Pengaruh Bukaan Sudu Pengarah Terhadap Kerugian Head Dan Performansi Turbin FrancisVertikal PLTA TanggaUnit 4 PT. Inalum Power Plant (Persero) Chapter III V

(1)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat

Penelitian dan pengambilan data dilakukan selama 2 hari pada tanggal 1-2 Februari 2016 di PLTA TanggaPT. Inalum Power Plant (IPP) di Paritohan, Kecamatan Pintu Pohan Meranti, Kabupaten Tobasa, Sumatera Utara.

3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat

Alat ukur yang digunkan untuk memperoleh data yang akan dihitung di PLTA TanggaPT. Inalum Power Plant (IPP) yaitu sebagai berikut:

 Guide Vane Meter, digunakan untuk mengukur besarbukaan sudu pengarah (Guide Vane Opening/GVO) pada turbin. Pembacaan data dilakukan secara manual di Turbin Pit yang ditampilkan dalam skala 0-195 mm. Gambar 3.1 di bawah ini menujukkan gambar guide vane meter.

(2)

(Sumber: Foto suvei lapangan PLTA Tangga PT IPP)

 Ultrasonic Flowmeter, digunakan untuk mengukur debit airyang masuk ke turbin. Besarnya debit aliran yang dibaca oleh Ultrasonic Flowmeterdisampaikan keDischarge Meter Tunnel yang berfungsi mengubah data dalam bentuk digital. Ultrasonic Flowmeterditunjukkan pada Gambar 3.2 di bawah ini.

Gambar 3.2 Ultrasonic Flowmeter

(Sumber: http://www.tokyo-keiki.co.jp/ryutai/e/topics/20090309-ufp-20-e.pdf)

Spesifikasi dari alat ini yaitu sebagai berikut:

Tipe : UFP-700B

Pembuat : TOKIMEC

No. Manajemen : 1024R Frekuensi : 0,4 MHz

(3)

 Power Meter, digunakan untuk mengukur besarnya daya yang dihasilkan oleh generator. Setiap unit turbin memiliki Power Meter dan data yang dihasilkan akan dibaca di Local Control Room (LCR).

Spesikasi dari alat ini yaitu sebagai berikut:

Tipe : 3331

Pembuat : HIOKI

 Termometer, digunakan untuk mengukur suhu air yang masuk ke turbin. Hasil pengukuran dilakukan secara manual dan disampaikan ke Turbin Pit. Gambar 3.4 berikut ini adalah Precise Mercury Thermometer.

Gambar 3.4 Precise Mercury Thermometer

(4)

Spesikasi dari alat ini yaitu sebagai berikut: Tipe : Precise Mercury Thermometer

No. Manajemen : IG408

Alat yang digunakan untuk mengolah data dari PLTA TanggaPT. Inalum Power Plant (IPP) yaitu sebagai berikut:

 Laptop, digunakan untuk mengolah data dari alat pengukur dengan menggunakan software yang sudah dipasang pada laptop. Gambar 3.5 berikut ini adalah laptop yang digunakan penulis.

Gambar 3.5 Laptop

Spesifikasi dari alat ini adalah sebagai berikut:

Tipe :N43S

Pembuat : Asus

Sistem Operasi:Windows 7 Ultimate 32-bit (6.1, Build 7600)

CPU : Intel Core i5-2450M 2.5 GHz

(5)

 Software Microsoft Office Excel 2010, digunakan untuk mengolah data yang disajikan dalam bentuk tabel dan grafik. Software ini digunakan penulis untuk mengolah data penelitian (head losses dan kavitasi) karena dapat lebih mudah dalam melakukan penghitungan data, terutama dalam bentuk tabel dan grafik. Gambar 3.6 ini adalah tampilanScreenshotSoftware Microsoft Office Excel 2010 yang dipakai penulis.

Gambar 3.6 Screenshot Software Microsoft Office Excel 2010

 Software Pipe Flow Expert V 6.39, digunakan untuk menghitung head losses pada pipa dan komponen-komponen pendukungnya pada \turbin.Adapun metode penghitungan yang digunakan program ini yaitu sebagai berikut:

a. Memakai prinsip persamaan kontinuitas aliran dan hukum konservasi energi.

b. Head Losses dihitung dengan menggunakan persamaan Darcy-Weisbach

c. Faktor gesekan dihitung dengan menggunakan persamaan

(6)

Gambar 3.7 berikut ini adalah gambar Screenshot Software Pipe Flow Expert V 6.39.

Gambar 3.8. Pipe Flow Expert V.6.39

3.2.2 Bahan

Bahan yang digunakan adalah data yang diperoleh dari Departemen Operasi (Seksi PTE/Power Techincal Development & Engineering) dan Departemen Maintenance (Seksi PMN/Power Maintenance) di PLTA Tangga P.T. Inalum Power Plant (IPP) di Paritohan, Kecamatan Pintu Pohan Meranti, Kabupaten Tobasa, Sumatera Utara, serta pustaka-pustaka yang mendukung penelitian.

Data yang digunakan dalam pengujian ini terbagi menjadi dua, yaitu: a. Data primer, merupakan data yang diperoleh dari di PLTA Tangga P.T.

(7)

b. Data sekunder, merupakan data yang bersumber dari pustaka-pustaka yang mendukung penelitian, seperti: resistance coefficient untuk penghitungan kerugian head mayor, roughness coefficient untuk penghitungan kerugian

head minor, tabel physical properties of water untuk memperoleh nilai massa jenis, viskositas kinematik, tekanan penguapan pada air yang yang mengalir ke turbin, sertarumus-rumus (Hazen-Williams, rumus kerugian

head minor) yang dipakai untuk perhitungan di penelitian.

3.3 Instalasi Penelitian

Turbin yang diteliti dalam instalasi penelitian ini adalah Turbin Francis Vertikal Unit-4 PLTA Tangga PT. Inalum Power Plant (IPP). Unit 4 dipilih dari total 4 unit lainnya dimana unit turbin ini memiliki spesifikasi sebagai berikut:

 Permbuat : Toshiba (2010)

 Standarisasi : JEC-4001-1992

 Tipe : VF-IRS (Vertical Shaft Francis)

 Kecepatan Putaran : 333 rpm

 Head Maksimum : 245,9 m

 Head Normal : 241,4m

 Head Minimum : 214,2 m

 Daya Turbin Maksimum : 83 MW

 Daya Turbin Normal : 81 MW

 Daya Turbin Minimum : 71 MW

(8)

Gambar 3.9. Gambar Sederhana Instalasi Turbin Tangga

3.4 Metode Pengolahan Data

Metode pengolahan data yang dipakai dalam penelitian ini terbagi menjadi dua, yaitu:

a. Metode Analisis Perhitungan

Metode analisis perhitungan ini menggunakan rumus-rumus yang bersumber dari pustaka. Adapun rumus yang dipakai seperti: Persamaan

Hazen-Williams, rumus head losses minor, dan persamaan kontinuitas. Penghitungan dengan menggunakan rumus-rumus tersebut dilakukan di

Software Microsoft Office Excel 2010 sehingga data hasil perhitungan dapat ditampilkan dalam tabel dan grafik.

b. Metode Simulasi

(9)

penelitian ini menggunakan dua software, yaitu Software Pipe Flow Expert V 6.39 (simulasi head losses).

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)

Dihitung Roughness Coefficient

tiap komponen pipa: K

Dihitung:

(10)

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)

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

Selesai

Jaringan pipa disimulasikan menggunakan software Pipe flow Expert

Data dianalisa untuk memperoleh ralat kerugian head

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

(11)

Gambar 3.11 Diagram Alir Penelitian Simulasi Software Pipe Flow Expert V 6.39

Panjang pipa (Length) (m)

Internal diameter (m)

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 90o,

Elevasi tiap pipa

(Elevation of joint): EL (m) Debit aliran alir masuk turbin

Klik Calculate

Result

Tidak

Ya

View Result Drawing:

Kerugian Head Mayor: hf(m)

(12)

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 skala 0-195 mm. Hubungan antara bukaan sudu pengarah (GVO) dengan debit air masuk turbin (QT) ditunjukkan pada tabel 4.1 di bawah ini.

(13)

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

(14)

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

(15)

 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

(16)

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

(17)

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

(18)

5 Penstock #4 Qt 31.933 140 2.6 20 0.1321

∑hf (m) 3.7449

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

No. Komponen Q Q (m3_/s) _C _{D (m)} _{L (m)} _h f (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

(19)

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

5 Penstock #4 Qt 37.385 140 2.6 20 0.1768

∑hf (m) 5.0129

5 Penstock #4 Qt 38.22 140 2.6 20 0.1842

(20)

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

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

(21)

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 (m}2₎ _{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

(22)

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

No. Komponen Q Q (m3_/s) _{d (m) A (m}2₎ _{v (m/s)}

(23)

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

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

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

No. Komponen Q Q (m3_/s) _{D(m) A (m}2₎ _{v (m/s)}

(24)

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

Tabel 4.21 Kerugian Head Minor pada GVO 102 mm

No. Komponen ∑nK v (m/s) v2_{/2g (m)} _h

(25)

(26)

∑hm (m) 1.842805

No. Komponen ∑nK v (m/s) v2_{/2g (m)} _h m (m)

(27)

(28)

1 Head Race Tunnel 0.4 5.11485 1.33756445 0.535026

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

(29)

102 1.0593 0.896384 1.955684

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

Gambar 4.2. Grafik Hubungan GVO dengan Kerugian HeadTotal

(30)

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.

(31)

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

(32)

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

(33)

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.

(34)

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

(35)

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).

4.3Perhitungan 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)

(36)

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

(37)

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

(38)

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) 4.4Hubungan 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

(39)

Adapun hubungan bukaan sudu pengarah dengan daya air dapat dilihat pada gambar 4.8 berikut ini

GVO(mm) Q (m3_/s) _{� ��/�} ₎ _{� �/�} ₎ _h

(40)

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.

4.5Hubungan 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)

(41)

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

(42)

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) � (%) 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

(43)

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) � _� % 102 32.366.783,13 37.652..933,1 85,96085484

132 48.663.270,03 53.547.512,8 90,87867477

(44)

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.

(45)

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.

(46)

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.

(47)

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