analisa unjuk kerja pltmh sumber maron …
TRANSCRIPT
ANALISA UNJUK KERJA PLTMH SUMBER MARON MENGGUNAKAN CFD
(COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS)
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan
Akademik Dalam Menyelesaikan
Program Sarjana Teknik
Disusun Oleh :
RIZKY NOVIANSYAH
201210120311191
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2017
ii
iii
LEMBAR PENGESAHAN
Diajukan kepada
Universitas Muhammadiyah Malang Sebagai Salah Satu
Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin
Disusun Oleh
Nama : Rizky Noviansyah
NIM : 201210120311191
Malang, 30 Januari 2017
Yang telah disahkan oleh :
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
Dr. Ir. Suwarsono, MT Ir. Sudarman, MT
Mengetahui
Ketua Jurusan Teknik Mesin
Ir. Daryono, MT
iv
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG FAKULTAS TEKNIK – JURUSAN TEKNIK MESIN
LEMBAR ASISITENSI TUGAS AKHIR
LEMBAR KONSULTASI / ASISTENSI
Nama : Rizky Noviansyah NIM : 201210120311191 Program Studi : Strata Satu (S1) Judul : Analisa Unjuk Kerja PLTMH Sumber Maron Menggunakan CFD
(Computational Fluid Dynamic) Pembimbing I : Dr. Ir. Suwarsono, MT
NO Catatan Asistensi Paraf Pembimbing I
1 Persetujuan Judul TA
2 Konsultasi BAB I
3 ACC BAB I
4 Konsultasi BAB II
5 ACC BAB II
6 Konsultasi BAB III
7 ACC BAB III
8 Konsultasi BAB IV
9 ACC BAB IV
10 ACC BAB V
Malang, 30 Januari 2017
Menyetujui
DosenPembimbing I
Dr.Ir. Suwarsono, MT
v
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG FAKULTAS TEKNIK – JURUSAN TEKNIK MESIN
LEMBAR ASISITENSI TUGAS AKHIR
LEMBAR KONSULTASI / ASISTENSI
Nama : Rizky Noviansyah NIM : 201210120311191 Program Studi : Strata Satu (S1) Judul : Analisa Unjuk Kerja PLTMH Sumber Maron Menggunakan CFD
(Computational Fluid Dynamic)
Pembimbing II : Ir.Sudarman, MT
NO Catatan Asistensi Paraf Pembimbing II
1 Persetujuan Judul TA
2 Konsultasi BAB I
3 ACC BAB I
4 Konsultasi BAB II
5 ACC BAB II
6 Konsultasi BAB III
7 ACC BAB III
8 Konsultasi BAB IV
9 ACC BAB IV
10 ACC BAB V
Malang, 30 Januari 2017
Menyetujui
DosenPembimbing II
Ir. Sudarman,MT
vi
SURAT PERNYATAAN TIDAK PLAGIAT
Yang bertandatangan dibawah :
Nama : Rizky Noviansyah
NIM : 201210120311191
Tempat/Tanggallahir : Purbalingga, 12 November 1994
Jurusan : Teknik Mesin
Fakultas : Teknik
Instansi : Universitas Muhammadiyah Malang
Dengan ini menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa :
Sesungguhnya bahwa tugas akhir dengan judul “Analisa Unjuk Kerja PLTMH
Sumber Maron Menggunakan CFD (Computational Fluid Dynamics)” yang diajukan
untuk memperoleh gelar sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas
Muhammadiyah Malang. Sejauh yang saya ketahui bukan merupakan duplikasi (PLAGIASI)
dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar
kesarjanaan dilingkungan Universitas Muhammadiyah Malang atau instansi manapun,
kecuali bagian yang sumber informasinya saya kutip dan daftar pustaka sebagaimana
mestinya.
Demikian surat pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya untuk digunakan
sebagaimana mestinya.
Malang, 30 Januari 2017 Yang menyatakan Rizky Noviansyah
vii
ANALISA UNJUK KERJA PLTMH SUMBER MARON MENGGUNAKAN CFD (COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS)
Rizky Noviansyah, Pembimbing I : Dr. Ir . Suwarsono, MT Pembimbing II : Ir. Sudarman. MT
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang
Jl.Raya Tlogomas No.246 Telp.(0341) 464318-128 Fax.(0341) 460782 Malang 65144
ABSTRAK
PLTMH Sumber Maron dengan jenis turbin propeller didapat debit air 0,7 m^3/s,
head (tinggi jatuh air) 5,6 m , dan daya yang dihasilkan sebesar 30 kW. Dalam sebuah sistem
PLTMH aliran air sangat diperhitungkan sebab aliran air mamiliki faktor utama terjadinya
proses kerja sebuah turbin air,
Dari permasalahan tersebut kita dapat menyelesaikan dalam bentuk program-
program komputer dengan menggunakan software Computational Fluid Dynamic. Sebagai
contoh, perhitungan kecepatan aliran, debit, torsi, dari hasil perhitungan tersebut nantinya
dapat dijadikan evaluasi saat diproduksi ulang sehingga efisiensi dari turbin itu dapat
dimaksimalkan.
Pada analisa simulasi dapat diketahui kecepatan, arah, dan bentuk aliran.Aliran air
adalah sumber energi utama untuk menjalankan turbin. Hasil simulasi didapat berupa
Kecepatan aliran dan torsi. Dari PLTMH Sumber Maron didapat data real torsi sebesar
49933 Nm dan daya sebesar 30 kW dan dari hasil simulasi mendapatkan torsi sebesar
58725 Nm dan daya sebesar 35 kW.
Kata kunci : PLTMH, simulasi, computational fluid dynamics
viii
ANALYSIS PERFORMANCE PLTMH SUMBER MARON USING CFD (COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS)
Rizky Noviansyah, Advisor I : Dr. Ir . Suwarsono, MT Advisor II : Ir. Sudarman. MT
Mechanical Engineering Departmen Engineering Faculty University Muhammadiyah Malang
Jl.Raya Tlogomas No.246 Telp.(0341) 464318-128 Fax.(0341) 460782 Malang 65144
ABSTRACT
PLTMH Sumber Maron with propeller type turbine obtained water flow of 0.7 m ^3/s, the
head (height of falling water) 5.6 m, and the generated power of 30 kW. In an PLTMH system water
flow is calculated because the water flow has a major factor in the process of working a water
turbine.
From the problems we can solve in the form of computer programs by using Computational
Fluid Dynamics software. For example, the calculation of the flow velocity, flow, torque, from the
results of these calculations will be made when the evaluation is reproduced so that the efficiency of
the turbine can be maximized.
In the simulation analysis can know the speed, direction, and shape of flow. The flow of water
is the main source of energy to run the turbines. The simulation results obtained in the form of flow
velocity and torque.PLTMH Sumber Maron of real data obtained torque of 49 933 Nm and a power of
30 kW and the results of the simulation to get a torque of 58 725 Nm and a power of 35 kW.
Keyword : PLTMH, simulation, computational fluid dynamics
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan
segala barokah dan hidayah serta rahmat-Nya sehingga saya dapat menyelesaikan Tugas
Akhir dengan judul “Analisa Unjuk Kerja PLTMH Sumber Maron Menggunakan CFD
(Computational Fluid Dynamic)” Saya menyadari bahwa tanpa bantuan dari berbagai
pihak tidak mungkin dapat menyelesaikan pembuatan Tugas Akhir ini.Untuk itu saya
mengucapkan terima kasih atas bimbingan dan bantuannya kepada :
1. Kedua Orang Tua dan Saudara-saudari sayayang selalu memberikan do’a dan
dukungannya.
2. Bapak Dr.Ir.Suwarsono,MT selaku dosen pembimbing I yang selalu membimbing
dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
3. Bapak Ir.Sudarman,MT selaku dosen pembimbing II yang selalu membimbing dalam
menyelesaikan tugas akhir ini.
4. Seluruh Dosen dan staf pengajar di jurusan teknik mesin universitas muhammadiyah
malang.
5. Teman-teman teknik mesin angkatan 2012 khususnya kelas D yang selalu memberikan
motivasi dalam penyelesaian tugas akhir ini.
6. Teman-teman kosan margo utomo terutama Mas Dimas, Mas Angga, Mas Rizky, Mas
Febri, Mas Ricky, Mas Fendy, Mas Rahman, Mas Reiner.
7. Teman-teman kakak-kakak tingkat khusus Mas kuncoro, Mas faris
8. Semua pihak lain yang turut membantu pembuatan tugas akhir ini.
Semoga Tuhan Yang Maha Esa memberikan balasan yang sebesar-besarnya atas
segala kemurahan hati dan kebaikan kepada pihak yang telah membantu.
x
Saya menyadari bahwa dalam pembuatan laporan ini masih banyak kekurangan
dan keterbatasan dalam pembuatan Tugas akhir ini, untuk itu saya sangat berterima kasih
atas saran dan kritik yang bersifat membangun sehingga dapat meningkatkan kemampuan
saya dimasa yang akan datang.
Malang, 24 Januari 2017
Penyusun
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................................ i
POSTER ................................................................................................................ ii
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................. iii
LEMBAR ASISTENSI ......................................................................................... iv
LEMBAR PERNYATAAN .................................................................................. vi
ABSTRAK ............................................................................................................ vii
ABSTRACT.........................................................................................................viii
KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix
DAFTAR ISI ......................................................................................................... xi
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... .xiii
DAFTAR GRAFIK ............................................................................................. xiv
DAFTAR TABEL ............................................................................................... .xv
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1
1.1 LatarBelakang ......................................................................................... 1
1.2 RumusanMasalah .................................................................................... 2
1.3 Tujuan ..................................................................................................... 2
1.4 BatasanMasalah ...................................................................................... 2
1.5 Manfaat ................................................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................ 6
2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) ................................. 6
2.2 Prinsip Kerja Turbin Air .......................................................................... 7
2.2.1 Teori Dasar Aliran (Hidrodinamik) ...................................................... 7
2.2.2 Turbin Air Propeller.............................................................................. 9
2.3 Simulasi CFD ........................................................................................... 12
xii
2.4 Pemodelan CFD ....................................................................................... 16
2.5 Proses Simulasi CFD ............................................................................... 22
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ......................................................... 24
3.1 Diagram Alir Konsep ............................................................................... 24
3.2 Parameter Alir Konsep............................................................................. 26
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ........................................... 31
4.1 Hasil Data Spesifik Turbin ..................................................................... 31
4.1.1Data Teknis PLTMH Sumber Maron .................................................... 31
4.1.2Segitiga Kecepatan ................................................................................ 32
4.2 Hasil Data Simulasi Turbin...................................................................... 36
4.2.1 Debit Air Pada Daerah Aliran Masuk Turbin ....................................... 37
4.2.2 Menentukan Syarat Batas ..................................................................... 40
4.2.3 Kecepatan Aliran dan Tekanan ............................................................. 40
4.2.4 Kalkulasi Proses Simulasi ..................................................................... 45
4.3 Perbandingan Perhitungan Data............................................................... 49
BAB V KESIMPULAN ...................................................................................... 51
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar2.1 Skema PLTMH .................................................................................. 7
Gambar2.2 Turbin Air Propeller ........................................................................... 12
Gambar2.3 Proses CFD ......................................................................................... 14
Gambar2.4Prosedur penyelesaian dari salah satu software CFD ......................... 16
Gambar 2.5Geometry dan velocity ....................................................................... 17
Gambar 2.8Forces in x-direction .......................................................................... 18
Gambar 3.1 Diagram Alir Konsep ........................................................................ 25
Gambar3.2 Desain Turbin .................................................................................... 29
Gambar 4.1 Segitiga Kecepatan ............................................................................ 36
Gambar 4.2 Boundary Bak Penampung ............................................................... 37
Gambar 4.3 Output Simulasi Penstok ................................................................... 38
Gambar 4.4 Syarat Batas....................................................................................... 40
Gambar 4.5 Input Debit ........................................................................................ 41
Gambar 4.6 Input Tekanan ................................................................................... 41
Gambar 4.7Kecepatan aliran ditunjukan dengan warna ....................................... 42
Gambar 4.8 Kecepatan Ditunjukkan dengan Arah Vektor ................................... 43
Gambar 4.9 Arah Kecepatan Aliran...................................................................... 43
Gambar 4.10 Torsi ................................................................................................ 44
Gambar 4.11 Tekanan ........................................................................................... 44
xiv
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1 Grafik menentukan𝒖𝟏∗, 𝒖𝑵∗ dan 𝒄𝒎∗𝟐, 𝒄𝒎∗pengarah..........................33
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Tabel Hasil Data Daya dan Torsi..........................................................50
DAFTAR PUSTAKA
Dietzel, P. D. (1980). Turbin, Pompa dan Kompresor. Wurzburg: Erlangga. Digilib.its.ac.id/public/ITS-NonDegree-10346-Presentation.pdf http://en.wikipedia.org/wiki/computational_fluid_dynamics
http:// Iwannirawanumc2009.blogspot.co.id/simulasi-menggunakan-cfd. 2016 iwanirawanumc2009.blogspot.co.id/2012/02/simulasi-menggunakan-cfd.Html Sularso & Tahara, Haruo. (1996). Pompa dan Kompresor. Cetakan Keenam. Jakarta:
Pradnya Paramita.
Sularso, I. M. (1997). Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen,Cetakan Kesembilan.
Jakarta: Pradnya Paramita.
Sunarto, M. Edy & Eisenring, Markus. (1994). TurbinPelton Mikro. Penerbit Andi Ofset. Wiranto. A. 1998. Penggerak mula turbin. Bandung. ITB
DAFTAR LAMPIRAN
1. Naskah Publikasi
2. Slide Power Point
3. Gambar Desain