PERANCANGAN DAN SIMULASI ALIRAN SISTEM PEMBANGKIT PICOHIDRO HEAD RENDAH ...

16 Pages·2017·1.49 MB·Indonesian

PERANCANGAN DAN SIMULASI
ALIRAN SISTEM PEMBANGKIT PICOHIDRO HEAD RENDAH
KAPASITAS 2 kW

TESIS

Disusun Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Memperoleh
Gelar Magister Teknik Mesin
Institut Teknologi Nasional

Oleh
AGUNG MUKTI WERDHANA
81 2014 003

JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL
BANDUNG
2017

ABSTRAK

Melimpahnya potensi energi air pada head rendah belum termanfaatkan
sepenuhnya terutama aliran air di saluran irigasi, umumnya pemanfaatan
saluran irigasi hanya digunakan sebagai pengairan pesawahan dan
perkebunan. Kontur yang dimiliki pada saluran irigasi memiliki perbedaan
ketinggian yang tidak tinggi sehingga potensi energi yang ada pada saluran
irigasi perlu di kembangkan. Untuk itu diperlukan pengembangan dan
pemanfaatan potensi energi air pada head rendah secara optimal melalui
penelitian mengenai perancangan dan mengetahui fenomena pola aliran air
yang terjadi pada sistem pembangkit picohidro head rendah pada head bersih
1,5 m yang terverifikasi dengan menggunakan turbin jenis aliran aksial
horizontal.
Rancangan sistem pembangkit memiliki bentuk yang sederhana dan mudah
diaplikasikan di saluran irigasi. Untuk mendapatkan daya pembangkitan
sebesar 2 kW dibutuhkan daya yang tersedia sebesar 3,3 kW dengan
kebutuhan debit air sebesar 0,22 m3/s, dimensi turbin yang dibutuhkan untuk
kecepatan putar 500 rpm pada saat operasi dengan kecepatan spesifik 0,53
memerlukan diameter sebesar 0,34 m dan diameter hub sebesar 0,15 m
memiliki sudut sudu pada sisi masuk di diameter rata-rata yaitu 146o dan pada
sisi keluar pada sudut 26o. Rancangan sistem pembangkit disimulasikan
dengan perangkat lunak komputasi fluida dinamik memberikan hasil
kecenderungan yang sama tetapi perlu ada perbaikan disisi geometri untuk
mendapatkan potensi daya rancangan dapat memenuhi kebutuhan daya
pembangkit.

Kata kunci : Perancangan, Picohidro, Head Rendah, Pola Aliran dan Simulasi.
iii
ABSTRACT

The abundance of water energy potential at a low head completely particularly
untapped flow of water on the irrigation, generally the irrigation channel
utilization is only used as irrigation rice fields and plantations. The contours of
the irrigation channel have a different height level that is low so that the
potential energy available on the irrigation channel needs to be developed.
Therefore, it is necessary to develop and utilize the potential of water energy
in the low head optimally through research on design and to know the
phenomenon of water flow pattern that occurs on the low picohidro head plant
system a verified where net head is 1,5 m using horizontal axial flow turbine
type.
The design of the generating system has a simple form and easily applied on
the irrigation canal. To obtain 2 kW of power generation needed 3,3 kW of
available power where a water discharge requirement of 0,22 m3/s, the turbine
dimension required for 500 rpm rotational speed at operation by a specific
speed of 0,53 requires outside diameter amount 0,4 m and hub diameter
amount 0,15 m has an angle at the inlet side in the mean diameter of 146 o
and at the out side at an angle of 26 o. The design of simulated generating
systems with dynamic fluid computation software gives the aquivalent trend
results, another hand there needs to be improvements to the geometry to get
the design power potential to meet the power requirements of the plant.

Key word : Design, Picohydro, Low Head, Flow Pattern and Simulation.
iv
KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, puji syukur panjatkan penulis kepada khadirat Allah SWT
atas rahmat dan hidayah – nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan
penelitian ini dengan judul “PERANCANGAN DAN SIMULASI ALIRAN SISTEM
PEMBANGKIT PICOHIDRO HEAD RENDAH KAPASITAS 2 kW”.
Selama dalam penyusunan dan kegiatan penelitian ini, banyak sekali
rintangan dan cobaan yang di hadapi dengan adanya dorongan, motivasi,
dukungan yang tidak terhingga, akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan
laporan penelitian. Laporan ini saya dedikasikan untuk ibunda tercinta alm.
Asih Sukasih dan ayahanda tercinta Bambang Muktiono, dan dukungan yang
tak henti-hentinya dari istri tercinta Nida Novianti, anak-ku tersayang Raka
Putra Mukti beserta keluarga besar dan kerabat yang tidak dapat di sebutkan
satu persatu. Penulis juga mengucapkan terima kasih dan penghargaan
kepada:
 Yth. Dr. Agus Hermanto Ir., M.T., selaku pembimbing penelitian ini yang
tak henti-hentinya memberikan arahan, motivasi dan masukan selama
kegiatan peneltian ini dilakukan.
 Yth. Tri sigit M.T., telah memberikan arahan dan masukan selama
kegiatan penelitian.
 Yth. Dr. Ing. M.Alexin Putra, selaku ketua Program Studi S2 Teknik
Mesin Institut Teknologi Nasional Bandung
Penulis menyadari dalam penyusunan penelitian ini banyak kekurangan
yang perlu di perbaiki maka dengan hal ini penulis mengharapkan masukkan,
koreksi dan saran untuk menutupi kekurangan tersebut.

Bandung, 14 September 2017

Penulis
v
Daftar Isi

PERNYATAAN ............................................................................................ i
LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................. ii
ABSTRAK ................................................................................................. iii
ABSTRACT ............................................................................................... iv
KATA PENGANTAR .................................................................................... v
Daftar Isi ................................................................................................. vi
Daftar Tabel ........................................................................................... viii
Daftar Gambar ......................................................................................... ix
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ................................................................................ 1
1.2 Rumusan Masalah ........................................................................... 2
1.3 Batasan Masalah ............................................................................. 3
1.4 Tujuan ............................................................................................ 3
1.5 Manfaat Penelitian ........................................................................... 3
1.6 Sistematika Penulisan ...................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................... 5
2.1 Pengertian Pembangkit Picohidro Head Rendah ................................. 5
2.2 Prinsip Picohidro .............................................................................. 5
2.3 Prinsip Kerja Pembangkit Tenaga Air ................................................ 7
2.4 Sistem Pembangkit Picohidro Head Rendah pada Saluran Air Irigasi ... 9
2.5 Irigasi ........................................................................................... 10
2.6 Turbin Air ..................................................................................... 11
vi
2.6.1 Konsep dan Persamaan Dasar Turbin Air ............................... 12
2.6.2 Turbin Impuls ...................................................................... 14
2.6.3 Turbin Reaksi ....................................................................... 14
2.6.4 Turbin Kaplan dan Propeller .................................................. 16
BAB III METODE PENELITIAN ................................................................. 19
3.1 Metodologi Penelitian ..................................................................... 19
3.2 Survei Lokasi ................................................................................. 21
3.3 Kriteria Desain............................................................................... 23
3.4 Perhitungan .................................................................................. 24
3.4.1 Desain Turbin ...................................................................... 24
3.4.2 Desain Komponen Turbin...................................................... 34
3.4.3 Head Loss............................................................................ 36
3.5 Simulasi ........................................................................................ 38
3.6 Hasil Simulasi ................................................................................ 39
BAB IV ANALISA ..................................................................................... 41
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 47
5.1 Kesimpulan ................................................................................... 47
5.2 Saran............................................................................................ 47
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 48

vii
Daftar Tabel

Tabel 2.1 Batas Kecepatan Aliran pada Saluran Irigasi Terhadap
Bahan Bangunan yang Digunakan .................................................... 11
Tabel 3.1 Kriteria Design .................................................................... 23
Tabel 3.2 Hasil Perhitungan Kecepatan Spesifik dan Kecepatan Putar
Berdasar pada Parameter Standard .................................................. 26
Tabel 3.3 Hasil Perhitungan Untuk Diameter Tip dan Hub .............. 27
Tabel 3.4 Hasil Perhitungan Sudut Sudu Turbin ............................... 29
Tabel 3.5 Hasil Perhitungan Nilai Chord dan Pitch pada Kecepatan
Putar 500 rpm ..................................................................................... 31

viii
Daftar Gambar

Gambar 2.1 Potensi tenaga air ........................................................... 6
Gambar 2.2 Komponen utama pada sistem pembangkit listrik tenaga
air ......................................................................................................... 7
Gambar 2.3 Dimensi sudu .................................................................. 15
Gambar 2.4 Segitiga kecepatan untuk turbin air jenis aliran aksial
............................................................................................................. 16
Gambar 2.5 Turbin kaplan double regulated .................................... 17
Gambar 3.1 Diagram alir ................................................................... 20
Gambar 3.2 Peta lokasi ...................................................................... 22
Gambar 3.3 (a)Desain sistem yang akan dikembangkan, (b) Foto
lokasi saluran irigasi ........................................................................... 23
Gambar 3.4 Geometri turbin .............................................................. 31
Gambar 3.5. Geometri head tank ...................................................... 37
Gambar 3.6 Model Head Tank ............................................................ 38
Gambar 3.7 Kontur Kecepatan Fluida ............................................... 39
Gambar 4.1 Kontur kecepatan ........................................................... 43
Gambar 4.2 Kontur tekanan ............................................................. 43
Gambar 4.3 Vektor Kecepatan Sistem Pembangkit Picohidro ......... 44
Gambar 4.4 Detail 1 Vektor kecepatan ............................................. 44
Gambar 4.5 Detail 2 Vektor Kecepatan ............................................. 45
Gambar 4.6 Detail 3 Vektor Kecepatan ............................................. 45
Gambar 4.7 Detail 4 Vektor Kecepatan ............................................. 46
ix