Prosedur Penelitian - METODOLOGI PENELITIAN

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.5 Prosedur Penelitian

Prosedur penelitian dalam skripsi ini dibagi menjadi dua diagram alir (Flow Chart), yaitu sebagai berikut:

a. Diagram alir penelitian (Metode Analisis Perhitungan)

b. Diagram alir penelitian (Metode Simulasi dengan Software Pipe Flow Expert V 6.39.

Gambar 3.10 berikut ini adalah diagram alir penelitian (Metode Analisis Perhitungan).

Mulai

Survey Lapangan di PLTA Tangga Unit 4

Pengambilan Data

Besar bukaan sudu pengarah: GVO (mm)

Debit aliran air masuk turbin tiap GVO: Qt (m³/s) Koefisien kekasaran pipa: C

Diameter pipa: D (m) Panjang pipa: L (m)

Dihitung Roughness Coefficient tiap komponen pipa: K

Dihitung:

Kerugian head minor tiap GVO: hm(m) Kerugian head total tiap GVO: hL(m)

Head efektif tiap GVO: hefektif(m)

Gambar 3.10 Diagram Alir Penelitian (Metode Analisis Perhitungan)

Adapun diagram alir penelitian (Metode Simulasi dengan Software Pipe Flow Expert V 6.39) dapat kita lihat pada gambar 3.11 berikut ini

Kesimpulan

Mulai

Pengaturan satuan (Unit: Metrik) Pembuatan reservoir (Add Tanks)

Suhu fluida: T(^oC) Tekanan fluida: p(bar g) Massa jenis: ρ (kg/m³) Tekanan uap jenuh: pv (kPa) Surface pressure: patm(bar g)

Selesai

Jaringan pipa disimulasikan menggunakan software Pipe flow Expert

Data dianalisa untuk memperoleh ralat kerugian head

Dihitung daya air (WHP) dan daya turbin (BHP)

Dihitung efisiensi Trbin Francis Vertikal Unit 4 PLTA Tangga

Gambar 3.11 Diagram Alir Penelitian Simulasi Software Pipe Flow Expert V 6.39 Panjang pipa (Length) (m)

Internal diameter (m) Roughness (mm)

Pembuatan sistem instalasi pipa (Add Pipes):

Head Race Tunnel, Penstock #1, #2, #3, dan #4

Pembuatan kelengkapan pipa (Add Fittings):

Entrance, Gate Valve, Wye Branch, Bending 90^o, Gradual Contraction, Spherical Branch, Butterfly Valve (inlet)

Elevasi tiap pipa

(Elevation of joint): EL (m) Debit aliran alir masuk turbin (Add Demand): QT (m³/s)

Klik Calculate

Result LogBerhasil Tidak

View Result Drawing:

Kerugian Head Mayor: hf(m) Kerugian Head Minor: hm(m)

Selesai

BAB IV

PERHITUNGAN DAN ANALISISHASIL PERHITUNGAN

4.1 Hubungan Antara Bukaan Sudu Pengarah (GVO) Terhadap Debit Air Masuk Turbin

Data bukaan sudu pengarah (Guide Vane Opening/GVO) terhadap debit air masuk turbin (QT) di bawah ini merupakan hasil pengujian Turbin Francis Vertikal Unit-4 PLTA Tanggayang dilakukan oleh P.T. Inalum Power Plant (Persero) pada tanggal 13 Agustus 2012 (lampiran 2). Bukaan sudu pengarah (GVO) yang dipakai ada sembilan variasi, yaitu sebesar 102 mm; 132 mm; 161 mm; 168 mm; 176 mm; 183 mm; 186 mm; 191 mm; dan 195 mm.

Adapun angka-angka tersebut didapat dari Guide Vane Meter, dan pembacaan data dilakukan secara manual di Turbin Pit yang ditampilkan dalam skala 0-195 mm. Hubungan antara bukaan sudu pengarah (GVO) dengan debit air masuk turbin (QT) ditunjukkan pada tabel 4.1 di bawah ini.

Tabel 4.1Hubungan bukaan sudu pengarah (GVO)dan debit air masuk turbin (QT)

GVO (mm) QT (m³/s)

102 16,136

132 23,136

161 30,11

168 31,933

176 33,746

183 35,58

186 36,53

191 37,385

195 38,22

Berikut ini adalah grafik hubungan bukaan sudu pengarah (GVO)dan debit air masuk turbin (QT) yang ditunjukkan pada gambar 4.1.

Gambar 4.1. Grafik Hubungan Antara Bukaan Sudu Pengarah (GVO) dan Debit Air Masuk Turbin (QT)

Grafik pada gambar 4.1 menunjukkan bahwa semakin besar bukaan sudu pengarah (GVO) maka debit air masuk turbin (QT) akan semakin besar. Hal ini disebabkan oleh semakin besar GVO maka sudu pengarah (guide vane), yang menutup air yang masuk sebelum masuk ke turbin, semakin terbuka. Jika semakin besar bukaannya maka semakin banyak air yang masuk (debit air masuk/QT).

4.2 Perhitungan Kerugian Head pada Tiap GVO

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

0 50 100 150 200 250

QT (m3/s)

GVO (mm)

GVO vs Q

Kerugian head yang dihitung dalam penelitian ini yaitu kerugian head dari gate valve sampai inlet valve Turbin Francis Vertikal Unit-4PLTA Tangga PT.

Inalum Power Plant (IPP). Penulis menggunakan dua metode untuk menghitung kerugian head, yaitu menghitung kerugian head dengan metode analisis perhitungan dari persamaan Hazen-Williams dan dengan metode simulasi dari Software Pipe Flow Exper V 6.39.

4.2.1 Kerugian Head Mayor (Perhitungan)

Perhitungan kerugian head mayorpada pipa di PLTA TanggaPT. Inalum Power Plant (IPP) digunakan persamaan Hazen-Williams, seperti yang dituliskan pada persamaan 2.23. Pada penelitian ini tidak bisa digunakan persamaan Darcy-Weisbachkarena pada diagram Moody,yang digunakanuntuk mencari faktor gesekan dalam persamaan Darcy-Weisbach, tidak mencakup untuk pipa yang berdiameter sangat besar. Hal tersebut terbukti dari diagram Moody yang terbatas untuk interpolasi antara nilai relative roughness(ε/D= 0,000001 sampai 0,05), bilangan Reynolds (Re= 10³sampai 10⁸), dan faktor gesekan (f= 0,008 sampai 0,1).

Diagram Moody dapat dilihat pada lampiran 1. Jadi digunakan persamaan Hazen-Williamsyang cocok untuk perhitungan kerugian head mayor di pipa di PLTA TanggaPT. Inalum Power Plant (IPP).

Berikut ini adalah perhitungan untuk nilai bilangan Reynolds dan nilai relative roughness pada pipa di PLTA TanggaPT. Inalum Power Plant (IPP) yang diambil dari ukuran pipa terkecil dengan bukaan sudu pengarah (GVO) terkecil hingga ukuran pipa terbesar dengan GVO terbesar.

Diketahui : Massa jenis air (ρair @27o

C) = 996,5 kg/m³(dari lampiran 4) Viskositas air (μair @27o

C) = 8,88 x 10^-4 Ns/m² (dari lampiran 4) Nilai kekasaran pipa (εs.steel) = 0,000015 m (dari lampiran 3) Ditanya :Redanε/Ddari ukuran pipa terkecil dengan bukaan sudu pengarah

(GVO) terkecil hingga ukuran pipa terbesar dengan GVO terbesar?

Penyelesaian:

 Bilangan Reynolds dan nilai relative roughness pada pipa di PLTA Tangga

 Bilangan Reynolds dan nilai relative roughness pada pipa di PLTA Tangga dengan diameter terbesar (D = 6,1 m) dan GVO terkecil (102 mm) (di

 Bilangan Reynolds dan nilai relative roughness pada pipa di PLTA Tangga dengan diameter terkecil (D = 2,6 m) dan GVO terbesar (195 mm) (di

 Bilangan Reynolds dan nilai relative roughness pada pipa di PLTA Tangga dengan diameter terbesar (D = 6,1 m) dan GVO terbesar (195 mm) (di

Berdasarkan nilai bilangan Reynolds(Re) dan nilai relative roughness (ε/D)pada pipa di PLTA Tangga diketahui bahwa untuk GVO terkecil maka nilai friction factor (f) pada diagram Moody dapat diinterpolasikan, sedangkan untuk GVO terbesar tidak dapat diinterpolasikan karena tidak tercakup pada diagram Moody. Jadi dalam metode analisis perhitungan hanya dapat digunakan persamaan Hazen-Williams yang dapat menghitung kerugian head mayor pada GVO terkecil dan terbesar. Jika ingin menghitung kerugian head mayor pada GVO terkecil dan terbesar dengan menggunakan persamaan Darcy-Weisbach dan Colebrook-White maka dapat digunakan Software Pipe Flow Expert V 6.39.

Persamaan Swamee-Jain, Hardy Cross, Manning dan Chezy tidak digunakan untuk perhitungan kerugian head mayor karena persamaan-persamaan tersebut adalah persamaan yang dikenalkan sebelum persamaan Hazen-Williams dan Darcy-Weisbach sehingga keempat persamaan tersebut belum diperbarui dan hasilnya tidak sebaik/seakurat dari persamaan Hazen-Williams dan Darcy-Weisbach. Selain itu parameter perhitungan dari persamaan Hazen-Williams dan Darcy-Weisbach lebih lengkap.

Berikut ini adalah tabel-tabel yang menunjukkan perhitungan kerugian head mayor pada tiap GVO di setiap komponen pipa dengan menggunakan persamaan Hazen-Williams.

Tabel 4.2 Kerugian Head Mayor pada GVO 102 mm

No. Komponen Q Q (m³/s) C D (m) L (m) hf (m)

Tabel 4.3 Kerugian Head Mayor pada GVO 132 mm

No. Komponen Q Q (m³/s) C D (m) L (m) hf (m) 1 Head Race Tunnel 4Qt 92.544 140 6.1 1673 1.2431 2 Penstock #1 2Qt 46.272 140 4.3 52.1 0.0590 3 Penstock #2 2Qt 46.272 140 4.1 228.3 0.3258 4 Penstock #3 2Qt 46.272 140 3.8 175.5 0.3626

5 Penstock #4 Qt 23.136 140 2.6 20 0.0728

∑hf (m) 2.0632

Tabel 4.4 Kerugian Head Mayor pada GVO 161 mm

No. Komponen Q Q (m³/s) C D (m) L (m) hf (m) 1 Head Race Tunnel 4Qt 120.44 140 6.1 1673 2.0239 2 Penstock #1 2Qt 60.22 140 4.3 52.1 0.0960 3 Penstock #2 2Qt 60.22 140 4.1 228.3 0.5304 4 Penstock #3 2Qt 60.22 140 3.8 175.5 0.5903

5 Penstock #4 Qt 30.11 140 2.6 20 0.1185

∑hf (m) 3.3591

Tabel 4.5 Kerugian Head Mayor pada GVO 168 mm

No. Komponen Q Q (m³/s) C D (m) L (m) hf (m) 1 Head Race Tunnel 4Qt 127.732 140 6.1 1673 2.2564 2 Penstock #1 2Qt 63.866 140 4.3 52.1 0.1070 3 Penstock #2 2Qt 63.866 140 4.1 228.3 0.5913 4 Penstock #3 2Qt 63.866 140 3.8 175.5 0.6581

5 Penstock #4 Qt 31.933 140 2.6 20 0.1321

∑hf (m) 3.7449

Tabel 4.6 Kerugian Head Mayor pada GVO 176 mm

No. Komponen Q Q (m³/s) C D (m) L (m) hf (m) 1 Head Race Tunnel 4Qt 134.984 140 6.1 1673 2.4991 2 Penstock #1 2Qt 67.492 140 4.3 52.1 0.1185 3 Penstock #2 2Qt 67.492 140 4.1 228.3 0.6549 4 Penstock #3 2Qt 67.492 140 3.8 175.5 0.7289

5 Penstock #4 Qt 33.746 140 2.6 20 0.1463

∑hf (m) 4.1478

Tabel 4.7 Kerugian Head Mayor pada GVO 183 mm

No. Komponen Q Q (m³/s) C D (m) L (m) hf (m) 1 Head Race Tunnel 4Qt 142.32 140 6.1 1673 2.7562 2 Penstock #1 2Qt 71.16 140 4.3 52.1 0.1307 3 Penstock #2 2Qt 71.16 140 4.1 228.3 0.7223 4 Penstock #3 2Qt 71.16 140 3.8 175.5 0.8039

5 Penstock #4 Qt 35.58 140 2.6 20 0.1613

∑hf (m) 4.5744

Tabel 4.8 Kerugian Head Mayor pada GVO 186 mm

No. Komponen Q Q (m³/s) C D (m) L (m) hf (m) 1 Head Race Tunnel 4Qt 146.12 140 6.1 1673 2.8939

2 Penstock #1 2Qt 73.06 140 4.3 52.1 0.1372 3 Penstock #2 2Qt 73.06 140 4.1 228.3 0.7584 4 Penstock #3 2Qt 73.06 140 3.8 175.5 0.8440

5 Penstock #4 Qt 36.53 140 2.6 20 0.1694

∑hf (m) 4.8029

Tabel 4.9 Kerugian Head Mayor pada GVO 191 mm

No. Komponen Q Q (m³/s) C D (m) L (m) hf (m) 1 Head Race Tunnel 4Qt 149.54 140 6.1 1673 3.0204 2 Penstock #1 2Qt 74.77 140 4.3 52.1 0.1432 3 Penstock #2 2Qt 74.77 140 4.1 228.3 0.7915 4 Penstock #3 2Qt 74.77 140 3.8 175.5 0.8810

5 Penstock #4 Qt 37.385 140 2.6 20 0.1768

∑hf (m) 5.0129

Tabel 4.10 Kerugian Head Mayor pada GVO 195 mm

No. Komponen Q Q (m³/s) C D (m) L (m) hf (m) 1 Head Race Tunnel 4Qt 152.88 140 6.1 1673 3.1464 2 Penstock #1 2Qt 76.44 140 4.3 52.1 0.1492 3 Penstock #2 2Qt 76.44 140 4.1 228.3 0.8246 4 Penstock #3 2Qt 76.44 140 3.8 175.5 0.9177

5 Penstock #4 Qt 38.22 140 2.6 20 0.1842

∑hf (m) 5.2220

4.2.2 Kerugian HeadMinor (Perhitungan)

Kerugian head minor dihitung dengan menggunakan persamaan kerugian head minor seperti yang dituliskan pada persamaan 2.30. Di dalam persamaan tersebut terdapat nilai resistance coefficent (k), kecepatan aliran air (v), dan percepatan gravitasi (g). Untuk mendapatkan nilai kerugian head minor diperlukan ketiga nilai tersebut. Nilai K pada tabel di bawah ini bersumber dari lampiran 6, 7, 8, 9 dan 10. Tabel 4.11 di bawah ini adalah tabel resistance coefficent (K) pada kelengkapan pipa di PLTA TanggaPT. Inalum Power Plant (IPP).

Tabel 4.11 Resistance Coefficent (K) pada Kelengkapan Pipa PLTA Tangga

No. Komponen Kelengkapan Pipa K ∑nK

Entrance (Wye Branch) 0,5

0,68 Bending 90^o (R/D=15/4) 0,17

Gradual Contraction (P#1 - P#2) 0,01

3 Penstock #2 Gradual Contraction (P#2 - P#3) 0,01 0,01 kelengkapan pipa untuk menghitung kerugian head minor. Kecepatan aliran air diperoleh dari persamaan kontinuitas seperti yang dituliskan pada persamaan 2.30.

Berikut ini adalah contoh proses perhitungan kecepatan aliran pada GVO 102 mm di Head Race Tunnel.

Berikut ini adalah tabel-tabel hasil perhitungan kecepatan aliran pada tiap GVO di setiap komponen pipa.

Tabel 4.12 Kecepatan Aliran Air pada GVO 102 mm

No. Komponen Q Q (m³/s) D (m) A (m²) v (m/s) 1 Head Race Tunnel 4Qt 64,5440 6,1 29,236 2,20766 2 Penstock #1 2Qt 32,272 4,4 15,211 2,12156 3 Penstock #2 2Qt 32,272 4,1 13,208 2,44339 4 Penstock #3 2Qt 32,272 3,8 11,346 2,84442 5 Penstock #4 Qt 16,136 2,6 5,311 3,03798

Tabel 4.13 Kecepatan Aliran Air pada GVO 132 mm

No. Komponen Q Q (m³/s) D (m) A (m²) v (m/s) 1 Head Race Tunnel 4Qt 92,544 6,1 29,236 3,16537 2 Penstock #1 2Qt 46,272 4,4 15,211 3,04192 3 Penstock #2 2Qt 46,272 4,1 13,208 3,50337 4 Penstock #3 2Qt 46,272 3,8 11,346 4,07837 5 Penstock #4 Qt 23,136 2,6 5,311 4,35589

Tabel 4.14 Kecepatan Aliran Air pada GVO 161 mm

No. Komponen Q Q (m³/s) D (m) A (m²) v (m/s) 1 Head Race Tunnel 4Qt 120,44 6,1 29,236 4,11952 2 Penstock #1 2Qt 60,22 4,4 15,211 3,95887 3 Penstock #2 2Qt 60,22 4,1 13,208 4,55941 4 Penstock #3 2Qt 60,22 3,8 11,346 5,30773

5 Penstock #4 Qt 30,11 2,6 5,311 5,66891

Tabel 4.15 Kecepatan Aliran Air pada GVO 168 mm

No. Komponen Q Q (m³/s) d (m) A (m²) v (m/s) 1 Head Race Tunnel 4Qt 127,732 6,1 29,236 4,36893 2 Penstock #1 2Qt 63,866 4,4 15,211 4,19855 3 Penstock #2 2Qt 63,866 4,1 13,208 4,83546 4 Penstock #3 2Qt 63,866 3,8 11,346 5,62909 5 Penstock #4 Qt 31,933 2,6 5,311 6,01213

Tabel 4.16 Kecepatan Aliran Air pada GVO 176 mm

No. Komponen Q Q (m³/s) D (m) A (m²) v (m/s) 1 Head Race Tunnel 4Qt 134,984 6,1 29,236 4,61698 2 Penstock #1 2Qt 67,492 4,4 15,211 4,43693 3 Penstock #2 2Qt 67,492 4,1 13,208 5,10999 4 Penstock #3 2Qt 67,492 3,8 11,346 5,94868 5 Penstock #4 Qt 33,746 2,6 5,311 6,35347

Tabel 4.17 Kecepatan Aliran Air pada GVO 183 mm

No. Komponen Q Q (m³/s) D (m) A (m²) v (m/s) 1 Head Race Tunnel 4Qt 142.32 6.1 29.236 4.86790 2 Penstock #1 2Qt 71.16 4.4 15.211 4.67806

3 Penstock #2 2Qt 71.16 4.1 13.208 5.38770 4 Penstock #3 2Qt 71.16 3.8 11.346 6.27197

5 Penstock #4 Qt 35.58 2.6 5.311 6.69876

Tabel 4.18 Kecepatan Aliran Air pada GVO 186 mm

No. Komponen Q Q (m³/s) D (m) A (m²) v (m/s) 1 Head Race Tunnel 4Qt 146.12 6.1 29.236 4.99787 2 Penstock #1 2Qt 73.06 4.4 15.211 4.80297 3 Penstock #2 2Qt 73.06 4.1 13.208 5.53156 4 Penstock #3 2Qt 73.06 3.8 11.346 6.43944

5 Penstock #4 Qt 36.53 2.6 5.311 6.87762

Tabel 4.19 Kecepatan Aliran Air pada GVO 191 mm

No. Komponen Q Q (m³/s) D (m) A (m²) v (m/s) 1 Head Race Tunnel 4Qt 149.54 6.1 29.236 5.11485 2 Penstock #1 2Qt 74.77 4.4 15.211 4.91538 3 Penstock #2 2Qt 74.77 4.1 13.208 5.66102 4 Penstock #3 2Qt 74.77 3.8 11.346 6.59015 5 Penstock #4 Qt 37.385 2.6 5.311 7.03860

Tabel 4.20 Kecepatan Aliran Air pada GVO 195 mm

No. Komponen Q Q (m³/s) D(m) A (m²) v (m/s) 1 Head Race Tunnel 4Qt 152.88 6.1 29.236 5.22909 2 Penstock #1 2Qt 76.44 4.4 15.211 5.02517

3 Penstock #2 2Qt 76.44 4.1 13.208 5.78746 4 Penstock #3 2Qt 76.44 3.8 11.346 6.73735

5 Penstock #4 Qt 38.22 2.6 5.311 7.19580

Tabel-tabel di atas menunjukkan bahwa nilai-nilai kecepatan aliran air pada tiap kelengkapan pipa akan semakin besar jika GVO semakin besar pula. Hal ini disebabkan karena nilai debit air masuk turbin (QT) yang semakin besar jika GVO semakin pula. Tabel-tabel tersebut membuktikan bahwa kecepatan aliran air (v) berbanding lurus debit air masuk turbin (QT).

Hasil perhitungan nilai K dan v digunakan untuk menghitung kerugian head minor pada tiap GVO. Nilai percepatan gravitasi (g) yang dipakai yaitu sebesar 9,7796 m/s² sesuai dengan keadaan di PLTA Tangga PT. Inalum Power Plant (IPP). Berikut ini adalah contoh proses perhitungan kerugian head minor pada GVO 102 mm di Head Race Tunnel. Tabel-tabel berikut ini akan menunjukkan hasil perhitungan kerugian head minor pada tiap GVO di setiap komponen pipa.

Tabel 4.21 Kerugian Head Minor pada GVO 102 mm

No. Komponen ∑nK v (m/s) v²/2g (m) hm (m) 1 Head Race Tunnel 0.4 2.20766 0.24918006 0.099672 2 Penstock #1 0.68 2.12156 0.23012275 0.156483 3 Penstock #2 0.01 2.44339 0.30523512 0.003052 4 Penstock #3 0.97 2.84442 0.41365317 0.401244 5 Penstock #4 0.5 3.03798 0.47186605 0.235933

∑hm (m) 0.896384

Tabel 4.22 Kerugian Head Minor pada GVO 132 mm

No. Komponen ∑nK v (m/s) v²/2g (m) hm (m) 1 Head Race Tunnel 0.4 3.16537 0.51226877 0.204908 2 Penstock #1 0.68 3.04192 0.47309079 0.321702 3 Penstock #2 0.01 3.50337 0.6275104 0.006275 4 Penstock #3 0.97 4.07837 0.85039786 0.824886 5 Penstock #4 0.5 4.35589 0.97006921 0.485035

∑hm (m) 1.842805

Tabel 4.22 Kerugian Head Minor pada GVO 132 mm

∑hm (m) 1.842805

Tabel 4.22 Kerugian Head Minor pada GVO 132 mm

∑hm (m) 1.842805

Tabel 4.23 Kerugian Head Minor pada GVO 161 mm

No. Komponen ∑nK v (m/s) v²/2g (m) hm (m) 1 Head Race Tunnel 0.4 4.11952 0.86764515 0.347058 2 Penstock #1 0.68 3.95887 0.80129308 0.544879 3 Penstock #2 0.01 4.55941 1.06283588 0.010628 4 Penstock #3 0.97 5.30773 1.44034509 1.397135 5 Penstock #4 0.5 5.66891 1.64303962 0.82152

∑hm (m) 3.12122

Tabel 4.24 Kerugian Head Minor pada GVO 168 mm

No. Komponen ∑nK v (m/s) v²/2g (m) hm (m) 1 Head Race Tunnel 0.4 4.36893 0.97588599 0.390354 2 Penstock #1 0.68 4.19855 0.90125476 0.612853 3 Penstock #2 0.01 4.83546 1.19543097 0.011954 4 Penstock #3 0.97 5.62909 1.62003836 1.571437 5 Penstock #4 0.5 6.01213 1.84801562 0.924008

∑hm (m) 3.510607

Tabel 4.25 Kerugian Head Minor pada GVO 176 mm

No. Komponen ∑nK v (m/s) v²/2g (m) hm (m) 1 Head Race Tunnel 0.4 4.61698 1.08984541 0.435938 2 Penstock #1 0.68 4.43693 1.00650067 0.68442

3 Penstock #2 0.01 5.10999 1.33502381 0.01335 4 Penstock #3 0.97 5.94868 1.80921478 1.754938 5 Penstock #4 0.5 6.35347 2.06381555 1.031908

∑hm (m) 3.920555

Tabel 4.26 Kerugian Head Minor pada GVO 183 mm

No. Komponen ∑nK v (m/s) v²/2g (m) hm (m) 1 Head Race Tunnel 0.4 4.86790 1.21152452 0.48461 2 Penstock #1 0.68 4.67806 1.11887221 0.760833 3 Penstock #2 0.01 5.3877 1.48407457 0.014841 4 Penstock #3 0.97 6.27197 2.0112074 1.950871 5 Penstock #4 0.5 6.69876 2.2942342 1.147117

∑hm (m) 4.358272

Tabel 4.27 Kerugian Head Minor pada GVO 186 mm

No. Komponen ∑nK v (m/s) v²/2g (m) hm (m) 1 Head Race Tunnel 0.4 4.99787 1.27708212 0.510833 2 Penstock #1 0.68 4.80297 1.17942047 0.802006 3 Penstock #2 0.01 5.53156 1.56438689 0.015644 4 Penstock #3 0.97 6.43944 2.12004517 2.056444 5 Penstock #4 0.5 6.87762 2.41838403 1.209192

∑hm (m) 4.594118

Tabel 4.28 Kerugian Head Minor pada GVO 191 mm

No. Komponen ∑nK v (m/s) v²/2g (m) hm (m)

1 Head Race Tunnel 0.4 5.11485 1.33756445 0.535026 2 Penstock #1 0.68 4.91538 1.23527345 0.839986 3 Penstock #2 0.01 5.66102 1.63846923 0.016385 4 Penstock #3 0.97 6.59015 2.2204424 2.153829 5 Penstock #4 0.5 7.0386 2.53292006 1.26646

∑hm (m) 4.811686

Tabel 4.29 Kerugian Head Minor pada GVO 195 mm

No. Komponen ∑nK v (m/s) v²/2g (m) hm (m) 1 Head Race Tunnel 0.4 5.22909 1.3979806 0.559192 2 Penstock #1 0.68 5.02517 1.2910719 0.877929 3 Penstock #2 0.01 5.78746 1.71247767 0.017125 4 Penstock #3 0.97 6.73735 2.32074344 2.251121 5 Penstock #4 0.5 7.1958 2.6473239 1.323662

∑hm (m) 5.029029

4.2.3 Kerugian Head Total (Perhitungan)

Kerugian head total dihitung dengan menggunakan persamaan 2.31, dimana head total merupakan hasil penjumlahan dari Head mayor dan Head minor.

Tabel 4.30 di bawah ini adalah hasil perhitungan kerugian head total dengan menggunakan persamaan Hazen-Williams dan persamaan kerugian head minor pada tiap GVO.

Tabel 4.30Kerugian HeadTotal pada Tiap GVO

GVO (mm) ∑hf (m) ∑hm (m) hL (m)

102 1.0593 0.896384 1.955684

132 2.0632 1.842805 3.906005

161 3.3591 3.12122 6.48032

168 3.7449 3.510607 7.255507

176 4.1478 3.920555 8.068355

183 4.5744 4.358272 8.932672

186 4.8029 4.594118 9.397018

191 5.0129 4.811686 9.824586

195 5.222 5.029029 10.251029

Grafik pada gambar 4.2 di bawah ini menunjukkan hubungan antara GVO dan kerugian headtotal.

Gambar 4.2. Grafik Hubungan GVO dengan Kerugian HeadTotal

0 2 4 6 8 10 12

0 50 100 150 200 250

Kerugian Head Total (m)

GVO (mm)

Berdasarkan grafik pada gambar 4.2 ditunjukkan bahwa semakin besar GVO maka semakin besar pula kerugian headtotal yang terjadi pada pipa dan kelengkapannya di PLTA Tangga PT. IPP. Hal ini disebabkan karena kerugian headtotal dipengaruhi oleh debit air yang masuk (QT). Semakin besar QT maka semakin besar kerugian headtotal dan kecepatan aliran yang terjadi. Jadi, semakin besar kecepatan aliran air (v) maka semakin besar kerugian headmayor dan minor.

4.2.4 Kerugian Head Mayor(Simulasi dan Galat)

Hasil perhitungan kerugian headmayor di bawah ini merupakan hasil perhitungan dari Software Pipe Flow Expert V 6.39. Nilai kerugian headmayor dari masing-masing komponen pipadan tampilan Software Pipe Flow Exper V 6.39 dilampirkan pada lampiran 11. Berikut ini adalah tabel 4.31 yang menunjukkan perbandingan hasil perhitungan antara kerugian headmayor dengan metode analisis perhitungan (persamaan Hazen-Williams) dan simulasi (Software Pipe Flow Expert V 6.39) serta galatnya yang dinyatakan dalam persen.

Berikut ini adalah contoh proses perhitungan galat kerugian head mayor antara metode analisis perhitungan dan simulasi pada GVO 102 mm.

Tabel 4.31 Kerugian HeadMayor pada Tiap GVO (Perhitungan dan Simulasi).

GVO (mm) ∑hf perhitungan (m) ∑hf simulasi (m) Galat (%)

195 5.2220 4.677 10.43661432 Gambar 4.3 berikut ini adalah grafik yang menunjukan perbandingan hasil perhitungan antara kerugian headmayor dengan metode analisis perhitungan (persamaan Hazen-Williams) dan simulasi (Software Pipe Flow Expert V 6.39) serta galatnya yang dinyatakan dalam persen.

Gambar 4.3. Grafik Hubungan Kerugian HeadMayor dan GVO

Berdasarkan tabel dan grafik di atas ditunjukkan bahwa galat antara metode analisis perhitungan dan simulasi menunjukkan nilai yang cukup besar karena metode penghitungan yang digunakan antara analisis perhitungan dan simulasi berbeda. Kerugian headmayor yang dihitung pada analisis perhitungan menggunakan persamaan Hazen-Williams, sedangkan pada simulasi menggunakan persamaan Darcy-Weisbach. Alasan dari perbedaan penggunan rumus ini sudah dijelaskan pada sub bab 4.2.1.

4.2.5 Kerugian HeadMinor (Simulasi dan Galat)

Hasil perhitungan kerugian headminor berikut ini merupakan hasil perhitungan dari Software Pipe Flow Expert V 6.39. Nilai kerugian headminor

dari masing-masing komponen pipadan tampilan Software Pipe Flow Expert V 6.39 dilampirkan pada lampiran 11. Berikut ini adalah tabel 4.32 yang menunjukan perbandingan hasil perhitungan antara kerugian headminor dengan analisis perhitungan (persamaan Hazen-Williams) dan simulasi (Software Pipe Flow Expert V 6.39) serta galatnya yang dinyatakan dalam persen.

Berikut ini adalah contoh proses perhitungan galat kerugian head minor antara metode analisis perhitungan dan simulasi pada GVO 102 mm.

Tabel 4.32 Kerugian HeadMinor pada Tiap GVO (Perhitungan dan Simulasi)

GVO (mm) ∑hm perhitungan (m) ∑hm simulasi (m) Galat (%)

102 0,896384 0,908 1,29587320

132 1,842805 1,870 1,47573943

161 3,12122 3,167 1,46673416

168 3,510607 3,563 1,49241997

176 3,920555 3,979 1,49073282

183 4,358272 4,423 1,48517578

186 4,594118 4,663 1,49935200

191 4,811686 4.883 1,48210004

195 5,029029 5.104 1,49076492

Gambar 4.4 berikut ini adalah grafik yang menunjukan perbandingan hasil perhitungan antara kerugian headminor dengan analisis perhitungan (persamaan Hazen-Williams) dan simulasi (Software Pipe Flow Expert V 6.39) serta galatnya yang dinyatakan dalam persen.

Gambar 4.4. Grafik Hubungan Kerugian HeadMinor dan GVO (Perhitungan dan Simulasi)

Berdasarkan tabel dan grafik di atas ditunjukkan bahwa galat antara metode analisis perhitungan dan simulasi menunjukkan nilai yang sangat kecil sehingga kedua kurva pada grafik berimpit. Hal itu disebabkan karena persamaan yang digunakan antara metode analisis perhitungan dan simulasi (Software Pipe Flow Expert V 6.39) sama yaitu dengan menggunakan persamaan kerugian head minor.

4.2.6 Kerugian Head Total(Simulasi dan Galat)

Kerugian head total di bawah ini adalah hasil dari penjumlahan kerugian head mayor dan minor dari metode simulasi (Software Pipe Flow Expert V 6.39).

Kerugian head total antara simulasi dan perhitungan dicari nilai galatnya. Berikut ini adalah contoh proses perhitungan galat kerugian head total antara metode analisis perhitungan dan simulasi pada GVO 102 mm.

Tabel 4.33 di bawah ini menunjukkan hasil perhitungan dan galat antara kerugian headtotal dengan menggunakan metode analisis perhitungan dan simulasi pada tiap GVO.

Berdasarkan tabel di atas diperoleh nilai galat dari 4,58518847% hingga 7,39812771%. Nilai galat terbesar terdapat pada GVO 102 mm dan terkecil pada GVO 195 mm. Gambar 4.5 di bawah ini adalah grafik yang menunjukkan perbandingan antara kerugian head total dengan menggunakan metode analisis perhitungan dan simulasi (Software Pipe Flow Expert V 6.39). Gambar 4.5 di bawah ini merupakan grafik yang menunjukkan hasil perhitungan dan galat antara kerugian head total dengan menggunakan metode analisis perhitungan dan simulasi pada tiap GVO.

Tabel 4.33 Kerugian HeadTotal (Simulasi dan Galat) pada Tiap GVO

GVO (mm) hL perhitungan (m) hL simulasi (m) Galat (%)

102 1.955684 1.811 7.39812771

132 3.906005 3.66 6.29812302

161 6.48032 6.128 5.43676855

168 7.255507 6.875 5.24438885

176 8.068355 7.66 5.06119277

183 8.932672 8.498 4.86609158

186 9.397018 8.771 6.66187933

191 9.824586 9.366 4.66773867

195 10.251029 9.781 4.58518847

Gambar 4.5 Grafik Kerugian HeadTotal pada Tiap GVO (Simulasi dan Galat)

Berdasarkan grafik pada gambar 4.5 di atas ditunjukkan bahwa hasil perhitungan kerugian headdengan menggunakan metode analisis perhitungan lebih besar daripada menggunakan simulasi (Software Pipe Flow Expert V 6.39).

4.3 Perhitungan Head Efektif pada Tiap GVO

Head efektif yang dihitung pada penelitian ini merupakan head maksimum pada Turbin Francis Vertikal Unit-4 PLTA Tangga PT. IPP yang dikurangi dengan kerugian head total dari gate valve sampai inlet valve. Kerugian head total yang dipakai dalam penghitungan head efektif ini berasal dari penghitungan dengan menggunakan metode analisis perhitungan dan simulasi (Software Pipe Flow Expert V 6.39).

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/𝒎^𝟑 ) 𝒈(𝒎/𝒔^𝟐) 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

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

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) 𝜂_𝐺(%) 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) 𝜂_{𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛}(%)

102 32.366.783,13 37.652..933,1 85,96085484

132 48.663.270,03 53.547.512,8 90,87867477

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

Dalam dokumen PENGARUH BUKAAN SUDU PENGARAHTERHADAP KERUGIAN HEAD DAN PERFORMANSI TURBIN FRANCIS VERTIKAL PLTA TANGGA UNIT 4 PT. INALUM POWER PLANT (PERSERO) (Halaman 82-0)