Optimasi Perancangan Runner Turbin Cross Flow Dengan Variasi Jenis Material

1 | P a g e

Perancangan Runner CrossFlow: Mikro Hidro - Hidro Power

Plantation ( Dokumentasi Pengetahuan Komputasi Teknik ,

Resume Hasil Diskusi dan Studi Kasus )

Abdullah Arifianto, ST

Mahasiswa Magister Teknik,Program Studi Produk Desain dan Manufaktur,

Departemen Teknik Mesin, UI

ABSTRAKSI

Perancangan Runner Cross Flow dipengaruhi oleh variabel Head dan Debit sebagai penentu

dimensi utama. Variabel Material dalam perancangan Runner Cross Flow mampu mempengaruhi

qualitas dan quantitas dari Runner, baik responnya terhadap beban dinamis maupun korelitasnya

dengan biaya produksi. Optimasi perancangan Runner Cross Flow yang bertumpu pada pemilihan

material yang optimum dengan batasan beban-beban dinamis yang diterima oleh runner pada

dasarnya akan mampu menseleksi material yang paling optimum digunakan yang akan berkorelasi

langsung terhadap biaya produksi.

Kata kunci: Runner, Cross Flow, Komputasi, Optimasi, Material Cost, Cost Estimation

Abdullah Arifianto: Perancangan Runner CrossFlow

2 | P a g e

LATAR BELAKANG

Cross Flow adalah tipikal turbin tenaga air yang paling mudah untuk dibuat, dikarenakan ruang

kerjanya yang berada pada tekanan atmosfer, dan sistem kerja sederhana yang memanfaatkan

impuls, sehingga dengan ini turbin Cross Flow disebut turbin reaksi, yakni turbin yang

memanfaatkan impuls/reaksi pada area kontak dengan fluida.


3 | P a g e

Perancangan Runner Turbin Cross Flow utamanya dipengaruhi oleh dua variabel faktual yang akan

menentukan dimensi utama dari runner, lebar pemasukan dan jari-jari runner. Dua variabel yang

mempengaruhi hal tersebut adalah Head, yakni tinggi potensial dari sumber daya air, dan Debit,

yakni volume fluida yang mengalir dalam satu penampang persatuan detik. Disamping itu pula

pemilihan Runner dipengaruhi oleh kecepatan spesifik yang akan menentukan wilayah kerja yang

sesuai.

Optimasi Perancangan Runner Turbin Cross Flow dapat dilakukan untuk mendapatkan nilai-nilai

optimum yang berkaitan dengan kuantitas bahan yang akan berkorelasi dengan biaya produksi dari

Runner.

Optimasi Perancangan ini akan dilakukan pada utamanya pada komputasi penentuan dimensi dari

runner, kemudian penseleksian material yang paling optimum mengacu pada pembebanan

dinamis akibat dari reaksi impuls pada sudu runner.


4 | P a g e

BATASAN MASALAH

1. Untuk perancangan bahan yang dipergunakan oleh dinding runner – sudu – hub adalah seragam,

sehingga pembebanan dinamis mengacu pada batasan nilai minimal ketiga komponen tersebut.

2. Komputasi idealnya dilakukan untuk mendapatkan nilai optimum, akan tetapi dalam

penseleksian material, dimana komponen material yang di inputkan dalam penseleksian memiliki

batasan tertentu (berjumlah 5), maka komputasi untuk menentukan kondisi optimum berada

dalam batasan kelima material tersebut secara optional, artinya pilihan optimum adalah salah satu

bahan dari kelima bahan yang ada.

3. Aliran fluida yang mengalir keluar dari sudu berada dalam tekanan atsmosfer, sehingga di

asumsikan fluida terpengaruh gaya gravitasi, sehingga sudut jatuh fluida tersebut searah dengan

gaya gravitasi.

4. Runner mengapit Sudu, dan Sudu dimisalkan dalam bentuk datar flat, sehingga dalam analisis

pembebanannya, runner dan sudu seperti batang dengan dua tumpuan jepit.


5 | P a g e

DESKRIPSI MASALAH

Runner Cross Flow di rancang menggunakan data faktual yang menjadi input utama, yakni Debit

dan Tinggi Potensial (Head). Dari input tersebut dicarikan dimensi runner.

Kemudian input untuk optimasi perancangan, berupa spesifikasi material berupa kekuatan

tegangan bahan, harga bahan pertebal minimum permeter yang akan menentukan kekuatan

bahan terhadap beban dinamis.

Dari input yang kedua akan dapat dilihat pilihan optimum dari lima bahan yang tersedia.


6 | P a g e

DASAR TEORI

1. Energi Potensial

2. Energi Kinetik

3. Energi Tekanan

4. Energi Total dalam Aliran dan Hukum Bernoulli


7 | P a g e

5. Persamaan Kontinuitas

Persamaan ini dikenal sebagai persamaan kontinuitas tingkat satu

6. Impact of Jet


8 | P a g e

7. Kecepatan Spesifik

8. Segitiga Kecepatan


9 | P a g e

9. Penentuan Daya Turbin

10. Pembebanan

Dari momen yang dapat dihitung, maka tebal minimum sudu yang dapat menanggung

beban/momen max tersebut dapat dicari dengan cara sebagai berikut:


10 | P a g e

MEKANISME KERJA FAKTUAL RUNNER

Pada pensederhanaan mekanisme kerjanya, fluida mengalami kontak dengan sudu runner dalam 4

titik posisi.


11 | P a g e

Posisi 1 Fluida memasuki sudu dengan kecepatan mutlak v1, kecepatan yang diberdayakan untuk

memutar runner adalah kecepatan keliling u1.

Posisi 2 Fluida menjelang keluar dari sudu dengan kecepatan keliling u2 yang menambah

kecepatan putar dari runner, dan kecepatan mutlak v2, dan kecepatan relatif w2 yang tegak lurus

dengan jari-jari lingkar runner.

Posisi 3 Fluida memasuki sudu dengan kecepatan relatif w3 yang besarnya sama dengan w2,

kecepatan keliling yang mendukung putaran sudu u3 dan kecepatan mutlak v3.

Posisi 4 Fluida menjelang keluar dari sudu, dengan kecepatan mutlak v4 yang arahnya searah

dengan gaya gravitasi, kecepatan keliling u4 dan kecepatan relatif w4 yang besarannya sama

dengan w1.


12 | P a g e

HASIL PERHITUNGAN DAN PEMODELAN OPTIMASI

Untuk kemudahan perhitungan trial, maka dicobakan input Debit sebesar 3 m3/s dan Head 50m.

Didapatkan perhitungan sebagai berikut:


13 | P a g e


14 | P a g e

PROGRAM

Anda bisa mencoba Program Optimasi tersebut di link berikut ini:

http://andodinejad.insancendekia.org/wp-content/uploads/2009/05/perhitungan-runner.htm


15 | P a g e

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

1. Optimasi Perancangan Runner Cross Flow mampu mendapatkan nilai optimum berdasarkan

frame fungsi kuantitas bahan yang berkorelasi dengan harga, banyaknya bahan yang

digunakan, dari bahan-bahan yang tersedia.

Saran

1. Komputasi untuk Optimasi secara ideal dapat dilakukan untuk mendapatkan nilai optimum,

akan tetapi untuk pembatasan atau penseleksian material seperti dalam kasus ini,

komputasi diarahkan untuk mendapatkan nilai dari nilai-nilai yang tersedia, artinya yang

dilakukan adalah penseleksian nilai, bukan penentuan nilai dari range yang tersedia.


16 | P a g e

REFERENSI

Penche, Celso., de Minas. Layman’s Handbook: on How to Develop a Small Hydro Site, European

Small Hydro Power Association (ESHA), 1998.

Breslin, W.R., Small Mitchell (Banki) Turbine: a Construction Manual, VITA Publication, Virginia,

USA, 1980.

Mockmore, C.A., F. Merryfield, The Banki Water Turbine, Oregon State College, Corvallis, 1949.

Chapra, Steven C., Canale, Raymond P., Metode Numerik Untuk Teknik, UI Press, Jakarta, 1991.

Davies, Glyn A.O., Mathematical Methods in Engineering, John Wiley & Sons, 1984.

Flanagan, David., Javascript Pocket Reference, 2nd Edition, O'Reilly, 2002.

W3 Schools, www.w3schools.com

Optimasi Perancangan Runner Turbin Cross Flow Dengan Variasi Jenis Material

Documents

Transcript of Optimasi Perancangan Runner Turbin Cross Flow Dengan Variasi Jenis Material