Studi Eksperimental Counter-Rotating Turbine Dalam Konfigurasi Array Turbin Hidrokinetik Tipe Darrieus Straight-Blade

Septyaningrum, Erna (2018) Studi Eksperimental Counter-Rotating Turbine Dalam Konfigurasi Array Turbin Hidrokinetik Tipe Darrieus Straight-Blade. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

[img] Text
2415202201-Master_Thesis.pdf - Published Version
Restricted to Repository staff only

Download (4MB) | Request a copy

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)
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 > (S2) Master Theses
Depositing User: Erna Septyaningrum
Date Deposited: 23 Apr 2018 04:08
Last Modified: 23 Apr 2018 04:08
URI: http://repository.its.ac.id/id/eprint/50974

Actions (login required)

View Item View Item