Perancangan dan Simulasi Kompressor Sentrifugal dengan fluida SCO-2 Pada Siklus Brayton Regeneratif

Sari

Di Indonesia, terdapat potensi energi baru dan terbarukan (EBT) yang cukup besar dan beragam. Salah satu sumber energi terbarukan yang tersedia adalah biomassa. Pemanfaatan Siklus Brayton dengan karbon dioksida sebagai fluida kerja pada fase superkritis merupakan salah satu metode pemanfaatan biomassa. Karena karbon dioksida tersedia secara luas di Bumi dan memiliki kepadatan tinggi pada fase superkritis, mesin turbo kompak dapat digunakan. Hal ini memungkinkan desain turbin, kompresor, dan alternator yang kecil. Keuntungan Siklus Brayton adalah penggunaan regenerator untuk pemulihan panas di sisi keluar turbin. Tujuan dari proyek ini adalah untuk membangun kompresor sentrifugal untuk Siklus Regeneratif Brayton. Output bersih kompresor yang diharapkan adalah 40 kW pada 70.000 rpm. Fluida kerja karbon dioksida superkritis (S-CO2) yang digunakan dalam siklus regeneratif Brayton ditujukan untuk temperatur masuk turbin 800 K, temperatur masuk kompresor 320 K. Menurut desain siklus, turbin dan kompresor memiliki daya masing-masing sebesar 113,84 kW dan 60,53 kW. Pendekatan desain geometris yang digunakan sejalan dengan beberapa literatur terkait penelitian. Hasil desain kompresor kemudian disimulasikan oleh computational fluid dynamic (CFD). Berdasarkan temuan pemodelan CFD, kompresor sentrifugal membutuhkan daya sebesar 69,89 kW dengan efisiensi isentropik sebesar 60,03 persen pada kondisi desain. Daya bersih yang dihasilkan sebesar 43,39 kW berdasarkan hasil simulasi CFD.

Kata kunci: siklus Brayton, karbon dioksida superkritik, kompreso, perancangan dan simulasi

Abstract

In Indonesia, there is a substantial and varied potential for new and renewable energy. One of the renewable energy sources that is present practically everywhere is biomass. Utilizing the Brayton Cycle with carbon dioxide as the working fluid in the supercritical phase is one method of utilising biomass. Because carbon dioxide is widely available on Earth and has a high density in the supercritical phase, compact turbomachinery can be used. This allows for the small design of the turbine, compressor, and alternator. The Brayton Cycle's advantage is the employment of a regenerator for heat recovery on the turbine's exit side. The purpose of this project is to build a centrifugal compressor for the Regenerative Brayton Cycle. The intended net output of the compressor is 40 kW at 70,000 rpm. The supercritical carbon dioxide working fluid (S-CO2) used in the regenerative Brayton cycle is intended for turbine inlet temperatures of 800 K, compressor inlet temperatures of 320 K. According to the cycle's design, the turbine and compressor have respective powers of 113.84 kW and 60.53 kW. An approach to geometric design is used that is in line with some of the research-related literature. The outcomes of the compressor design are then subjected to CFD simulations. According to the CFD modeling findings, the centrifugal compressor requires 69.89 kW of power with an isentropic efficiency of 60.03 percent under design conditions. The net power produced is 43.39 kW based on the outcomes of the CFD simulation.

keywords ; Brayton cycle, supercritical karbon dioxide, compressor, design and simulation