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