Hasil Pencarian  ::  Simpan CSV :: Kembali

Abstrak :
Kebutuhan akan energi yang semakin meningkat menjadikan turbin gas mikro berkembang menjadi alternatif pembangkit daya yang dapat digunakan. Turbin gas Mikro Proto X-2a merupakan turbin gas mikro dengan satu-tingkat kompresor-turbin dimana pembangkitan daya dilakukan melalui aplikasi sebuah runner cross-flow yang dihubungkan ke generator. Runner cross-flow ini digerakkan oleh udara pada sisi masuk kompresor. Pada operasinya, vorteks resirkulasi terbentuk pada bagian dalam runner cross-flow. Karena besaran vorteks ini mempengaruhi unjuk kerja dari runner cross-flow, analisis yang lebih baik diperlukan, yang juga dapat digunakan dan sebagai dasar pengembangan. Perilaku vorteks resirkulasi direpresentasikan lebih detail, dengan menggunakan metode CFD dengan menggunakan model turbulen RNG k-ε. Karakteristik vorteks resirkulasi yang diiringi dengan penurunan temperatur pada bagian dalam runner cross-flow tersebut sesuai untuk penggunaan model turbulen RNG k-ε. Perubahan temperatur tersebut mempengaruhi aliran resirkulasi yang terjadi secara molekular, selain secara konvektif. Pada kondisi ini, analogi Reynolds tidak lagi sesuai untuk digunakan. Oleh karena itu, pemilihan bilangan turbulen Prandtl turbulen ? inverse (α) yang mampu merepresentasikan fenomena aliran tersebut menjadi penting. Berdasarkan konsep difusivitas pada aliran turbulen, konsep rasio viskositas molekukar dan turbulen pada model turbulen RNG k-ε, pada penelitian ini, nilai α divariasikan menjadi 1; 1,1; 1,2 dan 1;3. Simulasi CFD pada runner cross-flow dilakukan secara tiga-dimensi dengan menggunakan CFDSOF. Jumlah mesh optimum 300 x 147 x 3 dari hasil uji ketergantungan mesh digunakan dengan jenis mesh Body-fitted-coordinate (curved-linear). Eksperimen dilakukan pada sistem turbin gas mikro Bioenergi Proto X-2a yang telah dihubungkan dengan runner cross-flow dan sebuah alternator DC. Parameter karakteristik turbin gas mikro didapatkan, bersama dengan kecepatan poros dan beda temperatur pada casing runner cross-flow. Data hasil eksperimen (data_1, data_2 dan data_3) secara berturut-turut menghasilkan kecepatan poros runner (N3) dan beda temperatur pada sisi masuk dan keluar (ΔTCR) sebesar 1330 rpm (ΔTCR1 = 0,424oC) , 604 rpm (ΔTCR2 = 0,874oC) dan 659 rpm (ΔTCR3 = 0,936oC). Ketiga data ini dianalisis secara lebih detail dengan CFD. Hasil eksperimen dengan data_3 dengan ΔTCR paling besar menunjukkan bahwa pada kondisi tersebut runner sudah terbebani oleh generator listrik, sistem turbin gas mikro sudah menghasilkan daya listrik 0,54 kWh. Kondisi ini dicapai pada kecepatan kompresor (N1) 78.890 rpm dengan rasio tekanan 1,4 pada efisiensi kompresor 67% dan laju bahan bakar Diesel 2,314 g/s, dengan daya termal yang dihasilkan runner cross-flow sebesar 230 Watt. Secara umum, hasil simulasi CFD menunujukkan bahwa vorteks resirkulasi terbentuk di bagian dalam runner cross-flow pada zona VI hingga VIII (dari sudu jalan ke-14 hingga ke-18).Variasi nilai α yang divariasikan menjadi 1; 1,1; 1,2 dan 1,3 efektif pada beda temperatur runner ΔTCR yang paling besar (ΔTCR3 = 0,936oC) dengan parameter hasil simulasi kecepatan-w dan temperatur statik pada zona resirkulasi (zona VI ? VIII) koordinat (i,j,k = 37-100; 57; 2), pada daerah dekat dinding sudu arah radial pada sudu ke-14 hingga sudu ke-18. Pada data hasil eksperimen lain, variasi nilai α tidak signifikan pada koordinat tersebut. Dari berbagai analisis yang telah dilakukan pada runner cross-flow, terutama pada aliran resirkulasi, besaran bilangan Prandtl turbulen - inverse (α) dapat direkomendasikan nilai optimum α = 1,1. Bilangan α tersebut menjadikan rasio viskositas molekular dan viskositas turbulen sebesar 𝜈0𝜈𝑇=0,8394, yang paling optimum dalam merepresentasikan aliran resirkulasi yang terjadi pada bagian dalam runner cross-flow dengan menggunakan model turbulen RNG k-ε. Hasil ini dapat digunakan untuk analisis dan pengembangan perancangan runner cross-flow. Increasing of energy needs has lead the development of micro gas turbine as an alternative power generator. The Proto X-2a Bioenergy Micro Gas Turbine is a single-stage compressor-turbine, at which the electricity power generated by application of a cross-flow runner coupled with a DC alternator. This cross-flow runner is driven by inlet compressor air ?a sub-pressure application. Recirculation vortexes which occur during operation inside the cross-flow runner affect the performance ? the cross-flow runner and the Proto X-2a in general. For performance analysis and design development reasons, this condition has triggered more detailed analysis of this type of vortex of the cross-flow runner numerically with CFD method with RNG k-ε turbulence model. Characteristics of recirculation vortexes carried with slighty-decreased temperature inside the cross-flow runner suitable with RNG k-ε turbulence model. Furthermore, the temperature difference inside the cross-flow runner affects the recirculation vortexes since the molecular transport also dominant, beside the convective transport. During this condition, selection of appropriate inverse-turbulent Prandtl number (α) is important to represent the recirculation vortexes. Inverse-turbulent Prandtl numer (α) varied to 1; 1,1; 1,2 and 1,3 in this research, based on turbulence diffusivity theory, turbulent and molecular viscosity ratio and basic concept of RNG k-ε turbulence model. The CFD simulation done three-dimensionaly with CFDSOF. The mesh-depencency test resulting the optimum mesh was 300 x 147 x 3 cells. The mesh was body-fitted-coordinate (curved-linear type). Experimental data from the Proto X-2a Bioenergy Micro Gas Turbine including the temperature difference and shaft rotational speed of the cross-flow runner is used to CFD simulation. Electricity power generated by a DC alternator coupled to the cross-flow runner is also used to analyzed as a part of the system and temperature difference effect to the runner. Three experimental data (data_1, data_2 anda data_3) were detailed-numerically analyze. The datas generated the cross-flow runner shaft speed (N3) and temperature difference at cross-flow runner casing; N3 = 1330 rpm (ΔTCR1 = 0,424oC) , N3 = 604 rpm (ΔTCR2 = 0,874oC) dan N3 = 659 rpm (ΔTCR3 = 0,936oC) respectively. Data_3 shows the optimal condition of the system, at which the compressor shaft velocity (N1) was 78.890 rpm, pressure ratio at 1,4, efficiency of 67%, and generated 0,54 kW electricity power with 2,314 g/s Diesel fuel flow rate. At this condition, the cross-flow runner generated 230 W. Recirculation vortexed shows by CFD simulation occur at the inner side of the cross-flow runner, at VIth ? VIIIth zones (14th ? 18th blade) in general for all data. The CFD simulation shows that variation of α effective at data_3, where the temperature difference is the largest (ΔTCR3 = 0,936oC), while the others data shows almost no difference at α variations. More detailed analysis done at recirculating vortexed ? dominated area at i;j;k = 37-100; 57; 2 for data_3, near the radial blade wall with two most affective parameters; w-velocity and static temperature to represent the recirculation flow at recirculation zone. The optimum α is 1,1 since this α variation shows the most logic results compared to the other variation of α. Therefore, for CFD simulation with RNG k-ε turbulence model to a cross-flow runner, is is recomended to use α that represent better recirculation flow, and the optimum ratio between molecular and turbulent viscosity is now 𝜈0𝜈𝑇=0,8394. This result is can be used for both analysis and future design development of cross-flow runner.>/i>

Abstrak :
Piko hidro merupakan salah satu solusi tepat untuk mengatasi krisis energi listrik untuk daerah terpencil di Indonesia. Hasil kajian merekomendasikan tiga jenis turbin piko hidro yang diusulkan sebagai pembangkit listrik mandiri, yaitu: roda air langkah bawah untuk kondisi 0-0.2 m, turbin crossflow untuk 0.5-3 m dan turbin Turgo untuk 3-5 m. Ketiga usulan jenis turbin ini berdasarkan karakter sungai Indonesia yang dikategorikan tinggi jatuh rendah (low-head) atau di bawah 5 m. Di studi piko hidro, metode computational fluid dynamics (CFD) merupakan metode yang sering digunakan karena murah dan cepat. Lebih lanjut, metode CFD dipilih karena dapat memvisualisasikan medan aliran lebih rinci dibanding metode lainnya, sehingga proses transfer energi air ke sudu dapat dipahami dengan baik. Penggunaan metode CFD yang masif di turbin studi piko hidro menjadi motivasi untuk meningkatkan akurasi dan presisi prediksi model turbulen 𝑘−𝜀 standard. Investigasi model turbulen 𝑘−𝜀 standard dilakukan di turbin crossflow. Turbin crossflow dipilih karena medan aliran yang terjadi lebih kompleks dibanding turbin lainnya. Sehingga, model turbulen 𝑘−𝜀 standard ketika diaplikasikan pada turbin lain juga valid untuk digunakan. Di turbin piko hidro jenis crossflow, proses diffusiv aliran karena perpindahan panas tidak mendominasi karena fluida yang mengalir adalah air. Sehingga, asumsi yang digunakan adalah isothermal dan adiabatik (𝑃𝑡=0.845). Konsekuensi, pada turbin piko hidro, laju dissipasi aliran (luluhnya energi yang dikandung air) lebih didominasi oleh olakan dan mixing. Di 𝑘−𝜀 standard, olakan dan mixing direpresentasikan dengan konstanta Bachelor (𝐶𝜀1) dan Kolmogorov (𝐶𝜀2). Studi ini mengunakan pendekatan Yakhot dan Orszag (𝐶𝜀1=𝐶𝜀2·𝑃𝑡) dimana terdapat sebelas variasi 𝐶1𝜀 dan 𝐶2𝜀 yang dikaji. Lebih lanjut, dikarenakan proses perancangan turbin crossflow belum konfrehensif, kajian pengaruh kedalaman sudu (H) terhadap proses konversi energi juga akan dilakukan. Dari hasil, kedalalaman sudu (H) mempengaruhi proses konversi energi di turbin crossflow. Hal ini dikarenakan kedalaman sudu (H) mempengaruhi arah dan besaran kecepatan mutlak dan relatif, sehingga berdampak pada daya yang diserap sudu. Lebih lanjut, di proses perancangan turbin crossflow, coefficient of discharge (𝐶𝑑) merupakan variabel penting karena ini akan mempengaruhi nilai kecepatan mutlak dan ukuran diameter runner. Hasil pengujian menunjukkan bahwa 𝐶𝑑 sebesar 0.95 sebagai konstanta universal dianggap kurang tepat. Hasil analisis menunjukkan bahwa 𝐶𝑑 untuk perancangan turbin piko hidro jenis crossflow dipengaruhi oleh kecepatan spesifik fungsi daya (𝑛𝑠,𝑃). Rentang 𝐶𝑑 antara 0.23 hingga 0.74 untuk 𝑛𝑠,𝑃 dari 24.36 hingga 114.54 direkomendasikan untuk perancangan piko hidro jenis crossflow. Untuk mendapatkan nilai 𝐶1𝜀 dan 𝐶2𝜀, hasil CFD diverifikasi dan divalidasi menggunakan hasil PIV. Analisis CFD dan PIV dilakukan dengan dengan kondisi pengujian objek statik (runner diam). Dari hasil pengujian, 𝐶𝜀2 = 1.5 dan 𝐶𝜀1 = 1.27 menunjukkan error lebih kecil terhadap hasil PIV daripada variasi lainnya. 𝐶𝜀2 sebesar 1.5 mirip dengan hipotesa Kolmogorov. Sehingga, untuk kondisi adibatik dan isotermal nilai 𝐶𝜀2 sebesar 1.5 dipertimbangkan sebagai konstanta universal untuk metode CFD. Sedangkan 𝐶𝜀1 sebesar 1.27 menunjukkan bahwa medan aliran yang terjadi masih di rezim sub range inertia, dimana energi kinetik turbulen masih tinggi. Pada rezim sub range inertia, 𝐶𝜀1 mendekati 1 mengindikasikan large-scale mendominasi proses mixing daripada olakan kecil. Dengan demikian, nilai 𝐶1𝜀 sebesar 1.27 dan 𝐶2𝜀 sebesar 1.5 terverifikasi untuk digunakan 𝐶1𝜀 dan 𝐶2𝜀 yang terverifikasi dan tervalidasi digunakan untuk studi turbin crossflow dengan kondisi dinamik. Kondisi dinamik CFD dilakukan menggunakan pendekatan 6-DoF di 𝑃ℎ = 0.2 kW dengan variasi preload sebesar 1.2 hingga 2.46 N·m. Dari hasil komputasi, prediksi dapat dikatakan presisi dengan perbedaan konsisten lebih tinggi ±3 kali terhadap data eksperimen. Dengan demikian, 𝐶𝜀2 sebesar 1.5 dan 𝐶𝜀1 sebesar 1.27 adalah kesepakatan yang baik untuk metode CFD turbin piko hidro jenis crossflow.

Abstrak :
Indonesia khususnya Jawa Timur mengalami bencana luapan lumpur yang disebabkan oleh eksplorasi minyak dan gas. Bencana ini dikenal dengan sebutan lumpur Sidoarjo (lusi) atau lumpur Lapindo. Lumpur pada dasarnya adalah campuran antara partikel padat dan air yang membentuk suatu suspensi. Pada saat lumpur diangkut dengan menggunakan pipa, dan jika kecepatan alir tidak cukup tinggi maka lumpur tidak akan bertahan membentuk suspensi sehingga terjadi pengendapan. Dalam pipa spiral dengan rasio pitch perdiameter tertentu, terjadi aliran puntir sehingga mampu mempertahankan kecepatan aliran. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik aliran lumpur dalam pipa spiral. Tegangan geser dan regangan geser dihitung dengan mengukur perbedaan tekanan (pressure drop) dan laju aliran volumetrik dalam pipa. Nilai indeks power law sekitar 0,93-1,0 untuk konsentrasi berat (Cw) lumpur sebesar 45%, 30% dan 20%. Diameter partikel adalah 0,95 mm dan massa jenis adalah 2,19 x 103 (kg/m3). Hubungan viskositas sesaat dengan regangan geser menunjukkan hubungan yang tidak konstan. Koefisien gesek di dalam pipa spiral dengan rasio pitch per diameter (P/Di) = 6,7 lebih rendah dari pipa bulat dan pipa spiral dengan P/Di = 3,9 ; 4,3 dan 7,0. Hal ini menunjukkan bahwa pipa spiral menyebabkan penurunan hambatan (drag reduction) aliran lumpur. Nilai drag reduction sekitar 28% untuk Cw = 30% pada Reynolds generalis, Re? = 3,2 x 104 . Analisis model matematika dari nilai koefisien gesek aliran lumpur pada pipa spiral sebagai fungsi dari kepadatan lumpur, rasio pitch/diameter, dan bilangan Reynolds generalis dapat ditunjukkan.

---

Indonesia particularly East Java has been suffering from eruption of gas and mud slurry, caused by oil and gas exploration. Everyone calls this disaster as Sidoarjo mud or Lapindo mud. Mud slurry is essentially a mixture of a carrying fluid and solid particles held in suspension. When the mud slurry flow speed is not sufficiently high the particles will not be maintained in suspension. In spiral pipe twisted with a constant pitch in relation to the diameter a swirling flow occurs when fluids flow in the pipe. The aim of this study is to examine characteristics of the hydraulic transport of mud slurry flowing in the spiral pipe with three-shaps groove pipe walls. Measurements of pressure drop was carried out for tap water and mud slurry solution in circular pipes and spiral pipes by means of a manometer. The shear stress and the shear strain are calculated by measuring the pressure drop and the volumetric flow rate in circular pipe, respectively. The power law index were about 0.93 ? 1.0 for mud slurry solution of 45%, 30% and 20% of weight concentrations. The diameter of particles was ± 0.95 mm and the density was 2.19 x 103 (kg/m3). The apparent viscosity of mud slurry solution is not constant to the shear rate but the relationship is approximated by model of power law. The friction factor of mud slurries in a spiral pipe with ratio pitch per diameter 6.7 is lower than circular pipe and spiral pipe with P/Di= 3.9, 4.3 and 7.0. It was shown that the spiral pipe caused drag reduction in flowing of mud slurries. The drag reduction ratio of spiral pipe was about 28% for Cw=30% at Reynolods generalis, Re?=3,2 x 104. Analysis of mathematical models of the value of the coefficient of friction on the mud flow as a function of weight concentration, the ratio of pitch per diameter, and generalist Reynolds number can be shown.

Abstrak :
Penelitian ini merupakan kajian dasar pengembangan kontrol aktif terhadap separasi aliran turbulen yang merupakan suatu fenomena fundamental yang berkontribusi pada perfoma aerodinamika disain body kendaraan. Tujuan utama dari penelitian ini adalah menganalisis metode kontrol separasi aliran turbulen secara aktif yang dapat diterapkan dalam mengurangi area separasi, sehingga mengurangi gradien tekanan statik dan total yang mengatur pengurangan hambatan (drag) aerodinamika pada bluff body model kendaraan. Penelitian dilakukan dengan menggunakan metode pendekatan komputasional dan eksperimental. Pada pendekatan komputasional digunakan software CFD (Fluent 6.3) dengan model turbulensi aliran k-epsilon. Model uji yang digunakan adalah bluff body kendaraan yang dimodelkan dengan memodifikasi Ahmed body dengan mengubah orientasi aliran dari bentuk aslinya (modifikasi Ahmed body/reversed Ahmed body). Reversed Ahmed body ini dilengkapi dengan kontrol aktif aliran berupa hisapan (suction), tiupan (blowing) dan jet sintetik (synthetic jet) yang penempatannya dilakukan pada bagian belakang. Kecepatan suction dan blowing diset pada 0.5 m/s, 1.0 m/s dan 1.5 m/s. Kecepatan synthetic jet diset pada 2 m/s. Bentuk geometri dari reversed Ahmed model mempunyai j (sudut kemiringan) 35o pada bagian depan. Pada pendekatan eksperimental, parameter yang dikaji adalah medan aliran dan gaya-gaya aerodinamika. Medan aliran dikaji dengan menggunakan teknik PIV (particle image velocimetry) dan gaya-gaya aerodinamika diambil dengan menggunakan load cell. Reversed Ahmed model ditempatkan dalam seksi uji pada terowongan angin dengan kecepatan upstream adalah 11.1 m/s, 13.9 m/s dan 16,7 m/s. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa olakan yang terbentuk pada bagian belakang bluff body model kendaraan didominasi oleh vortex longitudinal akibat aliran dari samping model uji. Parameter yang memberikan pengaruh terhadap pengurangan drag aerodinamika dengan penerapan kontrol aliran berupa suction, blowing dan synthetic jet adalah peningkatan distribusi koefisien tekanan, pengurangan intensitas turbulensi dan berkurangnya zona resirkulasi pada bagian belakang dari model uji. Hasil yang didapatkan juga menggambarkan terjadinya penundaan separasi pada bagian belakang bluff body model kendaraan. Pengaplikasian kontrol aliran suction dan blowing pada bagian belakang bluff body model kendaraan mengakibatkan pergeseran titik pusat resirkulasi F1 dan F2 disertai peningkatan panjang resirkulasinya dan saddle point mempunyai kecenderungan menjauhi model uji pada daerah hilir. Mekanisme sebaliknya terjadi dengan penerapan synthetic jet. Pengurangan drag aerodinamika terbaik yang diperoleh adalah 18.47% sampai 23.05%. ......This research work is a fundamental investigation to develop an active control to the turbulent flow separation which is a fundamental phenomenon governing the aerodynamic performance on vehicle body. The main objective of this study is to analyze the method of an active control to turbulent flow separation which can be applied to reduce the area of separation, thus to reduce the static and total pressure gradients that govern aerodynamic drag reduction in bluff body vehicle model The investigation combined computational and experimental work. Computational approach used a CFD software (Fluent 6.3) with standard k-epsilon flow turbulence model. Test model used was a family van that was modeled with a modified form of Ahmed's body by changing the orientation of the flow from its original form (modified/reversed Ahmed body). This reversed Ahmed body was equipped with suction and blowing as well as synthetic jet on the rear side. Suction and blowing velocities were set to 0.5 m/s, 1.0 m/s and 1.5 m/s, respectively. Futhermore, synthetic jet velocity was set to 2 m/s. The front part of the reversed Ahmed model was inclined at an angle of 35o. In the experimental approach, the parameters studied were flow field and aerodynamic forces. Flow field was studied by using PIV (particle image velocimetry) and the aerodynamic forces were taken by using a load cell. Reversed Ahmed model was placed in the test section of the wind tunnel with upstream velocities were set to 11.1 m/s, 13.9 m/s and 16.7 m/s, respectively. The results obtained show that wake is formed at the rear of the bluff body vehicle model is dominated by longitudinal vortex due to flow from the side of the test model. The parameters which give effect to aerodynamic drag reduction that occurs on bluff body vehicle model with the application of flow control such as suction and blowing as well as synthetic jet are the increase of the pressure coefficient distribution, the decrease of turbulence intensity and the reduction of the recirculation zone at the rear of the test model. The results obtained also describe the delay of separation on the back of the bluff body vehicle model. The application of flow control such as suction and blowing on the back of the bluff body vehicle model caused the shifting of the center of the upper recirculation (F1) and the down recirculation (F2) while increasing the length of the recirculation and the saddle point have tendency to move away from the test model in the downstream region. An opposite mechanism occurred with the application of synthetic jet. The best aerodynamic drag reduction obtained is 18.47% to 23.05%.