PENDAHULUAN
L ATAR B ELAKANG
Selanjutnya mempelajari pusaran air yang terbentuk di sekitar saluran keluar pipa memerlukan percobaan simulasi menggunakan perangkat lunak Iventor sebagai representasi visual model laboratorium sistem gravitasi pusaran. Peneliti Jerman Viktor Schauberger mengembangkan teknologi arus eddy untuk digunakan dalam pemodelan turbin air.
R UMUSAN MASALAH
Penelitian selanjutnya (Javed Ahmad Chattha, 2019) pada generator turbin pusaran air menunjukkan bahwa kinerja rotor baling-baling yang dipasang lebih tinggi dibandingkan rotor yang terletak di bawahnya, menunjukkan bahwa pusaran permukaan yang tidak terdistorsi memiliki lebih banyak energi yang tersedia untuk menghasilkan listrik. Untuk membuat multi-stage pada GWVT, penelitian ini menyarankan penggunaan propeller yang sama dan jarak setup yang optimal.
T UJUAN
Rig uji pusaran ini dirancang dengan kecepatan air keluar tangki sebesar 2.425 m/detik dan laju aliran air keluar tangki sebesar 73,8 liter/menit.
B ATASAN MASALAH
M ANFAAT
Untuk variasi diameter keluar tabung vorteks 35 cm diperoleh hasil pengumpulan data pada tabel 4.2 dan grafik pada gambar 4.10. Pengujian ini dapat mengetahui hasil kekuatan pusaran terhadap setiap perubahan diameter saluran keluar tabung pusaran.
TINJAUAN PUSTAKA
S ALURAN T ERBUKA
Pada saluran terbuka, misalnya sungai (saluran alami), variabel alirannya sangat tidak teratur dalam ruang dan waktu. Sungai sebagai saluran terbuka akan mempunyai kebebasan yang besar untuk menyesuaikan bentuk morfologinya, sebagai respon terhadap perubahan kondisi hidrolik aliran.
K LASIFIKASI ALIRAN
Aliran seragam adalah aliran yang sepanjang arah memanjang variabel-variabelnya (kedalaman, kecepatan dan laju aliran) tetap atau tidak berubah. Aliran tidak seragam adalah aliran yang dalam arah memanjang variabel-variabelnya (kedalaman, kecepatan dan laju aliran) tidak konstan atau bervariasi.
S ALURAN MASUK ( INLET AREA )
6. b) Aliran non permanen, yaitu aliran yang variabelnya (kedalaman, kecepatan dan laju aliran) tidak konstan atau berubah terhadap waktu.
V ORTEX
- Klasifikasi Vortex
- Vorteks Paksa / Vorteks Berotasi
- Vorteks Bebas / Vorteks Tak Berotasi
Pusaran bebas / pusaran tidak berputar adalah pusaran yang tercipta karena gejala alam, tidak terpengaruh oleh gaya-gaya di luar sistem fluida, dalam aliran yang tidak dapat dimampatkan, biasanya tercipta karena adanya lubang keluar. Ketika suatu massa fluida bergerak secara alami (akibat pengaruh gaya dalam) dalam suatu kurva aliran, terjadi vortisitas bebas, dalam hal ini tidak ada torsi atau gaya luar yang bekerja pada fluida. Dalam analisis arus eddy pada cekungan eddy ini digunakan pendekatan analisis dengan pemodelan free eddy dengan asumsi aliran seragam dan disederhanakan.
Dimana C selanjutnya disebut sebagai konstanta, sebuah faktor yang menunjukkan kekuatan arus eddy yang terbentuk sepanjang radius r, maka kecepatan tangensial arus ini bervariasi berbanding terbalik sebagai fungsi dari r. Dalam kasus arus eddy bebas, garis arus terkonsentrasi dan kecepatannya bervariasi berdasarkan jari-jari dan menurut persamaan yang menunjukkan bahwa energi total per berat satuan setiap zat cair adalah konstan untuk setiap garis arus, atau dengan kata lain nilai energi utama zat cair tersebut, (dH/dr)=0. Jadi tekanan dapat ditentukan pada titik mana saja pada aliran tertentu berdasarkan perhitungan konstanta C, karena nilai C konstan terhadap luas aliran.
P = Tekanan zat cair yang mengalir pada suatu titik (pengukur tekanan) Z = Ketinggian atau tinggi air tertentu pada arus eddy.
T URBIN V ORTEX
- Cara kerja turbin vortex
- Keunggulan turbin vortex
Pada penelitian ini dilakukan pengujian variasi tabung dengan beberapa variasi diameter saluran keluar tabung vorteks dengan cara mengubah lubang tabung. Berdasarkan hasil pengujian diketahui bahwa variasi diameter saluran keluar tabung vorteks menyebabkan terbentuknya vortisitas air pada tabung vorteks dengan semakin banyaknya variasi diameter saluran keluar tabung vorteks. Variasi selanjutnya ini merupakan pengujian akhir untuk mengetahui terbentuknya pusaran air pada tabung pusaran berukuran 6 cm.
Variasi selanjutnya ini merupakan pengujian akhir untuk mengetahui terbentuknya pusaran air pada tabung pusaran berukuran 3 cm. Dalam satu kali pengambilan data pada satu ukuran tabung vorteks, dilakukan 4 variasi diameter saluran keluar tabung vorteks, sehingga diperoleh 12 hasil pengukuran. Gaya putar (torsi) yang dihasilkan oleh poros yang bekerja pada aliran air yang mengenai diameter saluran keluar tabung pusaran menyebabkan terbentuknya pusaran air di dalam tabung.
Dari hasil pengujian terlihat bahwa perubahan diameter keluar tabung vorteks sebesar 3 cm menghasilkan pusaran yang bertahan lebih lama dan terbentuk sempurna.
METODE PENELITIAN
D IAGRAM A LIR PENELITIAN
S TUDI P USTAKA
D IAGRAM BLOK , S KEMA D AN D IMENSI SISTEM GRAVITASI VORTEX
P ARAMETER PENELITIAN TESIS
L ANGKAH - L ANGKAH P ENGUJIAN A LAT
- Persiapan
- Pelaksanaan Pengujian
- Variasi Eksperimental
- Teknik Analisa Data
Pengukuran yang dilakukan pada penelitian ini antara lain mengukur kecepatan pusaran air pada tabung pusaran menggunakan flow meter JDC Flowwatch. Penelitian ini diawali dengan uji eksperimen yang dilakukan pada saluran (bagian kerja) dan tabung vorteks berbahan akrilik yang dapat divariasikan dengan mengubah diameter tabung dan diameter keluar tabung vorteks. Didapatkan laju aliran untuk 4 variasi diameter keluar tabung vorteks pada tabung berdiameter 35 cm, dan dua variasi lainnya berdiameter 30 cm dan 25 cm seperti terlihat pada Tabel 3.2.
Bentuk bagian kerja (saluran) dan tabung vorteks akrilik yang digunakan pada penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 3.5. Lubang keluar tabung vorteks pada pengujian ini menggunakan plat besi berbentuk bulat yang lubang-lubangnya sesuai dengan bentuk tabung vorteks. Air yang jatuh dari tabung vorteks ditampung kembali di tangki bawah dan disirkulasikan kembali ke tangki atas.
Hasil perubahan dengan mengubah lubang pada pintu keluar tabung pusaran akan memberikan pengurangan yang signifikan terhadap pembentukan vortisitas air pada tabung pusaran dalam sistem pusaran dalam suatu sirkulasi.
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
H ASIL P ERANCANGAN
- Pengambilan data literatur
- Perancangan Desain Menggunakan Iventor
- Hasil Pembuatan
Dalam proses pengumpulan data terkait sistem yang dirancang mengenai sistem pusaran, data yang digunakan merupakan data penelitian yang telah dilakukan sebelumnya. Beberapa penelitian dalam literatur penelitian (Mulligan, Seal. 2015) “Analisis Eksperimental dan Numerik Aliran Vortex Turbulen Permukaan Bebas dengan Sirkulasi Kuat” sistem pusaran menentukan kekuatan pusaran (Vortex Strength) yang dipengaruhi oleh perbedaan beberapa variasi lubang outlet pada pipa bah. Simulasi parameter dan dimensi menggunakan Iventor pada awalnya dilakukan dengan memodelkan peralatan yang digunakan pada alat perakitan sistem gravitasi pusaran.
Parameter simulasi sistem pusaran gravitasi digunakan untuk mengetahui pengaruh rasio diameter tabung pusaran masuk dan keluar terhadap tinggi dan kecepatan aliran pusaran yang meliputi kecepatan, tinggi (head), kekuatan pusaran. Bahan yang digunakan untuk pipa dan tangki adalah pipa akrilik yang dipasang dengan diameter 50 cm dan tinggi 50 cm sebagai pipa cekungan, sedangkan tangki merk Oasis mempunyai dua tangki yaitu tangki atas dan tangki bawah yaitu digunakan dengan alasan harganya lebih murah dibandingkan pelat pembentuk dan mudah dipasarkan. Saluran pembawa air didesain sedemikian rupa sehingga air masuk dari samping guna meningkatkan gaya putar air hingga membentuk pusaran, dan akan terkonsentrasi dengan kecepatan tinggi pada lubang keluar pada tabung pusaran.
Pada semua variasi pengujian digunakan tabung vorteks dengan diameter 35 cm, 30 cm, 25 cm dan tinggi 50 cm.
U JI EKPERIMENTAL
- Pengujian pada diameter outlet tabung vortex sebesar 12 cm
- Pengujian pada diameter outlet tabung vortex sebesar 9 cm
- Pengujian pada diameter outlet tabung vortex sebesar 6 cm
- Pengujian pada diameter outlet tabung vortex sebesar 3 cm
Variasi dengan diameter saluran keluar pipa 9 cm merupakan variasi untuk mengetahui torsi dan efisiensi yang dihasilkan pada sistem pusaran. Hasil dari variasi tersebut dengan merubah lubang outlet tabung vorteks akan menjamin peningkatan yang signifikan terhadap terbentuknya vortisitas air pada tabung vorteks pada sistem pusaran dalam satu kali sirkulasi, sehingga diketahui kecepatan aliran pada beberapa variasi. lebar saluran keluar.
H ASIL PENELITIAN
- Menentukan Spesifikasi Pompa
- Pengukuran dan Perhitungan Dalam Perencanaan Tabung Basin
Pompa harus dipersiapkan untuk mampu menggantikan cairan yang keluar, oleh karena itu harus dipilih pompa yang headnya jauh diatas laju alir perhitungan, pompa dengan laju alir 100 liter/menit harus dipilih. Untuk tugas akhir ini perlu dilakukan penentuan pompa dengan melakukan pengujian pengoperasian pompa pada beberapa variasi diameter tabung pusaran yang tersedia. Pompa yang digunakan ada 2 yang fungsinya untuk menyeimbangkan cairan agar volumenya tetap saat terjadi fenomena pusaran paksa.
Pompa pertama 135Watt merk Wasser untuk memompa air dari tangki bawah untuk mengisi tangki atas. Setelah tangki bagian atas terisi penuh, katup pada bagian kerja (saluran) dibuka dan saluran serta tabung pusaran mengalir sehingga menimbulkan pusaran air. Pompa kedua merk Dab Esia 125Watt dan pompa kedua untuk menambah air dari tangki bawah ke area kerja (saluran).
Pengukuran dan perhitungan ini dilakukan sebelum perakitan, yang selanjutnya akan dilakukan uji eksperimen berupa data yang diperlukan untuk menarik kesimpulan.
A NALISA D AYA A IR P ADA T ABUNG BASIN
Untuk menganalisis kecepatan arah aliran, dipasang garis pengukur pada setiap bagian permukaan air. Distribusi vektor kecepatan pada garis pengukuran ditunjukkan pada Gambar 4.6 yang merupakan tampak atas rumah pusaran. Simulasi dinamika fluida terkomputerisasi dijalankan dengan kondisi tanpa slip pada dinding dan dengan tekanan keluar pada lubang pembuangan.
A NALISA VELOCITY AIR PADA T ABUNG BASIN
- Pengukuran Velocity pada diameter outlet tabung vortex sebesar 35 cm
- Pengukuran rata-rata pada diameter outlet tabung vortex
Pada pengambilan data pertama, aliran air mengenai tabung pusaran berdiameter 35 cm sehingga menimbulkan pusaran air. Berdasarkan grafik profil terlihat bahwa kecepatan air yang mengenai lubang keluar tabung vorteks 3cm mempunyai kecepatan aliran yang lebih tinggi dibandingkan dengan lubang keluar tabung vorteks 6cm, 9cm, 12cm. Dari perbandingan keempat grafik diatas dapat disimpulkan bahwa kecepatan fluida paling besar pada lubang keluar sebesar 3 cm, kemudian 6 cm, 9 cm dan kemudian 12 cm.
Untuk keempat kondisi diameter outlet tabung pusaran, kecepatan aliran masuk lebih rendah dibandingkan kecepatan aliran keluar pada saat terbentuk pusaran baru. Oleh karena itu, tinggi pusaran akan berkurang dan tetap konstan ketika laju aliran keluar turun ke nilai laju aliran masuk. Oleh karena itu, tinggi pusaran meningkat, kekuatan pusaran meningkat, dan laju aliran keluar hampir konstan.
Gambar 4.18 menunjukkan bahwa kecepatan bertambah pada tabung berdiameter 35 cm dan berfluktuasi pada tabung berdiameter 30 cm dan 25 cm.
A NALISA V ORTEX STRENGTH
- Vortex strength Tabung basin 25 cm
- Vortex strength Tabung basin 30 cm
- Vortex strength Tabung basin 35 cm
- Pembahasan
Pada Gambar 4.22 diatas terlihat hasil plot daya pusaran setiap perubahan ukuran pipa kolam dan bukaan outlet. Pada Gambar 4.23 diatas terlihat hasil plot daya pusaran setiap perubahan ukuran pipa kolam dan bukaan outlet. Pada Gambar 4.24 diatas terlihat hasil plot daya pusaran setiap perubahan ukuran pipa kolam dan bukaan outlet.
Pada tabel 4.6 diatas dapat dilihat hasil perhitungan gaya pusaran setiap perubahan ukuran tabung cekungan dan lubang keluar. Berdasarkan Persamaan 4.11, hasil gaya pusaran yang dihasilkan dapat dilihat pada Tabel 4.7, dimana jika ukuran lubang keluar pada pipa cekungan besar maka gaya pusaran yang dihasilkan juga besar. Sebaliknya jika ukuran lubang keluar pada tabung cekungan kecil maka gaya pusaran yang dihasilkan juga kecil.
Dari hasil yang diperoleh, hasil kekuatan pusaran adalah jika ukuran lubang keluar pada tabung wastafel besar maka kekuatan pusaran yang dihasilkan juga besar.
PENUTUP
K ESIMPULAN
Dari pengujian percobaan pada tabung vorteks cekungan berbentuk lingkaran dengan dimensi tinggi 50 cm dan diameter tangki 25, 30, 35 cm serta variasi diameter lubang keluar 3, 6, 9 cm dan 12 cm. 3] Gibran, (2014), “Rancang bangun turbin vorteks dengan housing berpenampang melingkar menggunakan sudu berdiameter 46 cm dengan 3 variasi jarak sudu ke saluran buang”, USU. 2015) “Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro”, Yogyakarta. 5] Indra Bayu SK, 2014, “Analisis Desain Turbin Vortex Casing Heliks dan Melingkar dengan 3 Variasi Ukuran Sudu”, USU.
Analisis teoritis turbin vorteks dengan tabung cekungan melingkar dengan diameter outlet, tinggi air dan diameter runner yang bervariasi". Analisis eksperimental dan numerik aliran vorteks permukaan bebas turbulen dengan sirkulasi kuat", Institut Teknologi Sligo. Penulis diterima sebagai sarjana mahasiswa Teknik Fisika ITS dan didirikan kemudian beralih ke bidang minat teknologi instrumentasi dan kontrol untuk menyelesaikan tugas akhirnya.
Setelah menyelesaikan studi S1, penulis melanjutkan studi S2 di Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri dan Rekayasa Sistem Institut Teknologi Sepuluh Nopember dengan peminatan Teknik Energi Terbarukan.
