Optimasi Perancangan Runner Turbin Cross Flow Dengan Variasi Jenis Material

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

1|Page

Abdullah Arifianto: Perancangan Runner CrossFlow

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.

2|Page


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.

3|Page


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.

4|Page


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.

5|Page


DASAR TEORI 1. Energi Potensial

2. Energi Kinetik

3. Energi Tekanan

4. Energi Total dalam Aliran dan Hukum Bernoulli

6|Page


5. Persamaan Kontinuitas

Persamaan ini dikenal sebagai persamaan kontinuitas tingkat satu 6. Impact of Jet

7|Page


7. Kecepatan Spesifik

8. Segitiga Kecepatan

8|Page


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:

9|Page


MEKANISME KERJA FAKTUAL RUNNER

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

10 | 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.

11 | 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:

12 | P a g e


13 | 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

14 | 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.

15 | 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

16 | P a g e

Optimasi Perancangan Runner Turbin Cross Flow Dengan Variasi Jenis Material

Recommend Documents