Studi Eksperimen Kondensor Dan Turbin 1 Kw Untuk Sistem Organic Rankine Cycle (ORC)

HAKIM, MUHAMMAD LUKMAN (2018) Studi Eksperimen Kondensor Dan Turbin 1 Kw Untuk Sistem Organic Rankine Cycle (ORC). Masters thesis, INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER.

[img]
Preview
Text
02111650020009_Master_Tesis.pdf - Accepted Version

Download (5MB) | Preview

Abstract

Panas bumi adalah sumber energi panas yang terkandung di dalam air panas, uap air, dan batuan bersama mineral ikutan dan gas lainnya yang secara genetik tidak dapat dipisahkan dalam suatu sistem panas bumi. Sumber energi panas bumi tersedia dan terbentuk didalam kerak bumi. Suhu di pusat bumi diperkirakan mencapai 5400 °C. Karena temperatur panas bumi tinggi, energi panas bumi dapat digunakan sebagai sumber energi untuk menghasilkan energi listrik. Saat ini ada tiga macam teknologi pembangkit panas bumi yang dapat mengkonversi panas bumi menjadi energi listrik. Yaitu dry steam, flash steam, dan Organic Rankine Cycle(ORC) atau binary cycle. Teknologi ini diaplikasikan berdasarkan kondisi uap yang ada. Pada penelitian ini dasar yang digunakan dalam perancangan sistem organic Rankine cycle adalah keterbatasan fluida pemanas dengan temperatur 100 °C dan fluida pendingin dengan temperatur 35 °C. Sistem ORC didesain dengan menggunakan fluida kerja R-141b. Dari Analisa termodinamika didapatkan effisiensi sistem sebesar 8.122% pada tekanan evaporator dan kondensor sebesar 5 bar dan 2 bar berturut-turut. Temperature fluida kerja keluar evaporator dan kondensor sebesar 95 °C dan 40 °C berturut-turut. Jenis turbin yang dirancang untuk sistem ORC ini adalah turbin curtis satu tingkat dengan menggunakan nozzle konvergen. Setelah diperoleh dimensi turbin, kemudian dilakukan proses pembuatan turbin sesuai dengan dimensi yang didapatkan. Selanjutnya dilakukan integrasi masing-masing komponen menjadi satu kesatuan sistem ORC. Sistem ORC yang sudah dibuat, dilakukan pengujian untuk mengetahui performa turbin dan kondensor untuk sistem ORC. Sistem ORC yang digunakan sebagai dasar perancangan turbin menggunakan fluida kerja R-141b mempunyai effisiensi sebesar 8.122%. Turbin yang didesain adalah jenis impuls dengan putaran 3000rpm menggunakan satu nozzle dengan diameter 3,798 mm dan diameter cakram sebesar 286,496 mm dengan Z=56 buah, l=7.798mm, b=20mm, s=0.2mm, R=10.590mm, r=4.87mm, dan t=16.064mm. Hasil simulasi numerik sudu model 1 dengan nilai α_1=16°〖 , β〗_1-β_2=3° menghasilkan daya yang paing besar dibandingkan model sudu yang lainnya. Daya yang dihasilkan sebesar 5,267.39 Watt. Hasil eksperimen kondenser menunjukkan koefisien konveksi eksternal tube kondenser semakin tinggi seiring dengan peningkatan laju aliran massa udara dengan nilai tertinggi 70.763 W/m2K pada kecepatan udara 2.2 m/s dan nilai terendah 50.668 W/m2K pada kecepatan udara 1.34 m/s. Koefisien konveksi sisi dalam tube semakin menurun seiring dengan penurunan kualitas uap dengan nilai rata – rata 3384.87 W/m2K. Performa kondenser dianalisa dengan metode Number of Transfer Unit dan Effectiveness (NTU – ε) dimana nilai effectiveness yang meningkat secara eksponensial terhadap NTU dengan nilai tertinggi sebesar 0.853 dan nilai terendah sebesar 0.765. ========================================================= Geothermal is a source of heat energy contained in hot water, steam, and rocks along with associated minerals and other gases which are genetically inseparable in a geothermal system. Geothermal energy sources are available and formed in the earth's crust. The temperature at the center of the earth is estimated at 5400 ° C. Due to high geothermal temperatures, geothermal energy can be used as a source of energy to generate electrical energy. Currently there are three kinds of geothermal technology that can convert geothermal energy into electrical energy. Namely dry steam, flash steam, and Organic Rankine Cycle (ORC) or binary cycle. This technology is applied based on existing steam conditions. In this study the basis used in the design of the ORC system is the limitation of heating fluid with a temperature of 100 ° C and a cooling fluid with a temperature of 35 ° C. The ORC System is designed using the working fluid of R-141b. From thermodynamic analysis, the system efficiency of 8.122% at evaporator and condenser pressure is 5 bar and 2 bar respectively. Temperature of working fluid out of evaporator and condenser at 95 ° C and 40 ° C respectively. The type of turbine designed for this ORC system is a single-stage curtis turbine using convergent nozzle. After the turbine dimension is obtained, then turbine manufacturing process is done in accordance with the dimensions obtained. Furthermore, the integration of each component into a single ORC system. ORC system that has been made, tested to determine the performance of turbine and condenser for ORC system. The ORC system used as the base of turbine design using R-141b working fluid has an efficiency of 8.122%. The designed turbine is a type of impulse with 3000 rpm spin using one nozzle with a diameter of 3.798 mm and disc diameter of 286,496 mm with Z = 56 pieces, l = 7.798mm, b = 20mm, s = 0.2mm, R = 10.590mm, r = 4.87mm, and t = 16.064mm. The result of numerical simulation of model 1 blade with value α_1=16°〖 , β〗_1-β_2=3° produces a high power compared to the other blade model. The power produced is 5,267.39 Watt. The condenser experimental results show the external convection coefficient of condenser is higher along with the increase of mass air flow rate with the highest value of 70,763 W / W/m2K at airspeed of 2.2 m/s and the lowest value of 50,668 W/m2K at 1.34 m/s airspeed. The convection coefficient of inner side decreases with decreasing steam quality with an average rating of 3384.87 W/m2K. Condenser performance was analyzed by the method of Number of Transfer Unit and Effectiveness (NTU - ε) where the value of effectiveness increased exponentially to NTU with the highest value of 0.853 and the lowest value of 0.765.

Item Type: Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords: Daya Turbin, Organik Rankine Cycle, Panas Bumi, R141b, Turbin, simulasi Numerik, Kondensor, NTU-Effectiveness
Subjects: T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ263 Heat exchangers
T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ266 Turbines. Turbomachines (General)
Divisions: Faculty of Industrial Technology > Mechanical Engineering > 21101-(S2) Master Thesis
Depositing User: MUHAMMAD LUKMAN HAKIM
Date Deposited: 18 Jun 2021 11:38
Last Modified: 18 Jun 2021 11:38
URI: https://repository.its.ac.id/id/eprint/55594

Actions (login required)

View Item View Item