Perancangan Penstock Menggunakan Software Computational...

6
Prosiding Seminar Nasional Daur Bahan Bakar 2009 Serpong, i3 Oktober 2009 ISSN 1693-4687 Perancangan Penstock Menggunakan Software Computational Fluid Dynamics Ridwan Arief Subekti, Anjar Susatyo Pus lit Tenaga Listrik dan Mekatronik - LlPI ABSTRAK - PERANCANGAN PENSTOCK MENGGUNAKAN SOFTWARE COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS. Penstock berfungsi untuk menyalurkan dan mengarahkan air ke cerobong turbin. Untuk kebutuhan penelitian tersebut bahkan sampai tingkat disain, dibutuhkan suatu alat yang mampu menganalisis atau memprediksi dengan cepat dan akurat. Dalam mendisain penstock, dapat digunakan komputasi aliran fluida dinamik/Computational Fluid Dynamics(CFD}. CFD akan memberikan pemahaman mendalam tentang penstock yang kita disain. Dengan prototipe virtual kita dapat mengetahui fenomena yang teIjadi di dalam penstock. Tujuan analisis/simulasi CFD pada perancangan penstock ialah untuk membantu mendisain penstock lebih cepat dan hemat biaya. Dengan mengubah-ubah kondisi batas, kita dapat menentukan disain penstock yang optimal karena CFD dapat memprediksinya secara menyeluruh. Dengan metode pembuatan prototipe penstock virtual pada software GAMBIT (Geometri and Mesh Building intelligent Toolkit), kita dapat menganalisis prototipe virtual tersebut menggunakan software Fluent. Kondisi batas yang digunakan pada sisi inlet adalah inlet velocity sedangkan kondisi batas yang digunakan pada sisi outlet adalah outlet pressure. Dengan analisis CFD yang dilakukan, didapat hasil rancangan penstock debit 0,0934 m3/s yang optimal adalah diameter penstock 16", panjang 2,5 meter, dengan pressure total pada sisi inlet (PI) = 306554,655 Pascal dan pressure total pada sisi outlet (P2) = 300318,64 Pascal. Kata kunci : komputasi aliran fluida dinamik, FLUENT, penstock, perancangan, prototipe ABSTRACT - DESiGN OF PENSTOCK USING COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS SOFTWARE. penstock jimctions as to canalized and directing water into turbine intake. For the requirement of the research moreover design, is required an appliance capable to analyze or predicting quickly and accurately. In penstock design, we can use Computational Fluid Dynamics (CFD). CFD will give a profound understanding about penstock which we designed. With virtual prototype we can find out phenomenon that happened in penstock. The purpose of analysis / CFD simulation at penstock design is to assist penstock design more quickly and cost effectively. Hy varying boundary condition, we can determine optimal penstock design because CFD can predict totally. With method making of virtual penstock prototype at GAMBIT software (Geometry and Mesh Building intelligent Toolkit), we can analyze the virtual prototype by use Fluent software. Inlet boundary condition is inlet velocity, while outlet boundary condition is outlet pressure. With CFD analysis, we got that the optimal diameter of penstock having debit 0,0934 m3/s is 16", length 2.5 meter, with total inlet pressure (PI) = 306554.655 Pascal and IOtal outlet pressure (PJJ = 300318.64 Pascal. Keywords: Computational Fluid Dynamics, FLUENT, penstock, design, prototype L PENDAHULUAN Aliran fluida, baik cair maupun gas, adalah suatu zat yang sangat ken tara dengan kehidupan kita sehari-hari. Untuk kebutuhan penelitian bahkan sampai dengan tingkat disain, dibutuhkan suatu alat yang mampu menganalisa atau memprediksinya dengan cepat dan akurat. Maka, berkembanglah suatu ilmu yang dinamakan Computational Fluid Dynamic (CFD) atau komputasi aliran fluida dinamik. Secara definisi, CFD adalah ilmu yang mempelajari cara memprediksi aliran fluida, perpindahan panas, rekasi kimia, dan fenomena lainnya dengan menyelesaikan persamaan-persamaan matematika (model matematika). Pada dasamya, persamaan- persamaan pada fluida dibangun dan dianalisis berdasarkan persamaan-persamaan diferensial parsial (PDE - partial Differential Equation) yang mempresentasikan hukum-hukum konversi massa, momentum, dan energi. Sebuah perangkat lunak CFD akan memberikan simulasi aliran tluida, perpindahan panas, perpindahan massa, benda-benda bergerak, aliran multi fasa, reaksi kimia, interaksi tluida dengan struktur, dan sistem akuisisi hanya dengan pemodelan di komputer. Dengan menggunakan software ini kita dapat membuat virtual prototype dari sebuah sistem atau alat yang akan kita analisis dengan menerapkan kondisi nyata dilapangan. Software CFD akan memberikan data-data, gambar- gambar, atau kurva-kurva yang menunjukan prediksi dari performansi keandalan sistem yang kita disain terse but. II. DASAR TEORI A. Tenaga Air Salah satu sumber energi yang murah dan mudah didapat adalah air, karena pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air mengalir). Tenaga air (Hydropower) adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik. Pembangkit Listrik Tenaga Air atau juga disebut Hydropower mengkonversi energi potensial yang terdapat pada air di dalam bendungan menjadi energi kinetik melalui turbin. Turbin dikopel ke generator secara mekanik melalui rotating shaft . Turbin mulai berputar oleh gerakan air dan merubah energi kinetik menjadi energi mekanik. Generator berputar merubah energi mekanik menjadi energi listrik. C-27

Transcript of Perancangan Penstock Menggunakan Software Computational...

Page 1: Perancangan Penstock Menggunakan Software Computational ...digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1693-4687-2009-C-27.pdf · yang mempelajari cara memprediksi aliran fluida, perpindahan

Prosiding Seminar Nasional Daur Bahan Bakar 2009

Serpong, i3 Oktober 2009

ISSN 1693-4687

Perancangan Penstock Menggunakan SoftwareComputational Fluid Dynamics

Ridwan Arief Subekti, Anjar SusatyoPus lit Tenaga Listrik dan Mekatronik - LlPI

ABSTRAK - PERANCANGAN PENSTOCKMENGGUNAKAN SOFTWARE COMPUTATIONAL FLUID

DYNAMICS. Penstock berfungsi untuk menyalurkan danmengarahkan air ke cerobong turbin. Untuk kebutuhanpenelitian tersebut bahkan sampai tingkat disain, dibutuhkansuatu alat yang mampu menganalisis atau memprediksi dengancepat dan akurat. Dalam mendisain penstock, dapat digunakankomputasi aliran fluida dinamik/Computational FluidDynamics(CFD}. CFD akan memberikan pemahamanmendalam tentang penstock yang kita disain. Dengan prototipevirtual kita dapat mengetahui fenomena yang teIjadi di dalampenstock. Tujuan analisis/simulasi CFD pada perancanganpenstock ialah untuk membantu mendisain penstock lebih cepatdan hemat biaya. Dengan mengubah-ubah kondisi batas, kitadapat menentukan disain penstock yang optimal karena CFDdapat memprediksinya secara menyeluruh. Dengan metodepembuatan prototipe penstock virtual pada software GAMBIT(Geometri and Mesh Building intelligent Toolkit), kita dapatmenganalisis prototipe virtual tersebut menggunakan softwareFluent. Kondisi batas yang digunakan pada sisi inlet adalah inletvelocity sedangkan kondisi batas yang digunakan pada sisioutlet adalah outlet pressure. Dengan analisis CFD yangdilakukan, didapat hasil rancangan penstock debit 0,0934 m3/syang optimal adalah diameter penstock 16", panjang 2,5 meter,dengan pressure total pada sisi inlet (PI) = 306554,655 Pascaldan pressure total pada sisi outlet (P2) = 300318,64 Pascal.

Kata kunci : komputasi aliran fluida dinamik, FLUENT,

penstock, perancangan, prototipe

ABSTRACT - DESiGN OF PENSTOCK USINGCOMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS SOFTWARE.

penstock jimctions as to canalized and directing water intoturbine intake. For the requirement of the research moreoverdesign, is required an appliance capable to analyze orpredicting quickly and accurately. In penstock design, we canuse Computational Fluid Dynamics (CFD). CFD will give aprofound understanding about penstock which we designed.With virtual prototype we can find out phenomenon thathappened in penstock. The purpose of analysis / CFDsimulation at penstock design is to assist penstock design morequickly and cost effectively. Hy varying boundary condition, wecan determine optimal penstock design because CFD canpredict totally. With method making of virtual penstockprototype at GAMBIT software (Geometry and Mesh Buildingintelligent Toolkit), we can analyze the virtual prototype by useFluent software. Inlet boundary condition is inlet velocity, whileoutlet boundary condition is outlet pressure.With CFD analysis, we got that the optimal diameter ofpenstock having debit 0,0934 m3/s is 16", length 2.5 meter, withtotal inlet pressure (PI) = 306554.655 Pascal and IOtal outletpressure (PJJ = 300318.64 Pascal.

Keywords: Computational Fluid Dynamics, FLUENT, penstock,design, prototype

L PENDAHULUAN

Aliran fluida, baik cair maupun gas, adalah suatu zatyang sangat ken tara dengan kehidupan kita sehari-hari.Untuk kebutuhan penelitian bahkan sampai dengantingkat disain, dibutuhkan suatu alat yang mampumenganalisa atau memprediksinya dengan cepat danakurat. Maka, berkembanglah suatu ilmu yang dinamakanComputational Fluid Dynamic (CFD) atau komputasialiran fluida dinamik. Secara definisi, CFD adalah ilmu

yang mempelajari cara memprediksi aliran fluida,perpindahan panas, rekasi kimia, dan fenomena lainnyadengan menyelesaikan persamaan-persamaan matematika(model matematika). Pada dasamya, persamaan­persamaan pada fluida dibangun dan dianalisisberdasarkan persamaan-persamaan diferensial parsial(PDE - partial Differential Equation) yangmempresentasikan hukum-hukum konversi massa,momentum, dan energi.

Sebuah perangkat lunak CFD akan memberikansimulasi aliran tluida, perpindahan panas, perpindahanmassa, benda-benda bergerak, aliran multi fasa, reaksikimia, interaksi tluida dengan struktur, dan sistemakuisisi hanya dengan pemodelan di komputer. Denganmenggunakan software ini kita dapat membuat virtualprototype dari sebuah sistem atau alat yang akan kitaanalisis dengan menerapkan kondisi nyata dilapangan.Software CFD akan memberikan data-data, gambar­gambar, atau kurva-kurva yang menunjukan prediksi dariperformansi keandalan sistem yang kita disain terse but.

II. DASAR TEORI

A. Tenaga Air

Salah satu sumber energi yang murah dan mudahdidapat adalah air, karena pada air tersimpan energipotensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada airmengalir). Tenaga air (Hydropower) adalah energi yangdiperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki airdapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energimekanis maupun energi listrik.

Pembangkit Listrik Tenaga Air atau juga disebutHydropower mengkonversi energi potensial yang terdapatpada air di dalam bendungan menjadi energi kinetikmelalui turbin. Turbin dikopel ke generator secaramekanik melalui rotating shaft . Turbin mulai berputaroleh gerakan air dan merubah energi kinetik menjadienergi mekanik. Generator berputar merubah energimekanik menjadi energi listrik.

C-27

Page 2: Perancangan Penstock Menggunakan Software Computational ...digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1693-4687-2009-C-27.pdf · yang mempelajari cara memprediksi aliran fluida, perpindahan

Prosiding Seminar Nasiona/ Daur Bahan Bakar 2009

Serpong, J 3 Oktober 2009

Inside a Hydropower Plant

Gambar 1. Hydropower plant

Besamya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber airbergantung pada besamya head dan debit air. Dalamhubungan dengan reservoir air maka head adalah bedaketinggian antara muka air pada reservoir dengan mukaair keluar dari kincir air/turbin air. Besamya daya Iistrikyang dihasilkan tergantung dari air yang mengalir melaluiwate/ways dan head (tinggi dari free sll1facebendunganlhead water ke tail water ).

B. Penstok

Penstok adalah saluran dimana air dari resevoir

bergerak untuk menuju turbin air. Aliran fluida padapenstok mempengaruhi unjuk kerja sebuah turbin air.Pemilihan dimensi merupakan salah satu caramengoptimalkan dimensi penstock. Penstok merupakansaluran tertutup yang mengalirkan air bertekanan darifore bay langsung menuju turbin. Penstok harus bisamenahan gelombang tekanan air, sehingga pada waktupenutupan aliran secara tiba-tiba tidak menyebabkanpenstok rusak. Oleh karena itulah dibutuhkanperencanaan yang matang untuk meminimumkan biayapembelian dan perawatan.

Air sebagai media kerja turbin dianggap sebagai fluidayang tak kompresibel, yaitu fluida yang secara virtualmassa jenisnya tidak berubah dengan tekanan.Mengetahui kapasitas aliran air merupakan salah satuaspek penting dalam menganalisis penstok turbin. Padaumumnya sumber air, misalkan sungai, kapasitasalirannya berubah-ubah, tergantung besar kecilnya curahhujan yang mempengaruhinya serta beberapa faktor lain.Oleh karena itu data kapasitas aliran air per waktu perludiketahui pada saat menganalisis penstock turbin air.Analisis penstock turbin air bertujuan untukmendapatkan unjuk kerja optimum dalam pemanfaatanenergi air pada suatu kondisi operasi tertentu.

C. Fluent

Fluent merupakan salah satu software CFD(Computational Fluid Dynamic) yang banyak digunakansaat ini. CFD adalah ilmu untuk memprediksi aliran

ISSN 1693-4687

fluida, perpindahan kalor dan massa, reaksi kimia, danfenomena yang lain dengan menyelesaikan persamaan­persamaan matematis yang terkait secara numeric.

Hasi\ analisis CFD dapat digunakan untuk :• Studi konsep desain baru• Pengembangan detail produk• Troubleshooting• Redesainn

Penggunaan CFD dapat mengurangi total usaha yangdibutuhkan untuk eksperimen dan data akuisisi. Fluentmerupakan salah satu software CFD yang menggunakanmetode volume hingga (finite volume method). Prinsipdasar metode volume hingga adalah sebagai berikut:• Domain perhitungan didiskritisasi menjadi

kumpulan kontrol volume atau sel dengan jumlahtertentu

• Persamaan-persamaan diferensial parsial, sepertipersamaan kekekalan massa, kekekalan energi, dankekekalan momentum didiskritisasi menjadikumpulan persamaan aljabar yang dapatdiselesaikan secara numerik untuk mendapatkansolusi dari semua parameter yang ada.

Langkah-Iangkah anal isis CFD adalah sebagai berikut1. Identifikasi masalahdan pre-processing

• Mendefinisikan tujuan pemodelan• Mengidentifikasi domain yang akan

dimodelkan

• Mendesain dan membuat grid/mesh padamodel

2. Eksekusi solver

• Melakukan set-up model numerik• Melakukan proses perhitungan dan memonitor

hasil perhitungan3. Post-processing

• Memeriksa hasil simulasi

• Mempertimbangkan revisi model dan prosessimulasi.

III. METODOLOGI PENELITIAN

A. Pemodelan Penstock

Aliran fluida pada penstok mempengaruhi unjuk kerjasebuah turbin air. Pemilihan dimensi merupakan salahsatu cara mengoptimalkan dimensi penstock. Pemodelandan meshing (diskritisasi) saluran penstock dilakukandengan software GAMBIT 2.2.30 (Geometri And MeshBuilding Intelligent Toolkit).

B. Metode Perhitungan dan Analisis

Analisa dan simulasi dilakukan dengan menggunakansoftware analisis komputasi fluida dinamik(Computational Fluid Dynamics/CFD) Fluent 6.2.16.Setelah pemodelan dan meshing saluran penstock selesai,kita masukan parameter-paremeter yang diperlukandalam masukan Fluent. Perhitungan dilakukan terhadaptekanan statik dan dinamik, kecepatan fluida, energikinetik turbulen dan pola aliran fluida yang tetjadi didalam saluran penstock.

C-28

Page 3: Perancangan Penstock Menggunakan Software Computational ...digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1693-4687-2009-C-27.pdf · yang mempelajari cara memprediksi aliran fluida, perpindahan

Prosiding Seminar Nasional Daur Bahan Bakar 2009

Serpong. 13 Oktober 2009

C. PELAKSANAAN KEGIATAN

Perencanaan Penstock

Hal yang perlu diperhatikan dalam pemilihan penstockadalah diameter dimana semakin kecil diameter maka

kecepatan air dalam penstock akan semakin naik untukdebit yang sarna, rugi-rugi pada penstock disebabkandebit air dan tinggi jatuh yang relatif. Pertama-tama kitamemodelkan dan melakukan meshing saluran penstockdengan bantuan software GAMBIT. Adapun modelsaluran penstock dapat dilihat pada gambar 2.

Gambar 2. Pemodelan penstock pada Gambit

Masih dalam program gambit, kita mendifinisikankondisi batas dan kontinum. Kondisi batas harus diisi

untuk parameter-parameter yang menentukan hasilsimulasi. Kondisi batas ini kita menentukan bidang inlet,outlet, interior dan dinding. Sedangkan kontinum model3D, kita mendifinisikan volume model kontimum fluida(fluid).

Memilih Solver, Mengimpor dan Memeriksa Mesh

Pada saat membuka fluent kita menggunakan solver3D untuk model saluran pestock yang telah kita buat.Selanjutnya kita mengimpor file mesh model kedalamfluent. Mesh model yang telah dibuka pada fluent harusdicek terlebih dahulu apakah pada mesh tersebut terdapatkesalahan atau tidak. Apabila terdapat pesan error pad akonsol fluent atau jika nilai minimum volume adalahnegatif, maka mesh model tersebut harus diperbaikiterlebih dahulu. Model saluran penstock pada programfluent dapat dilihat pada gambar 3.

EGambar 3. Model penstock pada program fluent

ISSN 1693-4687

Formulasi Solver, Model dan Persamaan DasarUntuk model saluran penstock kita menggunakan

formulasi solver segregated. Solver ini menyelesaikanpersamaan-persamaan secara bertahap (terpisah antarasatu persamaan dengan persamaan lain). Selanjutnya kitamenentukan model dan persamaan dasar. Untukmenganalisa kasus ini kita menggunakan model viskos k­epsilon (2 eqn)/2 persamaan. Model ini merupakan modelsemi empiris yang dikembangkan oleh Launder &Spalding. Model k-epsilon merupakan model turbulensiyang cukup lengkap dengan dua persamaan yangmemungkinkan kecepatan turbulen dan skala panjangditentukan secara independen.

Kondisi Operasi dan Sifat MaterialSetelah model viskos, kita harus menentukan kondisi

operasi pada model. Yang harus ditentukan pada kondisioperasi ini adalah tekanan operasi, besar dan arahpercepatan gravitasi. Selanjutnya sifat material harus kitadefinisikan. Fluida yang mengalir dalam saluran penstockadalah water liquid (H20).

Kondisi Batas, Parameter Kontrol Solusi danInisialisasi Medan Aliran

Penentuan kondisi batas melibatkan beberapa hal, yaitumengidentifikasikan lokasi kondisi batas sisi masuk, sisikeluar, dinding dan lainnya. Selain itu juga kitamamasukan informasi /data pada batas yang telahditentukan. Pada sisi inlet kita menggunakan kondisibatas velocity inlet sedangkan pada sisi outlet kitamenggunakan kondisi batas pressure outlet. Masukanefluent pada sisi input dan sisi output dapat dilihat padagambar 4 dan 5.

Zone Name

iinlet_1

Velocity Spedfication ~ethod I~agnitude. Normal to Boundary

Reference fntme IAbsolute

Velocity Magnitude (mi.) f:ii:'S1'S'JJ' -- 'constanl

Turbulence Specification Method F~-t~·~~itY..~·~d..Hyd;~~~·i·i·~..Di~mctcr

Turbulence Intensity (XJ 13. 091t9

Hydraulic Diameter (m) 1°.1141366

Gambar 4. Masukan fluent pada sisi inlet

G~uoe ~ssure pascal) 12(1oo}I0 [coru:.tont

i H<ZId;al {llulldJHVfn t'rr:$sure Uhitritu.r:um

BIClcflo"" Oir!:ctiIJD Spttititati.n MrthodlHorr,nl to,Bouarlary

hfbtltncc $pecln'itti.n Mcthodl'f1t~flSity 311dtiyd'3UI~c Uiameter

Beckflow Tllrbulc:nc: Intcn'Jity pq (~.2n6

Baddlow Hydraui.e Dlamete, 1m)I'.381ft

r Target masg·flow ,.te

-~ .~~ ~Gambar 5. Inputan fluent pada sisi outlet

C-29

Page 4: Perancangan Penstock Menggunakan Software Computational ...digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1693-4687-2009-C-27.pdf · yang mempelajari cara memprediksi aliran fluida, perpindahan

Prosiding Seminar Nasional Daur Bahan Bakar 2009

Serpong, 13 Oktober 2009

Pada kontrol solusi terdapat dua parameter yang harusditentukan yaitu faktor under-relaxation dan diskritisasiatau metode interpolsi. Faktor under-relaxationmerupakan faktor untuk menstabilkan proses iterasi padasolver segregated. Kita menggunakan nilai yang ada(default) untuk faktor under-relaxation. Sedangkanmetode interpolasi yang kita gunakan adalah second­order upwind scheme. Dengan second order inipersamaan yang digunakan akan lebih teliti sampai ordeke 2.

Proses iterasi memerlukan inisialisasi (tebakan awal)sebelum memulai perhitungan. Pada panel inisislisasi kitamemulai perhitungan dan sisi inlet dan reference frameabsolut. Selanjutnya mas ukan fluent pada saluranpenstock dapat dilihat pada tabel I.

TABEL I. MASUKAN FLUENT 6.2.16 PADA SALURAN PENSTOCK

Item BesaranSolver

3 Dimensi, segregatedModel viskositas

k-eosilon (2 eon)

MaterialWater liauid (H2O)

Densitv

998.2 kg/m3

Viscositas0.001003 kg/m-s

T ekanan operasi

101325 PaGravitasi -

9.81 mls2 arah Y negativ

Kondisi boundari sisi inlet

Velocity InletVelocity Magnitude

4,5158 mlsIntensitas turbulen inlet

3,0908 %Diamater Hidrolik inlet

0,1147366 mKondisi boundari sisi outlet

Pressure Outlet

Gauge Pressure

300000 PaIntensitas turbulen outlet

3,2996 %Diamater Hidrolik outlet

0,3874 mFaktor discretisasi

Orde kedua

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Perhitungan Computatiollal Fluid DYllamic Fiuent

Saluran penstock dari rancangan menggunakan pipadengan diameter 16" panjang 2,5 meter dengan lubanginput menggunakan pipa diameter 4"sebanyak 2 lubang.Adapun spesifikasi inlet adalah sebagai berikut:

Debit air = 0,0934 m3/dtk

Diameter pipa inlet 4" = 0,1147366 mDiameter outlet elbow 16" = 0, 3874 m

• Sisi masuk/illiet

Q 0.0467V = - = 1. _? - 4,5158 m/dtk

A "4x 7r (0.115)-

• Diameter Hidrolik =Du= Diameter pipa 4"= 0,1147366 m• BilanganReynolds=Re

p x V x DH = 998,2 x 4.5158 x 0,1147366f.1 0,001003

= 515647,96• Intensitas turbulensi =1 = 0,16 x (Retl/8)x 100%

= 0,16 x (515647,9648)(-1/8) X 100% = 3,0908%

• Sisi keluar/outlet

• Tekanan pada sisi outlet =3 Bar = 300000 Pa

ISSN 1693-4687

• Diameter Hidrolik = DH = Diameter elbow 16"= 0, 3874 m

Q 0,0934

V=-=1. ( )z=0,7928m/dtkA "4x 7r 0.3874P x V x DB

• Bilangan Reynolds = Re = ----f.1

998.2 x 0.7928 x 0,3874------- = 305660,902

0.001003

• Intensitas turbulensi= 1= 0,16 x (Re tl/8) x 100%=0,16 x (305660,902tl/8) x 100 % = 3,2996 %

Hasil Analisis CFD Fluent

Setelah kita memasukan seluruh parameter yangdibutuhkan oleh fluent, maka fluent akan melakukaniterasi. Adapun hasil iterasi fluent yang dilakukan padasa luran penstock ditunjukkan pada gambar 6 s.d. 11

••••••

.......,-"""'"--"'""""--""""'""""'''' ,.L"~;m

PJ6l1&11:!11.~

Gambar 6. Kontur tekanan statik pacta dinding

(- r .,,\ \ "

I

""'\1,-1""'''''''0:0>._''''Gambar 7_ Kontur tekanan dinamik pada dinding

•••••••••..--- ~lI2ti~

Gambar 8. Kontur energi kinetik turbulen pacta dinding

C-30

Page 5: Perancangan Penstock Menggunakan Software Computational ...digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1693-4687-2009-C-27.pdf · yang mempelajari cara memprediksi aliran fluida, perpindahan

Prosiding Seminar Nasional Daur Bahan Bakar 2009

Serpong, 13 Oktober 2009ISSN 1693-4687

Gambar 9. Kontur vektor kecepatan pada dinding

-_ .•......,---

.-•••••••---.......-"""""IAb<SJ-..•.•... J.....

••••••

.­.-=.•• , ••

TekananEKREF.

statikdinamiktotalTurbulenv

( Pa)

(Pa)(Pa)(J)(OOs)

Inlet I297186.479435.42306589.880.034084.5158

Inlet 2297115.879436.96306519.430.033754.5158

X-3

296973.482258.51299231.990.132151.6637

X-2,85

296257.842142.31298400.150.605131.6033

X-2,5

299122.56707.94299830.50.718950.9197X-2

299842.11336.59300178.710.20420.7873

X-1,75

299782.2392.04300174.250.24250.8503

X-1,5

299659.31436.57300095.880.273370.8369X-I

299947.15335.03300282.180.176480.7938

Interior300010.04324.79300334.830.149810.7879

Outlet300000320.2300318.640.19180.7528

Dinding299245.24

254.10299499.680.072730.0056Pipa

Dinding300055.96

209.34300265.040.034520Elbow

Selanjutnya nilai rata-rata dari hasil perhitungan fluentdibuat dalam tabel 2.

TABEL 2. HASIL PERHITUNGAN FLUENT

Catatan :

Domain model berada pada X=0,1057014 sampalX=3,009157.X-adalah potongan penampang model dengan jaraktertentu dari sumbu X, misalnya X-3 adalah potonganpenampang pada sumbu X denganjarak 3 satuan dari titiknol.

I

I

I

-1----------,.-'i!cloa!II---"'-· -0»\--------------..,.· ••.,-..,.-·---1. IUft'lfI"!nJ~M'~~,

Gambar 10. Kontur vektor kecepatan pada bagian dalam

JJ)%'W1NJ"Ud~\..iiJJ,.J" L ,:ui:~n

L~

IP.Jl1=_I~H'm!JOD m'lt_~(;3~~Lti1a.:

Gambar 11. Kontur pol a aliran air yang tetjadi pada saluran penstock

Dari hasil perhitungan yang dilakukan dengan softwarefluent, didapat hasil sebagai berikut :

Tekanan statik yang terjadi sebesar 2,96x 105Pascal sampai dengan 3,00xl05 Pascal.Tekanan dinamik yang terjadi sebesar 1,38xl0·1

Pascal sampai dengan 1,11x 104 Pascal.Tekanan total yang terjadi sebesar 2,96xl05Pascal sampai dengan 3,08xl05 Pascal.Vektor kecepatan yang terjadi sebesar 3,78xl0-3mls sampai dengan 4,73 mis,Energi turbulen kinetik yang terjadi sebesar3,63xl0·3 sampai dengan 1,74 m2/s2

Analisis Pressure Drop Pada Saluran Penstock

Dari hasil iterasi yang dilakukan fluent seperti padatabel diatas, didapat bahwa :

Pressure total sisi inlet (p1) : 306554,655 PaPressure total sisi outlet (P2) : 300318,64 PaSehingga didapat penurunan tekanan pada pipa inlet

adalah :

? p total = Pl - P2

= 306554,655 Pa - 300318,64 Pa= 6236,015 Pascal

IIp TotalPressure Drop (%) = --- X 100%

P1.

6236.015 X 1000;(306554.655 0

=2,03 %

Analisis Mass Flow Rate Penstock

Untuk mengecek hasil perhitungan yang telahdilakukan oleh fluent, kita dapat melakukan perhitunganmass flow rate pada sisi inlet dan outlet pipa inlet.Perhitungan tersebut dapat dilihat pada gambar 12.

C-31

Page 6: Perancangan Penstock Menggunakan Software Computational ...digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1693-4687-2009-C-27.pdf · yang mempelajari cara memprediksi aliran fluida, perpindahan

Prosiding Seminar Nasional Daur Bahan Bakar 2009

Serpong, 13 Oktober 2009ISSN 1693-4687

Compute I ~ ~Gambar 12. Hasil perhitungan mass flow rate

Pengecekan mass flow rate:

v. KESIMPULAN

DAFT AR PUST AKA

[I] C.C. WARNICK, HOWARD A. MAYO, JAMES L.CARSON DAN LEE H. SHELDON, "HydropowerEngineering", Prentice-Hall,Inc, Englewood Cliffs, NewJersey, 1984.

[2] FIRMAN TUAKIA, "Dasar-Dasar CFD MenggunakanFluent", InfonTIatika, Bandung, 2008.

[3] Mekanikal - Blog: penstock, Simulasi CFD AUran F/uidaPada Penstock Turbin Air Di PLTA X Kapasitas J 7 MW,Diakses tanggal 20 Januari 2008 darihttp://www.ccitonline.com/mekanikalltikiview _ blog.php?blogld=279

[4] S. WARSITO, ABDUL SYUKUR, AGUS ADHINUGROHO, "Studi Awal Perencanaan Sistem Mekanikaldan kelistrikan Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro",Seminar Teknik Ketenagalistrikan, Teknik ElektroFakultas Teknik Universitas Diponegoro, Semarang, 2005.Diakses tanggal 27 Maret 2009http://budisantoso2008. fi les. wordpress. com/2008/ 12/pembangkiUistrik _hidro.pdf

[5] VICTOR L. STREETER, E. BENY AMIN WYLIE,"Mekanika Fluida ", Edisi Delapan, Jilid I, Erlangga,Jakarta, 1986.

[6] VICTOR L. STREETER, E. BENY AM IN WYLIE"Mekanika Fluida ", Edisi Delapan, Jilid 2, Erlangga,Jakarta, , 1986.

Namun demikian pada sisi keluaran saluranpenstock, pola aliran sudah baik atau tidak terjadialiran yang turbulen karena pipa penstock memilikipanjang yang cukup yaitu 2,5 meter. Hal ini dapatkita liat pada kontur pola aliran yang terjadi di dalamsaluran penstock.

3. Persentase selisih mass flow rate dibanding pada sisimasuk saluran inlet adalah sebesar 0,002433 %, halini sangat baik karena masih jauh dibawah 1%.

kgl.

[9:iiU699Z34

Motch

.Boundar'( Name Panem

if

Selisih 0 _ 0,00699234 _ -3 ,Inlet x 100 Vo - M M~M. x 100 % - 7,597 e "10

1. Hasil analisis komputasi fluida dinamik(Computational Fluid Dynamics/CFD) Fluent 6.2.16.terhadap bentuk saluran penstock didapat bahwapressure total sisi inlet (p ,) = 306554,655 Pascal,pressure total sisi outlet (P2) = 300318,64 Pascal.Sehingga didapat pressure drop sebesar6236,015 Pascal atau 2,03 %.

2. Dengan adanya dua buah Iubang saluran masuk 4"menuju pipa besar 16", hal ini membuat pola aliranturbulen/berbalik di dekat sjsi masuk saluran inlet.

Dan perhitungan diatas didapat bahwa persentase selisihmass flow rate dibanding pada sisi inlet adalah sebesar0,002433 %, hal ini sangat baik karena masih jauhdibawah 1 %.

C-32