BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISIS HASIL PERHITUNGAN
4.3 Perhitungan Head Efektif pada Tiap GVO
4.3.1 Head Efektif pada Tiap GVO (Perhitungan)
Head efektif merupakan hasil pengurangan head maksimum dengan kerugian head total. Berikut ini adalah contoh proses perhitungan head efektif pada GVO 102 mm.
Tabel 4.34 berikut ini adalah hubungan head efektif pada tiap GVO dengan menggunakan kerugian head total yang dihitung dengan metode analisis perhitungan.
Tabel 4.34 Head Efektif pada Tiap GVO (Perhitungan)
GVO (mm) hmax (m) hL (m) hefektif (m)
102 241.4 1.955684 239.444316
132 241.4 3.906005 237.493995
161 241.4 6.48032 234.91968
168 241.4 7.255507 234.144493
176 241.4 8.068355 233.331645
183 241.4 8.932672 232.467328
186 241.4 9.397018 232.002982
191 241.4 9.824586 231.575414
195 241.4 10.251029 231.148971
Gambar 4.6 berikut ini merupakan grafik hubungan head efektif pada tiap GVO dengan menggunakan metode analisis perhitungan.
Gambar 4.6. Grafik Hubungan Head Efektif pada Tiap GVO (Perhitungan) 4.3.2 Head Efektif pada Tiap Bukaan Sudu Pengarah (Simulasi dan Galat)
Head efektif berikut ini memerupakan hasil pengurangan head maksimum dengan kerugian head total pada simulasi (Software Pipe Flow Expert V 6.39).
Berikut ini adalah contoh proses perhitungan galat head efektif pada GVO 102 mm. Tabel 4.35 berikut ini adalah hubungan head efektif pada tiap GVO dengan menggunakan kerugian head total.
Tabel 4.35 Head Efektif pada Tiap GVO (Simulasi dan Galat)
GVO (mm) hefektif perhitungan (m) hefektif simulasi (m) Galat (%)
19,5 239,444316 239.589 0,06042490
78,0 237,493995 237,74 0,10358367
102,0 234,91968 235,272 0,14997466
129,5 234,144493 234,525 0,16250948
136,0 233,331645 233,74 0,17501055
143,0 232,467328 232,902 0,18698197
230
150,0 232,002982 232,629 0,26983188
160,5 231,575414 232,034 0,19802879
195,0 231,148971 231,619 0,20334462
Gambar 4.7 di berikut ini merupakan grafik hubungan head efektif pada tiap GVO dengan berdasarkan simulasi.
Gambar 4.7. Grafik Hubungan Head Efektif pada Tiap GVO (Simulasi dan Galat) 4.4 Hubungan Antara GVO danDaya Air (Water Horse Power)
Daya air dihitung dengan persamaan (2.35). dari persamaan tersebut menunjukkan bahwa daya air berbanding lurus dengan debit air masuk turbin dan head efektif yang bekerja pada turbin. Dari hasil perhitungan dengan menggunakan persamaan di atas maka diperoleh daya air yang bekerja pada turbin francis.
Tabel 4.36 berikut ini adalah besarnya daya air (WHP) pada masing-masing bukaan yang dihitung menggunakan persamaan diatas.
Tabel 4.36 Hubungan GVO terhadap Daya Air (WHP)
230
GVO VS HEAD EFEKTIF (PERHITUNGAN & SIMULASI)
Adapun hubungan bukaan sudu pengarah dengan daya air dapat dilihat pada gambar 4.8 berikut ini
GVO(mm) Q (m3/s) 𝝆(𝒌𝒈/𝒎𝟑 ) 𝒈(𝒎/𝒔𝟐) hefektif (m) WHP (watt) 102 16,136 996,5 9,7796 239,444316 37.652.933,06 132 23,136 996,5 9,7796 237,493995 53.547.512,83 161 30,110 996,5 9,7796 234,91968 68.933.217,67 168 31,933 996,5 9,7796 234,144493 72.865.519,18 176 33,746 996,5 9,7796 233,331645 76.735.148,86 183 35,580 996,5 9,7796 232,467328 80.605.794,4 186 36,530 996,5 9,7796 232,002982 82.592.694,39 191 37,385 996,5 9,7796 231,575414 84.370.034,95 195 38,220 996,5 9,7796 231,148971 86.095.616,87
Gambar 4.8 Hubungan Bukaan Sudu Pengarah Dengan Daya Air
Dari grafik di atas terlihat bahwa besarnya daya air akan semakin besar seiring dengan semakin besarnya bukaan sudu pengarah. Hal ini dikarenakan untuk menghitung daya air merupakan hasil perkalian antara daya, percepatan gravitasi, rapat jenis air dan head efektif yang bekerja. Debit air yang semakin besar akan berbanding terbalik dengan head efektif yang semakin kecil.
4.5 Hubungan Antara GVO danDaya Terbangkit
Daya terbangkit berikut ini merupakan data hasil pembacaan pada Power Meter yang terletak di Local Control Room. Data yang ditampilkan berupa kapasitas arus yang berhasil dibangkitkan oleh system pembangkit. System pembangkit yang dimaksud adalah Turbin dan Generator. Data yang dihasilkan dapat dilihat pada table berikut ini.
Tabel 4.37 Hubungan GVO Terhadap Daya Terbangkit
0
GVO (mm) Daya Terbangkit (watt)
102 31.180.000
Data daya terbangkit hasil pembacaan Power Meter akan digunakan untuk menghitung daya turbin. Hal ini dikarenakan alat pembaca daya yang dihasilkan turbin tidak tersedia pada PT. Inalum. Oleh karena itu digunakan data daya terbangkit dan efisiensi generator.Semakin besar bukaan sudu pengarah turbin francis maka daya terbangkit akan semakin besar seperti ditunjukkan oleh gambar 4.9 Berikut ini:
Gambar 4.9 Hubungan Sudu Pengarah Terhadap Daya Terbangkit
0
Dari grafik diatas terlihat bahwa daya yang dibangkitkan oleh system mengalami nilai yang signifikan naik hingga bukaan 191 mm dan pada bukaan 195mm mengalami kenaikan tetapi tidak terlalu signifikan.
4.6.Hubungan Antara GVO danDaya Turbin
Adapun daya turbin yaitu daya yang berhasil dihasilkan oleh turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin ditransmisikan melalui poros turbin. Untuk menghitung daya turbin digunakan persamaan (2.38)
Tabel 4.38. Hubungan GVO Terhadap Daya Turbin
GVO (mm) Daya Terbangkit (watt) 𝜂𝐺(%) Daya Turbin (watt)
102 31.180.000 96,33333 32.366.783,13
132 47.386.667 97,37666 48.663.270,03
161 63.603.333 97,86 64.994.209,07
168 67.713.333 97,94 69.137.566,88
176 71.650.000 98,00 73.112.244,9
183 75.340.000 98,05 76.838.347,78
186 77.600.000 98,80 78.542.510,12
191 79.455.000 98,10 80.993.883,79
195 80.316.666 98,11 81.863.893,59
Semakin besar bukaan sudu pengarah maka daya turbin akan semakin besar juga seperti yang ditunjukkan gambar berikut ini.
Gambar 4.10 Hubungan Sudu Pengarah Terhadap Daya Turbin
Dari grafik diatas bahwa turbin menghasilkan daya paling kecil pada bukaan 102 mm yaitu sekitar 32.366.783,13 watt dan tertinggi pada bukaan 195 mm yaitu 81.863.893,59 watt. Daya yang dihasilkan oleh turbin mengalami kenaikan yang signifikan dari bukaan 102 mm hingga bukaan 191 mm pada bukaan 195 mm mengalami kenaikan tetapi tidak terlalu signifikan.
4.7.Hubungan Antara GVO danEfisiensi Turbin
Hasil akhir dari studi ini yaitu mendapatkan besaran efisiensi turnbin francis vertical di PT. Inalum. Untuk mendapatkan efisiensi maka dengan melakukan perbandingan daya yang dihasilkan oleh turbin terhadap daya yang dimilki oleh air tersebut seperti pada terlihat pada persamaan (2.39).
Tabel 4.39 Hubungan GVO Terhadap Efisiensi Turbin
GVO (mm) Daya Turbin (watt) WHP (watt) 𝜂𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛(%)
102 32.366.783,13 37.652..933,1 85,96085484
132 48.663.270,03 53.547.512,8 90,87867477
0
161 64.994.209,07 68.933.217,7 94,2857613
168 69.137.566,88 72.865.519,2 94,88379093
176 73.112.244,90 76.735.148,9 95,27869039
183 76.838.347,78 80.605.794,4 95,32608462
186 78.542.510,12 82.592.694,4 95,09619549
191 80.993.883,79 84.370.035 95,99840019
195 81.863.893,59 86.095.616,9 95,08485631
Dari tabel diatas terlihat bahwa semakin besar bukaan sudu pengarah akan semakin besar pula efisiensi turbin tersebut sampai mencapai bukaan 191 mm dan kemudian akan berkurang pada bukaan maksimum yaitu 195 mm. Besarnya efisiensi yang dihasilkan oleh turbin juga karena pengaruh kualitas dari runner turbin tersebut. Runner pada unit 4 PLTA Tangga telah ganti baru (renewable/improvement) untuk meningkatkan efisiensinya yaitu tepatnya pada tahun 2012.
Adapun grafik hubungan bukaan sudu pengarah dengan efisiensi turbin Francis vertical di unit 4 PLTA Tangga seperti terlihat pada gambar 4.11 berikut ini :
Gambar 4.11 Hubungan Sudu Pengarah Terhadap Efisiensi Turbin
Pada bukaan maksimum turbin akan mengalami penurunan efisiensi, hal ini dikarenakan turbin berputar terlalu cepat dari kecepatan turbin maksimal. Disaat debit air yang sangat besar melalui turbin, justru malah ditolak oleh turbin. Sehingga turbin mengalami perlambatan kecepatan dan mengakibatkan energi yang dihasilkan oleh pembangkit listrik lebih rendah dari energi optimum yang dapat dihasilkan. Oleh Karena itu, pengontrolan kecepatan air diperlukan dengan cara cut out speed. Pengertian cut out speed ialah kecepatan dimana turbin air akan mengurangi kecepatannya untuk melindungi dari kecepatan yang berlebihan.
84 86 88 90 92 94 96 98
0 50 100 150 200 250
Efisiensi Turbin(%)
GVO (mm)
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian dan data analisa Turbin Francis Vertikal diperoleh kesimpulan sebagai berikut: besarnya kerugian head mencapai 10,251029 m. Semakin besarnya kerugian head yang terdapat pada turbin ini diakibatkan oleh semakin besarnya debit yang masuk turbin, juga karena semakin besarnya kecepatan aliran air di dalam instalasi turbin.
b. Dengan analisa menggunakan software Pipe Flow Expert didapat nilai kerugian head juga berbanding lurus seiring dengan semakin besarnya bukaan sudu pengarah. Pada simulasi program Pipe Flow Expert didapat nilai head terkecil yaitu pada bukaan 102 mm yaitu sebesar 1,811 m dan kemudian akan naik hingga bukaan maksimum 195 mm sehingga didapat besarnya kerugian head sebesar 9,781 m. Perbandingan hasil perhitungan kerugian head minor teoritis dan simulasi didapat persen ralat yang sangat kecil, sedangkan pada kerugian head mayor terdapat persen ralat yang cukup besar.
c. Semakin besarnya bukaan sudu pengarah maka akan semakin besar pula daya air dan daya turbin. Daya turbin minimum dihasilkan pada bukaan 102 mm yaitu sebesar 32366783,13 watt dan akan terus naik secara signifikan hingga bukaan 191 mm didapat besarnya 80.993.883,79 watt.
Dan pada bukaan 195 mm daya turbin tetap naik tetapi tidak signifikan
yaitu hanya sebesar 81.863.893,59 watt. Hal ini disebabkan oleh semakin besarnya debit air masuk turbin, dan juga karena headnya yang semakin kecil. Pada Turbin Francis Vertikal Unit 4 PLTA Tangga PT. Inalum Power Plant didapat efisiensi minimum terjadi pada bukaan 102 mm yaitu sebesar 85,96085484 %. Efisiensi akan terus naik seiring bukaan sudu pengarah hingga bukaan 191 mm, dan pada bukaan 195 mm efisiensi akan turun kembali.
5.2 Saran
Adapun saran yang penulis berikan setelah melakukan analisis perhitungan dalam hasil perhitungan di penelitian ini yaitu sebagai berikut:
a. Pada saat dilakukannya efficiency test di PT Inalum hendaknya diperlukan konsentrasi dalam pengamatan data sehingga keakuratan data dapat terjaga..
b. Pada saat pengolahan data menggunakan pipe flow perhatikan kmponen fitting dan bending agar tidak terjadi kesalahan data yang menyebabkan data eror.
c. Pengolahan data untuk perhitungan sebaiknya dilakukan menggunakan Microsoft Excel karena akan memudahkan kita dalam penghitungan data yang akan disajikan.
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, Wiranto. 1997. Penggerak Mula Turbin, Edisi ke Dua Cetakan ke Tiga. Bandung: ITB.
Brightonnk. 2012. Swamee-Jain Equation Derivationdalam http://cheresources.com/invision/topic/16508-swamee-jain-equation-derivation/ diakses pada tanggal 1 Maret 2016.
Cambera, Billy. 2012. Turbin Air 2 dalamwww.slideshare.net/gilagilaan/turbin-air-2 diakses pada tanggal 25 Februari 2016.
Cengel, Yunus A & John M, Cimbala. 2006. Fluid Mechanics Fundamentals and Applications. McGraw: Hill International Edition.
DaxesoftLtd. 2014. Friction Factor Calculationdalamhttp://pipeflow.com/pipe-
pressure-drop-calculations/pipe-friction-factors#Colebrook_Whitediakses pada tanggal 1 Maret 2016.
Daxesoft Ltd. 2014. Model Pipe Networks, Calculate Flow and Pressure dalam http://pipeflow.com/pipe-flow-expert-software diakses pada tanggal 20 Februari 2016.
Dietzel, Fritz. 1988. Turbin, Pompa, dan Kompresor. Jakarta: Erlangga.
Granet, Irving. 2001. Fluid Mechanics for Engineering Technology. New Delhi:
Hill second Edition
Khurmi, RS. 1987. A Text Book of Hydraulic, Fluid Mechanics, and Hydraulic Machines. New Delhi: S. Chand & Company Ltd.
M. White, Frank. 1986. Fluid Mechanics. Boston: McGraw-Hill Ryerson.
Rajput, Ramesh. 2007. A Textbook of Hydraulic Machine (Fluid Mechanics and
Tuakia, Firman. 2008. Dasar-dasar CFD Menggunakan FLUENT. Bandung:
InformatikaWikipedia Bahasa Indonesia. 2013. Hidrolika dalamhttp://id.wikipedia.org/wiki/Hidrolika.
Wikipedia Bahasa Inggris. 2014. Chezy Formuladalam http://en.wikipedia.org/wiki/Ch%C3%A9zy_formula diakses pada tanggal 1 Maret 2016.
Wikipedia Bahasa Inggris. 2014. Francis
Turbinedalamhttp://en.wikipedia.org/wiki/Francis_turbine diakses pada tanggal 1 Maret 2016.
Wikipedia Bahasa Inggris. 2014. Hardy Cross
Methoddalamhttp://en.wikipedia.org/wiki/Hardy_Cross_method diakses pada tanggal 1 Maret 2016.
Wikipedia Bahasa Inggris. Hazen-Williams
Equationdalamhttp://en.wikipedia.org/wiki/Hazen%E2%80%93William s_equationdiakses pada tanggal 3 Maret 2016.
Wikipedia Bahasa Inggris. 2014. James B.
Francisdalamhttp://en.wikipedia.org/wiki/James_B._Francis diakses pada tanggal 3 Maret 2016.
Wikipedia Bahasa Inggris. 2014. Johann Andreas Segnerdalam http://en.wikipedia.org/wiki/Johann_Andreas_Segnerdiakses pada tanggal 3 Maret 2016.
Wikipedia Bahasa Inggris. 2014. Lester Allan Peltondalam http://en.wikipedia.org/wiki/Lester_Allan_Pelton diakses pada tanggal 20 Februari 2016.
Wikipedia Bahasa Inggris. 2014. Manning
Formuladalamhttp://en.wikipedia.org/wiki/Manning_formula diakses pada tanggal 3 Maret 2016.
Wikipedia Bahasa Indonesia. Persamaan
Darcy- Weisbachdalamhttp://id.wikipedia.org/wiki/Persamaan_Darcy-Weisbach diakses pada tanggal 1 Maret 2016.
Wikipedia Bahasa Inggris. 2014. Viktor Kaplandalam http://en.wikipedia.org/wiki/Viktor_Kaplan diakses pada tanggal 1 Maret 2016.
Wikipedia Bahasa Inggris. 2014. Water Turbinedalam http://en.wikipedia.org/wiki/Water_turbine diakses pada tanggal 1Maret 2016.
LAMPIRAN
1. Diagram Moody
Sumber:http://me1065.wdfiles.com/local--files/handouts-and-links/moody.jpg
2. Data Sheet Pengujian Turbin Francis Vertikal Unit-4 PLTA Tangga P.T. Inalum Power Plant (13 Agustus 2012)
3. Resistance Coefficient dan Diagram Pipa Persamaan Hazen-Williams
Sumber:
** "Piping Handbook", Nayyar, Mohinder L., Editor in Chief, Sixth Ed., McGraw-Hill, Inc., New York, 1992.
Sumber: Vennard, John K. 2008. Elementary Fluid Mechanics. New York: Angel Press
4. Koefisien Kekasaran Pipa
Sumber: http://www.engineeringtoolbox.com/surface-roughness-ventilation-ducts-d_209.html
5. Tabel Sifat Air (Physical Properties of Water) (SI units)
Sumber: MWH’s Water Treatment: Principles and Design, Third Edition John C. Crittenden. 2012 John Wiley & Sons, Inc.
6. Kerugian Head untuk Komponen Pelengkap Pipa pada Aliran Turbulen
Sumber: Fluid Mechanics Worked Examples for Engineers. Carl Schaschke.
1998.UK: Institute of Chemical Engineers
7. Entrance Losses
Sumber: http://udel.edu/~inamdar/EGTE215/Minor_loss.pdf
8. Pandangan atas Turbin Francis Unit 4 PLTA Tangga
Sumber: PT. Inalum Power Plant (Persero)