUNTER
-
ROTATING TURBINE
DALAM KONFIGURASI
ARRAY
TURBIN HIDROKINETIK
TIPE DARRIEUS
STRAIGHT
-
BLADE
Nama Mahasiswa
: Erna Septyaningrum
NRP
: 2415 202 201
Pembimbing
: Dr. Ridho Hantoro, ST., MT.
ABSTRAK
Pembangkit listrik modern menggunakan konfigurasi
array
turbin untuk
memenuhi tar
get produksi dan memaksimalkan proses ektraksi energi di lokasi
yang potensial
. Performansi dari masing
-
masing turbin dalam konfigurasi
array
sangat dipengaruhi oleh kecepatan
freestream,
posisi turbin dan jarak antar turbin.
Berbagai penelitian telah dilakukan untuk mengkaji masalah ini. Sementara itu,
studi yang dilakukan ini bertujuan untuk
mengetahui pengaruh arah rotasi terhadap
performansi turbin dan menentukan konfiguras
i
array
turbin yang memberikan
peningkatan
efektifitas
farm
.
Studi eksperimental dilakukan dengan menggunakan
prototipe turbin vertikal aksis tipe Darrieus
Straight
-
blade
Cascaded
yang diuji
pada
towing tank.
Lima konfigurasi turbin diuji pada studi ini, yaitu
konfigurasi dua
turbin, yang terdiri dari:
konfigurasi
co
-
rotating,
konfigurasi
counter
-
rotating
keluar
,
dan konfigurasi
counter
-
rotating
masuk, serta konfigurasi tiga turbine yang
terdiri dari: konfigu
rasi tiga turbin A (3T
-
A) dan ko
nfigurasi tiga turbin B (3T
-
B).
Kinerja dari masing
-
masing konfigurasi dipengaruhi oleh interakis aliran yang
terjadi antar turbin. Interaksi aliran tersebut menyebabkan superposisi kecepatan
(antara kecepatan induksi dan ke
cepatan
freestream
) dan menyebabkan munculnya
efek kanal (
jet
-
type
flowfield
) sehingga
terjadi percepatan aliran. Hal ini juga
menyebabkan perbedaan nilai intensitas turbulensi pada masing
-
masing
konfigurasi.
Untuk
konfigurasi dua turbin, konfigurasi
co
-
r
otating
lebih
direkomendasikan karena menghasilkan nilai
efektifitas
farm
yang cukup tinggi
dan tidak dipengaruhi oleh arah aliran
freestream.
Nilai
efektifitas
farm
untuk
konfigurasi
co
-
rotating
mencapai 1,33 pada kecepatan 1,3 m/s dan
cross
-
stream
distance
1,5D.
Ekstraksi energi oleh kedua turbin mengakibatkan munculnya
daerah
wake.
Berdasarkan hasil simulasi numerik diketahui bahwa panjang daerah
wake
untuk masing
-
masing konfigurasi tidak jauh berbeda. Penurunan kecepatan
pada daerah
w
ake
kira
-
kira 10% pada jarak X/D=5. Sehingga pengaruh
wake
sudah
berkurang dan turbin
downstream
dapat dipasang pada jarak tersebut. Namun
pada
daerah Y/D=0 (daerah interaksi aliran), penurunan kecepatan sudah dibawah 10%
pada jarak X/D=2.
Sementara itu, k
onfigurasi 3T
-
A memiliki perfomansi yang
lebih tinggi jika dibandingkan
dengan konfigurasi 3T
-
B. Hal ini terjadi karena tubin
C pada konfigurasi 3T
-
B bekerja pada daerah
wake
turbin
upstream
sehingga
kinerjanya kurang baik walaupun pengaruh buruk
wake
suda
h tereduksi. Sementara
itu, turbin
downstream
(turbin A dan B) pada konfigurasi 3T
-
A bekerja
vi
berdampingan sehingga interaksi aliran antara keduanya dapat mengurangi
pengaruh buruk
wake
dari turbin
upstream
(turbin A)
.
Kata kunci:
Darrieus
straight
-
blade
cascaded
,
counter
-
rotating
,
co
-
rotating,
konfigurasi
array
,
efektifitas
farm
.
vii
EXPERIMENTAL STUDY OF COUNTER
-
ROTATING TURBINE
IN DARRIEUS STRAIGHT
-
BLADE TURBINE
ARRAY
CONFIGURATION
Name
: Erna Septyaningrum
Student’s Number
: 2415 202 201
Advisor
: Dr. Ridho Hantoro, ST., MT.
ABSTRACT
Modern power plants employ turbine array configuration to meet energy
production target and optimize energy extraction processes in potential locations.
The performance of each turbine in array configuration is highly affected by
freestream velocity, turbi
ne position and distance among turbines.
Various studies
have been conducted to observe this issue. As the rapid development of hydrokinetic
turbine technology, this study
was
conducted to investigate the effect of the
rotational direction on the turbine performance and determine the array turbine
configuration which improves in farm effectiveness.
The experimental study
provided testing on Vertical Axis Darrieus Turbine Straig
ht
-
blade Cascaded in the
Towing Tank Facility. Five array turbine configurations were tested, i.e.
configuration of two turbines (consisting of co
-
rotating, counter
-
rotating out,
counter rotating in) and configuration of tree turbines (consisting of 3T
-
A
c
onfiguration and 3T
-
B configuration). The hydrod
y
nami
c
interaction among
turbine
affects array performance. The flow interaction leads to velocity
superposition between induced flow and incoming flow, emergencing the jet
-
type
flow field in which the flow b
etween turbines is accelerated.
Since the difference
characteristic of flow interaction, every configuration has difference turbulence
intensity. For the configuration of two turbines, the co
-
rotating configuration is
recommended due to its high farm effec
tiveness and its independence on incoming
flow direction.
Its farm effectiveness reached 1.33 at freestream velocity of 1.3 m/s
and cross
-
stream distance of 1.5D. The wake region is formed as the effect of
energy extraction process. Numerical simulation co
nfirmed that the wake length of
every configuration was not quite difference. The velocity deficid in the wake region
is approximately
10% at the downstream distance of X/D=5. The wake effect is
reduced hence the downstream turbine could be installed in th
at distance. However,
the velocity deficid in the interaction zone (Y/D=0) is below 10% at X/D=2. The
testing of 3T
-
A and 3T
-
B configurations informed that 3T
-
A has better performance
than 3T
-
B.
The phenomenon occurs because the turbine C in the 3T
-
B works
in
wake region of upstream turbine. Hence the turbine C has poor performance, even
though the effect of wake has been reduced. Meanwhile, downstream turbines in
3T
-
A (turbine B and turbine C) work in side
-
by
-
side configuration, leading flow
interaction an
d reducing the effect of upstream turbine wake.
| Item Type: | Thesis (Masters) |
|---|---|
| Additional Information: | RTF 621.406 Sep s |
| Uncontrolled Keywords: | Darrieus straight-blade cascaded; counter-rotating; co-rotating; konfigurasi array; efektifitas farm; array configuration; farm effectiveness |
| Subjects: | T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ164 Power plants--Design and construction T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ266 Turbines. Turbomachines (General) |
| Divisions: | Faculty of Industrial Technology > Physics Engineering > 30101-(S2) Master Thesis |
| Depositing User: | Erna Septyaningrum |
| Date Deposited: | 23 Apr 2018 04:08 |
| Last Modified: | 04 Sep 2020 07:43 |
| URI: | http://repository.its.ac.id/id/eprint/50974 |
Actions (login required)
 |
View Item |