Studi Numerik dan Eksperimental Kinerja Turbin Arus Laut Sumbu Vertikal

Satrio, Dendy (2019) Studi Numerik dan Eksperimental Kinerja Turbin Arus Laut Sumbu Vertikal. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 04111660010007-Doctoral.pdf Restricted to Repository staff only Download (4MB) | Request a copy

Abstract

Indonesia memiliki potensi teoritis energi arus laut sebesar 287 GW. Ketersediaan sumber energi tersebut sangat berlimpah namun hingga saat ini belum termanfaatkan. Energi kinetik arus laut dapat dikonversi menjadi energi listrik menggunakan teknologi Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut. Komponen utama yang digunakan dalam teknologi tersebut adalah turbin hidrokinetik. Salah satu jenis turbin hidrokinetik yang potensial adalah turbin yang memiliki poros tegak lurus dengan arah datangnya arus, sehingga turbin dapat tetap berputar dalam arah yang sama meskipun arah aliran arus laut datang dari arah berbeda-beda. Turbin tersebut tidak memerlukan mekanisme tambahan sebagai pengarah. Karena itu, bentuknya jadi lebih sederhana dan berdampak pada proses manufaktur yang murah. Turbin jenis ini dikenal sebagai turbin tipe sumbu vertikal. Namun demikian, turbin sumbu vertikal memiliki beberapa kekurangan yaitu (1) kemampuan self-start yang rendah, (2) fluktuasi torsi yang besar dan (3) efisiensi yang rendah. Ketiga hal tersebut merupakan parameter kinerja atau performa dari turbin. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari dan berusaha mengatasi kekurangan tersebut. Kajian efisiensi dilanjutkan dengan (4) evaluasi daya dan energi untuk mengetahui kinerja turbin apabila diaplikasikan pada suatu lokasi tertentu. Bentuk paling dasar dari turbin tipe sumbu vertikal adalah turbin sumbu vertikal sudu lurus atau yang lebih sering dikenal dengan tipe turbin H-Darrieus. Para peneliti mulai memodifikasinya dengan mengubah bentuk foilnya, bentuk sudunya atau bahkan bentuk konfigurasi rotornya. Ada tiga ide modifikasi baru yang ditawarkan dalam penelitian ini yaitu (1) turbin sumbu vertikal berputar kontra, (2) turbin sumbu vertikal sudu miring dan (3) turbin sumbu vertikal sudu tuberkulum. Metode yang digunakan untuk menganalisis kinerja turbin tersebut adalah menggunakan metode numerik dan eksperimental. Studi numerik dilakukan dengan software Computational Fluid Dynamics untuk mendapatkan data torsi turbin dan visualisasi aliran fluida di sekitar turbin. Studi eksperimental dilakukan di towing tank untuk mendapatkan data laju kecepatan kereta, kecepatan putar turbin dan torsi turbin secara aktual. Hasil dan kesimpulan dari penelitian ini adalah sebagai berikut. Pertama, kemampuan self-start yang paling baik didapatkan dengan memodifikasinya menjadi turbin bentuk sudu tuberkulum (h=0,1C) dan sudu miring. Turbin tersebut sudah bisa berputar pada kecepatan arus 0,2 m/s. Kedua, nilai fluktuasi torsi yang terjadi apabila diurutkan dari paling rendah adalah turbin berputar kontra, sudu miring, sudu lurus dan sudu tuberkulum. Ketiga, efisiensi maksimum yang bisa dicapai oleh setiap jenis turbin yaitu 0,25; 0,19; 0,15 dan 0,14 untuk turbin sudu lurus; berputar kontra; sudu tuberkulum dan sudu miring. Modifikasi yang diusulkan memang belum bisa melampaui efisiensi maksimum dari turbin sudu lurus. Namun apabila dilihat dari kurva efisiensinya, turbin berputar kontra lebih unggul pada TSR 1,2-1,7; turbin sudu miring lebih unggul pada 0,2-0,5 m/s atau TSR 0-0,5; turbin sudu tuberkulum (h=0,025C) lebih unggul pada rentang 0,2-0,5 m/s dan 0,8-1,4 m/s atau TSR 0-1,2. Keempat, setelah dilakukan evaluasi daya dan energi turbin berdasarkan data arus laut di beberapa lokasi tertentu maka setiap jenis turbin akan memiliki keunggulan apabila diletakkan pada lokasi yang tepat. Daya dan energi yang dihasilkan tersebut sangat dipengaruhi oleh distribusi dan frekuensi kejadian data kecepatan arus.
================================================================================================================================
Indonesia has theoritical tidal-current energy resource of 287 GW. The availability of this energy resource is abundant but it has not been utilized, yet. The kinetic energy from tidal-current can be converted into electrical energy using a technology called of Tidal-Current Energy Power Plant. The most important component used in this technology is hydrokinetic turbine. One of the most potential type of hydrokinetic turbines is a turbine that poscesses a shaft perpendicular to the direction of tidal-current, thus the turbine can continue to rotate in the same orientation even though the tidal-current coming from some different directions. The turbine does not require any additional component as a yaw mechanism. Therefore, the design becomes simpler and has an impact on the less expensive manufacturing process. This type of hydrokinetic turbines is known as vertical-axis turbine. However, the vertical-axis turbine has several disadvantages, namely (1) low self-start capability, (2) large torque fluctuations and (3) low efficiency. These three disadvantages are performance parameters for a turbine. This study aims to study and attempt to resolve these problems. The efficiency analysis is continued with (4) the evaluation of power and energy to determine the performance of the turbine when applied to a particular location. The most basic form of a vertical-axis turbine is a straight-blade vertical-axis turbine which is more commonly known as the H-Darrieus type. Researchers have begun to modify it by changing the shape of the foil, the blade or even the rotor configurations. There are three new modification ideas offered in this study, namely (1) contra-rotating vertical-axis turbine, (2) inclined-blade vertical-axis turbine and (3) tubercle-blade vertical-axis turbine. Numerical and experimental methods are used to analyze the performance of these turbine. The numerical study is conducted using Computational Fluid Dynamics software to obtain torque turbine data and fluid flow visualization around the turbine. The experimental study is carried out in towing tank to obtain data of carriage velocity, turbine rotational speed and turbine torque. The results and conclusions from this study are as follows. First, the best self-start capability is obtained by modifying it into tubercle-blade (h=0.1C) and inclined-blade shape. The turbines can start to rotate at a current velocity of 0.2 m/s. Second, the turbine torque fluctuations that occur when sorted from the lowest are contra-rotating; inclined-blade; straight-blade and tubercle-blade turbine. Third, the maximum efficiencies that can be achieved by each type of turbines are 0.25; 0.19; 0.15 and 0.4 for straight-blade; contra-rotating; tubercle-blade and inclined-blade turbine, respectively. The proposed modification does not exceed the maximum efficiency of straight-blade turbine. However, from its efficiency curve trends, the contra-rotating turbine has better efficiency in the TSR 1.2-1.7; the inclined-blade turbine has better efficiency in 0.2-0.5 m/s or TSR 0-0.5 and the tubercle-blade turbine has better efficiency in 0.2-0.5 m/s dan 0.8-1.4 m/s or TSR 0-1.2. Fourth, after evaluating the turbine power and energy based on data of tidal-current in certain locations, each type of turbines will have an advantage if it is placed in the right location. The power and energy produced is strongly influenced by the distribution and frequency of occurrence of the tidal-current velocity data.

Item Type:	Thesis (Doctoral)
Uncontrolled Keywords:	Energi arus laut, turbin sumbu vertikal, analisis kinerja, studi numerik dan eksperimental.
Subjects:	T Technology > TC Hydraulic engineering. Ocean engineering T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery V Naval Science > VM Naval architecture. Shipbuilding. Marine engineering
Divisions:	Faculty of Marine Technology (MARTECH) > Ocean Engineering > 38001-(S3) PhD Thesis
Depositing User:	Dendy Satrio
Date Deposited:	23 Jul 2026 04:35
Last Modified:	23 Jul 2026 04:35
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/70728

Actions (login required)

View Item