ccitonline.com

A. Project Title

(No. 12) Perancangan Turbin Reaksi Francis untuk Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro (PLTM)

B. Author Complete Name

(No. 33)

RAISA KARINA

NPM : 2406406156

C. Affiliation

(No. 33)

Kelas SKE 02, Program studi teknik mesin, Departemen Teknik Mesin, Universitas Indonesia

D. Abstract

Laporan ini merupakan pendahuluan perancangan desain turbin reaksi tipe Francis untuk PLTM dengan tinggi jatuh bersih 60 m dan debit desain 3,5 m³/s. Hasilnya adalah turbin berdaya poros 1.875 kW yang berputar pada 750 rpm dengan diameter keluar runner 0,70 m.

Desain disusun mengikuti kerangka DAI5 (Deep Awareness of I, Intention, Initial Thinking, Idealization, Instruction Set) dan peta SKE layers of knowledge, dari prinsip dasar mekanika fluida sampai topik desain, manufaktur, operasi, dan pengembangan. Metode yang digunakan adalah korelasi statistik de Siervo dan de Leva serta Lugaresi dan Massa yang dirangkum dalam panduan ESHA (2004), persamaan Euler turbomesin untuk segitiga kecepatan, dan kriteria kavitasi Thoma.

Kecepatan spesifik desain adalah nQE = 0,196 (ns = 194, satuan metrik kW), berada di tengah rentang Francis 0,05 sampai 0,33. Nilai ini hampir sama dengan turbin Itaipu (ns sekitar 196) dan PLTA Cirata (ns sekitar 184), sehingga bentuk runner desain ini secara geometris sebanding dengan kedua turbin tersebut meskipun dayanya ratusan kali lebih kecil. Turbin harus dipasang paling tinggi 1,88 m di atas muka air hilir agar bebas kavitasi; desain ini menetapkan 1,0 m untuk memberi margin. Estimasi produksi energi adalah 8,8 GWh per tahun pada faktor kapasitas 55%. Laporan ditutup dengan rekomendasi validasi melalui simulasi CFD dan uji model sesuai IEC 60193.

E. Author Declaration (No. 1-11)

1. Deep Awareness (of) I

Penulis menyadari bahwa air, gravitasi, dan hukum fisika yang dimanfaatkan turbin ini adalah ciptaan Tuhan Yang Maha Esa, sedangkan peran perancang hanya mengarahkannya secara bertanggung jawab. Kesadaran ini menjadi pengingat untuk jujur terhadap data, mengakui keterbatasan asumsi, dan tidak melebihkan hasil perhitungan. Setiap angka dalam laporan ini diperlakukan sebagai desain pendahuluan yang wajib diverifikasi lebih lanjut oleh Dosen atau tenaga ahli lain.

(no. 1, 4) Pada konteks kasus ini yaitu sungai berbukit dengan tinggi jatuh 60 m, merupakan rezeki yang disediakan Pencipta. Peran perancang adalah memanfaatkannya dan mengelolanya dengan benar.

(no. 2) Penulis telah menyadari tiga kecenderungan pribadi yaitu pertama, keinginan agar hasil mereferensikan desain dengan Itaipu dan Cirata ( untuk bias konfirmasi) sehingga pembanding yang berbeda seperti ITNY dan ESHA tetap dimuat. Kedua, kemudahan percaya pada angka dari sumber sekunder sehingga kualitas data dinilai di F.3. Ketiga, keterbatasan pengalaman lapangan, sehingga seluruh hasil disebut desain pendahuluan.

(no. 3) Pertimbangan etis yang dipegang adalah keselamatan masyarakat hilir bila terjadi kegagalan, kejujuran melaporkan asumsi dan keterbatasan, pengutipan sumber.

(no. 5, 6) Keputusan teknis yang kecil membawa dampak sosial. Kesalahan sekecil 1 m elevasi runner 1 m dapat menyebabkan kavitasi yang berpengaruh terhadap umur aset dan keselamatan orang yang bergantung pada listrik tersebut. Kesinambungan kesadaran dijaga dengan mengaitkan setiap keputusan teknis pada niat di bagian berikut.

2. Intention of the Project Activity

Proyek ini diniatkan untuk menghasilkan desain turbin reaksi yang efisien, aman dari kavitasi, dan realistis untuk dibuat di Indonesia. Tujuan yang lebih luas adalah mendukung penyediaan listrik terbarukan di daerah berbukit yang memiliki sungai dengan tinggi jatuh menengah.

(no. 8, 9) Tujuan teknis (efisiensi tinggi dan bebas kavitasi) diselaraskan dengan nilai yang lebih tinggi yaitu amanah mengelola air dan keselamatan pengguna dalam desain. Kebutuhan nyata yang dijawab adalah pembangkit minihidro untuk daerah berbukit yang memerlukan listrik terbarukan dan dapat dibeli oleh jaringan PLN.

(no. 10) Dari sisi lingkungan, aliran minimum sungai dijaga. Dari sisi sosial, listrik yang andal tersedia bagi masyarakat sekitar. Dari sisi ekonomi, kopling langsung tanpa gearbox mengurangi biaya perawatan, dan gearbox sendiri dapat menyerap lebih dari 2% daya keluaran menurut ESHA.

(no. 11) Mutu dimaknai sebagai keandalan (margin kavitasi dan regulasi), akurasi (perhitungan direproduksi dengan contoh ESHA, lihat G.2), dan presisi (hasil dilaporkan dengan tiga angka penting dan asumsi tertulis).

F. Introduction (No. 12 – 17)

Turbin Francis dipilih berdasarkan skenario kondisi lingkungan yang dipilih yaitu sungai dengan tinggi jatuh 60 m dan debit 3,5 m³/s. Kondisi ini berada tepat di wilayah kerja turbin reaksi yaitu tinggi jatuh 25 sampai 350 m menurut panduan ESHA. Turbin Francis juga merupakan tipe turbin air yang paling banyak terpasang di dunia, mulai dari unit beberapa kW sampai 800 MW.

Pada turbin reaksi, air mengisi penuh runner dan tekanannya turun selama melewati sudu. Energi diserahkan melalui perubahan tekanan dan perubahan kecepatan sekaligus. Hal ini berbeda dengan turbin impuls (Pelton, Crossflow), yang mengubah seluruh tekanan menjadi pancaran air sebelum mengenai sudu.

F.1 Posisi Topik dalam SKE layers of knowledge (no. 14)

SKE layers of knowlegde menggambarkan pengetahuan sebagai lapisan setengah lingkaran. Lapisan terdalam adalah prinsip dasar (first principles), lalu mesin fluida inkompresibel dan kompresibel, turbin rotodinamik, turbin hidraulik, pembagian impuls dan reaksi, tipe turbin, dan terakhir contoh topik tugas besar (desain dan analisis, manufaktur, operasional, pengembangan). Laporan ini menelusuri jalur prinsip dasar, mesin fluida inkompresibel, turbin hidraulik, turbin reaksi, dan turbin Francis, lalu membahas keempat topik terluar.

F.2 Pemikiran Awal tentang Masalah (no. 12 sampai 16)

Terdapat sebuah lokasi sungai berbukit pada ketinggian 400 mdpl yang memiliki tinggi jatuh bersih (head) 60 m, suhu air 25 derajat Celsius, jaringan 50 Hz, dan debit 3,5 m³/s. Pertanyaannya adalah turbin reaksi seperti apa yang mengubah potensi ini menjadi listrik secara efisien, tanpa kavitasi, dan dapat dibuat serta dirawat di Indonesia. Secara teknis, tinggi jatuh dan debit ini membatasi pilihan pada keluarga turbin reaksi. Secara sosial, listrik dibutuhkan masyarakat sekitar dan dibeli PLN. Analisis dibatasi pada hal yang langsung mengubah keputusan desain, yaitu tipe turbin, putaran, ukuran runner, dan elevasi pemasangan, sehingga hasilnya dapat dipakai.

Pihak yang terdampak meliputi PLN sebagai pembeli listrik, pengembang PLTM, masyarakat sekitar yang memerlukan listrik dan air sungai, operator pembangkit, serta ekosistem sungai di ruas yang dialihkan.

Kerugian energi turbin berasal dari empat sumber utama, yaitu gesekan di rumah keong dan sudu pengarah, sudut aliran yang tidak cocok dengan sudut sudu (kerugian tumbukan), energi kinetik yang terbuang di keluaran runner, dan kavitasi. Keempat sumber ini ditentukan oleh pemilihan putaran, diameter runner, sudut sudu, dan elevasi pemasangan. Karena itu desain berfokus pada keempat parameter tersebut.

Seluruh desain bertumpu pada tiga hukum. Kekekalan massa menentukan luas saluran dari debit dan kecepatan. Kekekalan energi (persamaan Bernoulli) menentukan daya hidraulik, kerugian, dan tekanan di keluaran runner. Kekekalan momentum sudut (persamaan Euler turbomesin) menentukan kerja yang diserahkan air kepada sudu.

Hukum yang dipelajari di sini berlaku sama bagi turbin sebesar Itaipu maupun yang sekecil ini. Keteraturan itu mengingatkan bahwa tatanan yang dimanfaatkan perancang bukan buatannya sendiri.

F.3 Benchmark Turbin Francis yang Sudah Ada

Kecepatan spesifik desain ini (ns = 194) hampir identik dengan Itaipu dan Cirata. Artinya, runner desain ini adalah versi kecil dari bentuk runner kedua PLTA tersebut, sedangkan desain ITNY dan contoh ESHA memakai runner yang lebih ramping untuk tinggi jatuh yang lebih besar. Nilai ns pada tabel dihitung penulis dengan rumus ns = n√P / H^1,25 (P dalam kW) dari data sumber.

(no. 17) Desain ITNY paling dekat dari sisi skala. Pada 2,5 MW dan 750 rpm, desain tersebut menghasilkan diameter masuk runner 688 mm dan diameter keluar 790 mm, sehingga menjadi pembanding langsung untuk ukuran runner desain ini.

Data ESHA berasal dari analisis statistik lebih dari 200 turbin terpasang dan merupakan acuan utama. Data Itaipu dan Cirata bersumber dari dokumen sekunder. Untuk Cirata, sumber yang ditemukan tidak seragam (kapasitas turbin tertulis 120.000 kW pada satu sumber dan 129.000 kW pada sumber lain, dengan generator 126 MW) sehingga laporan memakai angka dari Museum Listrik PLN dan menandai ns sebagai indikatif. Jumlah pembanding cukup untuk menilai kesesuaian bentuk, tetapi tidak cukup untuk menyimpulkan efisiensi.

G. Methods & Procedures (No. 18-32)

Desain dilakukan dalam 9 langkah berurutan yang menggabungkan korelasi statistik dari turbin terpasang (panduan ESHA), persamaan Euler untuk segitiga kecepatan, dan kriteria kavitasi Thoma. Semua perhitungan menggunakan satuan SI.

G.1 Idealisasi (no. 18 sampai 23)

Asumsi berikut membuat masalah dapat dihitung dengan tangan. Setiap asumsi ditandai sumbernya.

Idealisasi ini mengabaikan aliran sekunder, kebocoran pada celah cincin, dan rugi gesek cakram. Ketiganya menurunkan efisiensi beberapa persen sehingga efisiensi 0,91 pada asumsi 6 sudah memberi ruang untuk itu.

(no. 19, 23) Gagasan yang dipakai adalah skala balik yaitu memakai bentuk runner turbin raksasa dengan kecepatan spesifik sama sebagai acuan turbin kecil, lalu memilih 750 rpm agar generator dapat dikopel langsung tanpa gearbox. Seluruh desain bertumpu pada satu kelompok persamaan korelasi dan tiga pemeriksaan (ns, kavitasi, regulasi), sehingga mudah dilacak dan diulang.

(no. 20, 21) Model memenuhi kekekalan massa, energi, dan momentum sudut. Setiap asumsi yang dapat dipilih diarahkan ke sisi aman misalnya efisiensi 0,91 yang lebih rendah dari 0,94 dan elevasi runner 1 m yang lebih rendah dari batas 1,88 m, sesuai niat mengutamakan keandalan dan keselamatan.

Tabel ini menunjukkan bahwa desain dapat diperkecil dengan mudah dan pembesaran debit di atas sekitar 4 m³/s mengharuskan putaran lebih rendah atau runner di bawah muka air hilir. Menyatakan penyederhanaan berarti jujur tentang apa yang tidak dimodelkan karena itu setiap penyederhanaan ditulis, tidak disembunyikan.

G.2 Instruksi Set (no. 24-32)

Langkah desain berikut dijalankan berurutan. Langkah 9 mengembalikan proses ke langkah 3 bila salah satu kriteria tidak terpenuhi.

1. Menetapkan kebutuhan. Tinggi jatuh 60 m, debit 3,5 m³/s, jaringan 50 Hz, lokasi 400 mdpl.
2. Menghitung daya hidraulik dan daya poros.
3. Memilih putaran sinkron dan cek jenis turbin. Generator 8 kutub pada 50 Hz berputar 750 rpm sehingga turbin dapat dikopel langsung tanpa gearbox. Selanjutnya hitung kecepatan spesifik dan pastikan berada di rentang Francis.
4. Tentukan dimensi utama runner dengan korelasi statistik ESHA.
5. Gambar segitiga kecepatan di sisi masuk dan sisi keluar untuk mendapatkan sudut sudu dan lebar saluran.
6. Periksa kavitasi dan tentukan elevasi maksimum runner terhadap muka air hilir.
7. Rancang komponen aliran yaitu rumah keong, sudu pengarah, dan draft tube.
8. Periksa poros dan kestabilan regulasi, meliputi diameter poros, waktu start air, inersia, dan kecepatan lari bebas.
9. Validasi dan iterasi. Bandingkan dengan benchmark, lalu ulangi langkah 3 sampai 8 bila ns, σ, atau Tm/Tw di luar batas.

Persamaan yang dipakai pada langkah 2 sampai 6 adalah sebagai berikut:

Di sini n dalam putaran per detik untuk nQE dan dalam rpm untuk ns, N dalam rpm, P dalam kW, dan ns bersatuan metrik. Persamaan D3, D1, D2, σ, dan Hs berasal dari ESHA (2004) Bab 6, sedangkan persamaan Euler adalah hukum kekekalan momentum sudut untuk turbomesin.

(no. 26) Setiap hasil numerik dijelaskan maknanya pada kolom terakhir tabel H.1, misalnya Vw1 sebagai seberapa kuat air memutar sebelum masuk sudu dan Hs sebagai batas atas pemasangan runner.

(no. 27) Semua persamaan memakai satuan SI, angka antara disimpan dengan empat angka penting, dan seluruh nilai berasal dari satu skrip perhitungan yang sama. Persamaan diuji dengan contoh ESHA (tinggi jatuh 200 m, debit 1,5 m³/s, 1.500 rpm). Hasil penulis D3 = 0,453 m, D1 = 0,595 m, dan σ = 0,0532 sama dengan yang tertulis di ESHA (0,453 m, 0,595 m, 0,0533). Pada 1.000 rpm hasil penulis (0,576 m, 1,02 m, 0,0305) juga sama dengan ESHA.

(no. 28) Verifikasi dilakukan dengan reproduksi contoh ESHA tersebut dan pemeriksaan kriteria nQE ≤ 0,686 σ^0,5882 (0,196 ≤ 0,207). Validasi tahap awal dilakukan dengan membandingkan ns terhadap Itaipu, Cirata, Jatiluhur, dan desain ITNY. Validasi penuh membutuhkan CFD dan uji model sesuai IEC 60193.

(no. 29) Putaran dipilih melalui iterasi atas empat kandidat sinkron pada tinggi jatuh 60 m dan debit 3,5 m³/s.

Putaran (rpm)	Kutub generator	nQE	D3 (m)	σ	Batas Hs (m)	Penilaian
500	12	0,130	0,831	0,075	+5,21	Aman kavitasi, runner dan generator lebih besar
600	10	0,157	0,763	0,097	+3,94	Aman, runner lebih besar dari pilihan akhir
750	8	0,196	0,695	0,131	+1,88	Dipilih, ukuran ringkas dan masih bebas penggalian
1.000	6	0,261	0,628	0,195	-1,95	Runner harus di bawah muka air hilir, perlu penggalian

Bila CFD atau uji model menunjukkan margin kavitasi tidak cukup, langkah berikutnya adalah kembali ke 600 rpm. (no. 30) Pelaksanaan memperhitungkan aliran lingkungan di ruas sungai yang dialihkan, kopling langsung untuk mengurangi rugi dan perawatan, serta runner baja tuang tahan korosi yang lazim pada turbin minihidro menurut ESHA.

(no. 31) Langkah telah ditulis berurutan dan bernomor, hasil kemudian diringkas dalam tabel dan dua diagram menjelaskan lapisan pengetahuan serta lintasan aliran.

(no. 32) Langkah 1 menjawab niat (E.2), langkah 2 sampai 4 menjawab pemikiran awal dan idealisasi (F, G.1), langkah 5 sampai 8 adalah instruksi set, dan langkah 9 menutup siklus dengan verifikasi.

Iterasi mengingatkan bahwa hasil pertama bukan hasil terbaik dan mengakui kekurangan adalah bagian dari kejujuran seorang perancang.

H. Results & Discussion (No.17-28)

Desain yang dihasilkan adalah turbin Francis poros vertikal berdaya poros 1.875 kW pada 750 rpm, dengan runner berdiameter keluar 0,70 m, dan seluruh kriteria periksa terpenuhi pada iterasi pertama.

H.1 Ringkasan Hasil Perhitungan

(no. 26, 27) Runner dirancang dengan 15 sudu dan sudu pengarah berjumlah 16. Rentang umum sudu runner Francis adalah 11 sampai 19 dan 15 dipilih di tengah rentang itu. Selain itu, jina ns berada pada rentang 100 ≤ ns ≤ 200, maka jumlah sudu berada di antara 13-19. Umumnya dipilih angka ganjil untuk menghindari resonansi getaran dengan sudu pengarah. Dengan 15 sudu, jarak antar sudu di tepi masuk adalah π × 0,673 / 15 = 0,141 m dan di tepi keluar π × 0,695 / 15 = 0,146 m. Angka 15 dan 16 adalah pilihan penulis sehingga harus dikonfirmasi pabrikan melalui CFD dan uji model karena jumlah sudu memengaruhi beban sudu, efisiensi, dan kavitasi.

Ukuran runner dihitung ulang tanpa korelasi ESHA, hanya dengan persamaan Euler, kontinuitas, dan tiga parameter desain buku teks.

H.2 Lintasan Aliran dan Peran Tiap Komponen

Air melewati enam komponen secara berurutan dan runner adalah tahap tempat energi air berubah menjadi kerja poros.

1. Penstock. Membawa air dari intake ke rumah keong. Diameter 1,1 m, kecepatan 3,7 m/s, waktu start air Tw = 1,88 s.
2. Rumah keong. Membagi aliran merata ke seluruh keliling runner. Diameter setara penampang masuk 0,81 m pada 6,9 m/s.
3. Sudu pengarah. Mengatur debit dan mengarahkan air ke sudu runner. Sudut aliran masuk 18,1 derajat dari garis singgung.
4. Runner. Mengubah energi air menjadi kerja poros. Berputar 750 rpm dengan D2 = 0,67 m dan D3 = 0,70 m, menghasilkan daya poros 1.875 kW.
5. Draft tube. Memulihkan energi kinetik yang tersisa di keluaran runner. Diameter keluar 1,49 m, pemulihan sekitar 3,8 m kolom air.
6. Saluran hilir. Menampung air buangan dan menjadi acuan elevasi runner. Runner boleh dipasang paling tinggi +1,88 m di atas muka air ini, dan desain memakai +1,0 m.

Seluruh energi yang dapat diambil turbin diserahkan di runner, sedangkan komponen lain mengantar air ke runner atau memulihkan sisa energinya.

H.3 Diskusi (no. 5, 22, 26, 28)

Nilai ns = 194 hampir sama dengan Itaipu (196) dan Cirata (184). Kecepatan spesifik menentukan bentuk runner yang optimal, runner desain ini adalah versi kecil dari runner dua PLTA tersebut. Perbedaan dayanya sangat besar, tetapi perbedaan bentuknya kecil. Inilah alasan turbin berskala kecil dapat memakai korelasi dari turbin berskala besar.

Desain ITNY pada 2,5 MW, 100 m, dan 750 rpm memiliki ns = 119 dengan diameter masuk 688 mm dan keluar 790 mm. Desain ini memiliki diameter masuk 673 mm dan keluar 695 mm. Rasio diameter keluar terhadap masuk pada desain ITNY adalah 1,15, sedangkan pada desain ini 1,03. Perbedaan tersebut wajar karena ns kedua desain berbeda, tetapi sumber ITNY tidak menjelaskan alasannya sehingga tidak diinterpretasikan lebih jauh.

Batas elevasi hanya +1,88 m karena ns tinggi membuat tekanan keluar runner rendah. Batas ini bergantung pada ketinggian lokasi. Hasil perhitungan penulis dengan persamaan yang sama menunjukkan batas Hs sebesar +2,36 m di permukaan laut, +1,19 m pada 1.000 mdpl, dan hanya +0,13 m pada 2.000 mdpl, sehingga di lokasi setinggi itu runner praktis harus sejajar dengan muka air hilir atau lebih rendah. Perbandingan nQE = 0,196 dengan batas 0,207 pada kriteria ESHA 6.30 menunjukkan margin yang tipis, maka pemeriksaan kavitasi paling penting dilakukan pada tahap CFD dan uji model.

Turbin Francis efisien mulai sekitar setengah debit nominal dan dapat bergetar di bawah 40% (ESHA). Pada debit 3,5 m³/s, satu unit hanya efektif untuk debit sungai sekitar 1,75 sampai 3,5 m³/s. Bila hidrologi sering di bawah 1,4 m³/s, dua unit yang lebih kecil lebih tepat.

Hasil teknis ini baru bermakna sosial bila dirawat dan dioperasikan dengan jujur. Margin kavitasi, batas operasi di atas 40% debit, dan pemeriksaan regulasi adalah wujud tanggung jawab kepada pengguna listrik dan masyarakat hilir. Kesadaran bahwa air dan hukum fisikanya adalah titipan menjadi alasan untuk tidak menghabiskan margin keselamatan demi angka efisiensi yang lebih tinggi.

H.4 Keterbatasan (no. 2, 18, 27)

1. Korelasi ESHA bersifat statistik dan hanya menghasilkan solusi rata-rata. Bentuk sudu, jumlah sudu, dan profil meridional tetap harus ditentukan pabrikan melalui uji model sesuai IEC 60193.

2. Penetapan D1 dan D2 sebagai dua diameter tepi masuk mengikuti gambar ESHA 6.24 dan perlu dikonfirmasi dengan gambar meridional pabrikan. Penulis memakai D2 yang lebih besar sebagai diameter masuk untuk segitiga kecepatan.

3. Efisiensi 0,91 dan seluruh asumsi pada tabel G.1 adalah pilihan penulis. Nilai efisiensi nyata hanya dapat dibuktikan dengan uji.

4. Perhitungan berlaku pada titik desain. Perilaku pada beban sebagian, tekanan berfluktuasi di draft tube, dan tekanan lonjak (water hammer) belum dianalisis.

5. Data Cirata dan Jatiluhur berasal dari dokumen sekunder (situs museum dan tugas akhir) sehingga angka ns keduanya bersifat indikatif.

I. Acknowledgments (No. 3, 5, 6, 29, 32)

Turbin Francis 750 rpm dengan runner berdiameter keluar 0,70 m mampu mengubah tinggi jatuh 60 m dan debit 3,5 m³/s menjadi daya poros sekitar 1,9 MW (daya listrik sekitar 1,8 MW) dengan kecepatan spesifik nQE = 0,196. Nilai ini berada di tengah rentang Francis dan setara dengan Itaipu serta Cirata, sehingga pilihan tipe turbin didukung oleh data turbin yang sudah beroperasi.

Tiga hasil paling penting bagi keputusan berikutnya adalah sebagai berikut. Pertama, turbin dapat dikopel langsung ke generator 8 kutub tanpa gearbox. Kedua, runner harus dipasang paling tinggi +1,88 m dari muka air hilir pada 400 mdpl, dan batas ini menyempit cepat pada lokasi yang lebih tinggi. Ketiga, satu unit hanya efisien pada sekitar 50 sampai 100% debit nominal.

Kerangka DAI5 membantu penulis menjaga urutan berpikir dari niat, analisis masalah, asumsi, sampai langkah hitung, dan membuat setiap angka dapat ditelusuri ke asumsinya. Kesadaran akan keterbatasan (E.1) tampak pada penandaan asumsi dan pada koreksi yang dilakukan selama penyusunan.

Dari sisi etika (no. 3) dan kesinambungan kesadaran (no. 6), laporan ini menutup dengan pengakuan bahwa seluruh angka adalah desain pendahuluan.

Rekomendasi tindak lanjut

1. Simulasikan aliran dalam runner, sudu pengarah, dan draft tube dengan CFD untuk memeriksa distribusi tekanan dan potensi kavitasi.
2. Minta pabrikan melakukan uji model sesuai IEC 60193 serta memberi jaminan efisiensi, bukan hanya jaminan daya.
3. Bandingkan satu unit 3,5 m³/s dengan dua unit 1,75 m³/s menggunakan kurva durasi aliran (flow duration curve) sungai yang sebenarnya.
4. Analisis tekanan lonjak (water hammer) dan kestabilan governor dengan data penstock yang nyata.
5. Kaji kebutuhan aliran lingkungan di ruas sungai yang dialihkan sebelum desain final ditetapkan.

Turbin Francis 750 rpm dengan runner berdiameter keluar 0,70 m mampu mengubah tinggi jatuh 60 m dan debit 3,5 m³/s menjadi daya poros sekitar 1,9 MW (daya listrik sekitar 1,8 MW) dengan kecepatan spesifik nQE = 0,196. Nilai ini berada di tengah rentang Francis dan setara dengan Itaipu serta Cirata, sehingga pilihan tipe turbin didukung oleh data turbin yang sudah beroperasi.

Tiga hasil paling penting bagi keputusan berikutnya adalah sebagai berikut. Pertama, turbin dapat dikopel langsung ke generator 8 kutub tanpa gearbox. Kedua, runner harus dipasang paling tinggi +1,88 m dari muka air hilir pada 400 mdpl, dan batas ini menyempit cepat pada lokasi yang lebih tinggi. Ketiga, satu unit hanya efisien pada sekitar 50 sampai 100% debit nominal.

Kerangka DAI5 membantu penulis menjaga urutan berpikir dari niat, analisis masalah, asumsi, sampai langkah hitung, dan membuat setiap angka dapat ditelusuri ke asumsinya. Kesadaran akan keterbatasan (E.1) tampak pada penandaan asumsi dan pada koreksi yang dilakukan selama penyusunan.

Dari sisi etika (no. 3) dan kesinambungan kesadaran (no. 6), laporan ini menutup dengan pengakuan bahwa seluruh angka adalah desain pendahuluan. Penulis bersyukur atas kemudahan memperoleh data terbuka, dan bertanggung jawab atas setiap asumsi yang dipilih sendiri.

Rekomendasi tindak lanjut

1. Simulasikan aliran dalam runner, sudu pengarah, dan draft tube dengan CFD untuk memeriksa distribusi tekanan dan potensi kavitasi.
2. Minta pabrikan melakukan uji model sesuai IEC 60193 serta memberi jaminan efisiensi, bukan hanya jaminan daya.
3. Bandingkan satu unit 3,5 m³/s dengan dua unit 1,75 m³/s menggunakan kurva durasi aliran (flow duration curve) sungai yang sebenarnya.
4. Analisis tekanan lonjak (water hammer) dan kestabilan governor dengan data penstock yang nyata.
5. Kaji kebutuhan aliran lingkungan di ruas sungai yang dialihkan sebelum desain final ditetapkan.

J. Ucapan Terima Kasih

Penulis berterima kasih kepada dosen pengampu mata kuliah dan rekan diskusi yang membantu proses penyusunan laporan ini.

K. Literature Cited 

• Penche, C., Armand, F., Dennis, V., & Söderberg, C. (2004). Guide on How to Develop a Small Hydropower Plant, Bab 6. ESHA. tautan
• de Siervo, F., & de Leva, F. (1976). Modern trends in selecting and designing Francis turbines. Water Power & Dam Construction (dikutip melalui ESHA).
• Lugaresi, A., & Massa, A. (1987). Designing Francis turbines: trends in the last decade. Water Power & Dam Construction (dikutip melalui ESHA).
• IEC 60193 dan IEC 60041 (dikutip melalui ESHA).
• Perancangan turbin Francis untuk PLTA dengan H 100 m, Q 3 m³/s, n 750 rpm. Cendekia Mekanika, ITNY. tautan
• Museum Listrik PLN. PLTA Cirata. tautan
• Click Petróleo e Gás (2025). Rotor generator Itaipu. tautan
• Irpan. Analisa kinerja turbin PLTA Ir. H. Djuanda, tugas akhir. tautan
• CCIT Online. Format laporan tugas/project berbasis DAI5. tautan

L. Lampiran (No. 33)

Jejak perhitungan

Langkah	Substitusi	Hasil
Ph	1.000 × 9,81 × 3,5 × 60	2.060 kW
nQE	12,5 × √3,5 / 588,6^0,75 (E = 9,81 × 60)	0,196
D3	84,5 × (0,31 + 2,488 × 0,196) × √60 / (60 × 12,5)	0,695 m
D1, D2	0,695 m D1, D2 (0,4 + 0,095/0,196) × D3 ; D3 / (0,96 + 0,3781 × 0,196)	0,616 m ; 0,673 m
u1, Vw1	π × 0,673 × 12,5 ; 0,94 × 588,6 / u1	26,4 ; 20,9 m/s
σ, Hs	1,2715 × 0,196^1,41 + 4/(2 × 9,81 × 60) ; (96.611 − 3.169)/9.810 + 0,204 − σ × 60	0,131 ; +1,88 m