OPTIMASI DESAIN TURBIN AIR TIPE VORTEX DENGAN 5 VARIASI JUMLAH SUDU TERHADAP EFISIENSI

(1)

OPTIMASI DESAIN TURBIN AIR TIPE VORTEX DENGAN 5 VARIASI JUMLAH SUDU TERHADAP EFISIENSI

Vico Rinanda¹⁾, Rosyida Permatasari²⁾

1,2)Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Trisakti E-mail: [email protected] ; [email protected]

Abstrak

Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLMTH) adalah pembangkit listrik yang memanfaatkan potensi aliran sungai sebagai sumber tenaga listrik . Tujuan penelitian ini adalah untuk membuat desain turbin air dengan memanfaatkan aliran sungai di kawasan Baturaden Adventure Forest agar bisa digunakan untuk menyalakan mesin pellet daun kering. Turbin air yang akan didesain adalah tipe turbin vortex dengan memanfaatkan head yang rendah. Penelitian ini dibatasi dengan parameter-parameter yang sudah ditentukan dengan melihat luas area dan aliran sungai yaitu luas dam 4,2 m², diameter turbin 0,6 m dan tinggi turbin 0,5 m. Selanjutnya dilakukan perhitungan dan gambar geometri menggunakan software CAD. Kemudian untuk menganalisa fluida dilakukan simulasi Computational fluid dynamics (CFD) menggunakan software ANSYS dengan menggunakan sudu 4, 5, 6, 7, 8 dan 9 buah. Hasil dari penelitian didapatkan effisiensi tertinggi dimiliki oleh jumlah sudu 9 dengan effisiensi 64%.

Kata kunci:Baturaden Adventure Forest, Mikrohidro, Vortex, CAD, ANSYS.

Pendahuluan

Pembangkit listrik tenaga air saat ini menjadi salah satu pilihan dalam memanfaatkan sumber energi terbaru, namun pemanfaatan yang ada masih menggunakan teknologi yang sederhana. Pembangkit listrik jenis ini dalam proses pembuatannya sangat ekonomis, tetapi masih dalam skala kecil. Artinya pembangkit- pembangkit seperti ini hanya mampu mencukupi pemakaian energi listrik untuk sejumlah rumah saja. Jenis pembangkit listrik tenaga air ini sering disebut mikrohidro atau sering juga disebut Pikohidro tergantung keluaran daya listrik yang dihasilkan. Teknologi ini terdiri dari komponen utama yaitu turbin air dan generator listrik [1].

Turbin vortex adalah salah satu jenis turbin mikrohidro yang menggunakan pusaran air sebagai penggerak sudunya. Turbin vortex memiliki head yang relatif rendah 0,7 m – 3m dengan debit 50 L/s [2]. Turbin jenis ini sangat cocok digunakan untuk aliran sungai, karena kebanyakan sungai memiliki head yang rendah.

Berdasarkan uraian diatas, dalam penelitian ini akan dilakukan analisis turbin air vortex dengan bentuk sudu spiral dan jumlah sudu 4, 5, 6, 7,8 dan 9 sehingga dapat diketahui kinerjanya dan dapat dimanfaatkan aliran air yang memiliki tinggi jatuh (head) yang rendah dengan efisiensi yang optimal.

Studi Pustaka

Aliran sungai dengan head jatuh yang kecil belum termanfaatkan dengan optimal.

Hal ini menjadi referensi untuk memanfaatkan aliran sungai dengan mengubahnya menjadi aliranvortex. Seorang Peneliti dari Jerman Viktor Schauberger mengembangkan teknologi aliran vortex (pusaran) untuk diterapkan pada pemodelan turbin air dengan memanfaatkan aliran irigasi yang kemudian diubah menjadi aliranvortex(pusaran), yang kemudian dimanfaatkan untuk menggerakkan sudu turbin seperti pada Gambar 1.

Cara kerjanya adalah sebagai berikut:

1. Air Sungai dari tepi sungai disalurkan dan diarahkan ke tangki sirkulasi.

Tangki sirkulasi ini memiliki suatu lubang lingkaran pada dasarnya.

2. Tekanan rendah pada lubang dasar tangki dan kecepatan air pada titik masuk tangki sirkulasi mempengaruhi kekuatan aliranvortex.

(2)

3. Energi potensial seluruhnya di ubah menjadi energi kinetik rotasi di inti vortexyang selanjutnya diekstraksi melalui turbin sumbu vertikal.

4. Air kemudian kembali ke sungai melalui saluran keluar.

Gambar 1. Prinsip Kerja Turbin Vortrex [3]

Metodologi

1. Desain Dam

Gambar 2. Desain Dam 2. DesainRunner

Gambar 3. Desainrunnerdengan jumlah 4, 5, 6 ,7 ,8 dan 9

(3)

3. Meshing

Meshingbertujuan untuk membuat suatu desain menjadi susunan susunan partikel kecil, semakin besar mesh maka tingkat ketelitian dan akurasi semakin besar. Prosesmeshingpada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4.Meshing 4. Setup

Setupbertujuan untuk memasukkan input dan menggambarkan kondisi lingukan disekeliling objek. Dalam penelitian ini input yang dimasukkan adalah massa aliran jenis pada dam, kecepatan turbin, dan rotasirunner.Untuksetup pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 5.

Gambar 5. ProsesSetup

5. Perhitungan Analitik

Laju Aliran Massa ( ) [4] = Q . ρ [kg/s] (1)

Kecepatan Turbin Impuls (N_t) [5] = [rpm] (2)

Daya Input (Pin) = ρ . Q . g . H [Watt]

(3)

Daya Output (Pout) = T . ω [Watt] (4)

Effisiensi (η_t) = . 100 % [%] (5)

(4)

Hasil dan Pembahasan

1. Efek Jumlah Sudu Terhadap Torsi

Pada Gambar 6. dapat dilihattrendline semakin banyak jumlah sudu maka torsi yang dihasilkan juga semakin besar.

Gambar 6. GrafikTrendlineJumlah Sudu Terhadap Torsi

2. Efek Jumlah Sudu Terhadap Daya Output

Pada Gambar 7. dapat dilihattrendlinesemakin banyak jumlah sudu maka daya output yang dihasilkan semakin besar.

Gambar 7. GrafikTrendlineJumlah Sudu Terhadap Daya Output (kW)

3. Efek Jumlah Sudu Terhadap Effisiensi

Untuk memverifikasi hasil penelitian ini, maka pada Gambar 8 dapat dilihat perbandingan pengaruh jumlah sudu terhadap effisiensi hasil penelitian ini dengan penelitian lain.

(5)

Gambar 8. GrafikTrendlineJumlah Sudu Terhadap Efisiensi

4. Kavitasi

Kavitasi terjadi karena adanya pengurangan tekanan hingga nilainya berada dibawah tekanan uap jenuh. Diperoleh tekanan uap jenuh air pada turbin air vortex sebesar 2338,4747 Pa sedangkan berdasarkan hasil simulasi didapatkan tekanan terkecil berada pada sudu dengan jumlah 4 sebesar 2467030Pa. Dapat disimpulkan bahwa sudu turbin aman dari kavitasi.

Gambar 9. Tekanan Terkecil (Warna Biru) PadaRunnerDengan Jumlah Sudu 4

Simpulan

Dari hasil analisa dan perhitungan dapat disimpulkan bahwa jenis turbin yang paling optimum untuk digunakan di Baturaden Adventure Forest, Purwokerto adalah menggunakan runner dengan jumlah 9 sudu. Yaitu menghasilkan daya output terbesar 20,35 kW dengan efisiensi 64%. Tiperunnerdengan jumlah sudu 9 ini aman dari kavitasi karena mempunyai tekanan terendah sebesar 2481130 Pa lebih besar dari tekanan uap jenuhnya sebesar 2338,48 Pa.

Daftar Pustaka

Marsudi, Djiteng. 2006.Pembangkitan Energi Listrik.Jakarta: Erlangga.

Mohanan, Anjali M. 2016.Power Generation With Simultaneous Aeration Using A Gravity Vortex Turbine. International Journal of Scientific & Engeenering Research, Volume 7, Issue 2.

https://www.turbulent.be/vortex-turbine/

(6)

Dixon, S. L. 1998. “Fluid Mechanics And Thermodynamics Of Turbomachiner”, USA:

Pergamon Press Ltd.

Harvey, A. 1993. Micro-hydro Design Manual. London: IT Publications.