ccitonline.com

CCIT – Cara Cerdas Ingat Tuhan

| AI-DAI5 | DAI5 AI Agents | NIC | ZWI | | CCITEdu | DAI5 eBook | CFDSOF | Donation | Download | CCIT Corporation | DAI5 | 33 Kriteria Evaluasi Penerapan DAI5 | Search |

Tugas Besar Laporan Merancang Turbin Francis – Aqila Raihan Abyanza 2406408911 SKE 01

A. Judul Proyek

Desain dan Analisis Turbin Francis โ€“ Acuan PLTA Cirata dengan Kerangka DAI5

B. Nama Lengkap Penulis

Aqila Raihan Abyanza

C. Afiliasi

Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia

D. Abstrak

Laporan ini merancang ulang satu unit turbin Francis PLTA Cirata secara analitik menggunakan kerangka DAI5. Tujuannya menguji apakah urutan teori Sistem Konversi Energi (kekekalan energi, Persamaan Euler, segitiga kecepatan, dan prinsip turbin reaksi) cukup untuk menghasilkan desain yang mendekati mesin nyata. Data desain adalah head neto 106,8 m dan debit 132,5 mยณ/s per unit. Metodenya memakai persamaan dasar turbin dan korelasi statistik de Siervo & de Leva untuk menentukan daya, putaran sinkron, kecepatan spesifik, dimensi runner, segitiga kecepatan, tinggi pemasangan terhadap kavitasi, putaran runaway, guide vane, spiral casing, dan draft tube. Kinerja di luar titik desain dan sensitivitas terhadap head dianalisis dengan model kerugian analitik. Hasilnya, turbin menghasilkan 128,7 MW daya poros (126,1 MW listrik) pada 187,5 rpm dengan n_s = 196, Dโ‚ = 3,65 m, Dโ‚‚ = 3,75 m, dan efisiensi 93,1%. Runner harus dipasang ยฑ6 m di bawah tailwater minimum. Putaran, diameter inlet spiral casing, putaran runaway, dan daya per unit sesuai dengan data Cirata. Efisiensi turun ke 82,5% pada 60% debit, sehingga operasi lama di bawah 70% debit perlu dihindari. Disimpulkan bahwa pendekatan analitik berlapis cukup untuk menentukan ukuran utama turbin, sedangkan bentuk sudu 3D dan kavitasi lokal memerlukan analisis lanjut.

E. Deklarasi Penulis

E.1 Deep Awareness (of) I

Saya menyadari bahwa air, gravitasi, dan hukum alam yang menjadi dasar setiap persamaan dalam laporan ini adalah ciptaan Tuhan Yang Maha Esa. Sebagai perancang, saya hanya mengikuti aturan yang sudah ada, bukan menciptakannya. Kesadaran ini saya jaga sepanjang pengerjaan: saya menyatakan setiap asumsi secara terbuka, mengakui keterbatasan pengetahuan saya, dan tidak melebih-lebihkan ketelitian hasil. Saya juga sadar akan bias saya sebagai mahasiswa yang bergantung pada korelasi literatur dan data acuan.

E.2 Niat Kegiatan Proyek

Niat proyek ini adalah memahami secara utuh bagaimana energi air diubah menjadi listrik, lalu menerapkannya untuk merancang turbin yang efisien, aman, dan andal. Turbin yang baik berarti energi terbarukan lebih banyak dari sumber daya yang sama, dengan risiko kerusakan dan biaya perawatan yang lebih kecil bagi masyarakat yang bergantung pada listrik tersebut. Tujuan teknisnya:

  1. Menentukan dimensi runner, guide vane, spiral casing, dan draft tube dari data lokasi.
  2. Memeriksa keamanan terhadap kavitasi dan putaran runaway.
  3. Menganalisis kinerja di luar titik desain dan sensitivitas terhadap head.
  4. Memvalidasi hasil terhadap turbin Cirata yang terpasang.

F. Pendahuluan

PLTA adalah sumber listrik terbarukan yang keluarannya bisa diatur, sehingga cocok untuk menutup beban puncak dan menyeimbangkan jaringan saat porsi surya dan angin bertambah. PLTA Cirata di Sungai Citarum, Jawa Barat, adalah salah satu pembangkit beban puncak terbesar di sistem Jawaโ€“Bali. Efisiensi dan keandalan turbinnya berdampak langsung pada pasokan listrik jutaan pelanggan.

Air dari reservoir mengalir lewat penstock ke turbin, memutar generator, lalu keluar ke sungai melalui draft tube. Laporan ini berfokus pada turbinnya.

F.1 Pemikiran Awal (tentang Masalah)

  • Menganalisis masalah. Masalahnya adalah menentukan geometri turbin yang mengubah energi air pada H = 106,8 m dan Q = 132,5 mยณ/s menjadi daya poros dengan efisiensi maksimum, tanpa kavitasi, dan pada putaran yang sesuai dengan generator 50 Hz.
  • Pemangku kepentingan. PLN sebagai operator (efisiensi, keandalan, biaya perawatan), masyarakat pengguna listrik (pasokan stabil), masyarakat sekitar Citarum dan lingkungan (pemanfaatan air yang bertanggung jawab), serta pabrikan (kemampuan manufaktur runner).
  • Mengurai masalah. Masalah utama dipecah menjadi: (1) memilih tipe turbin, (2) memilih putaran, (3) menentukan dimensi runner, (4) menentukan sudut sudu dan guide vane, (5) memastikan bebas kavitasi, dan (6) merancang komponen pendukung yang menekan kerugian.
  • Akar masalah. Kerugian efisiensi turbin berasal dari ketidaksesuaian sudut aliran dengan sudut sudu, gesekan, dan energi kinetik yang terbuang di keluaran. Kerusakan terbesar berasal dari kavitasi akibat tekanan lokal yang turun di bawah tekanan uap. Karena itu, desain berfokus pada segitiga kecepatan, pemulihan energi di draft tube, dan tinggi pemasangan runner.
  • Pemilihan tipe turbin. Pelton butuh nosel terlalu besar untuk 132,5 mยณ/s, sedangkan Kaplan menanggung beban dan kavitasi berlebih di atas ยฑ70 m.
  • Dekonstruksi ke prinsip dasar. Seluruh perhitungan diturunkan dari empat lapisan yang sama:

Energi. Turbin hanya mengubah sebagian daya hidrolik menjadi daya poros:

Euler (konvensi turbin). Dengan C_ฮธ2 = 0, kerja ditentukan sisi inlet. Bentuk Uโ‚‚C_ฮธ2 โˆ’ Uโ‚C_ฮธ1 adalah konvensi pompa.

Segitiga kecepatan. C_m membawa debit (Q = C_m ร— luas), C_ฮธ menghasilkan torsi. ฮฑ diukur antara C dan U, ฮฒ antara W dan U.

Reaksi. Bagian penurunan tekanan yang terjadi di runner; Francis 0,5โ€“0,9, Pelton โ‰ˆ 0:

State of the art dan celah. Desain turbin Francis modern memakai korelasi statistik untuk ukuran awal, lalu optimasi bentuk sudu 3D dengan CFD dan uji model. Celah yang diisi tugas ini adalah menunjukkan seberapa dekat hasil analitik murni (tanpa CFD) dengan mesin nyata, serta menjelaskan setiap angka secara fisik.

G. Metode & Langkah-langkah Solusi

G.1 Idealisasi

Turbin dimodelkan sebagai satu unit dengan aliran tunak, inkompresibel, dan satu dimensi pada jari-jari inlet dan outlet runner. Asumsi ini standar dalam teori turbomesin (Dixon & Hall) dan dibenarkan karena air hampir tak mampu mampat serta turbin dirancang untuk satu titik operasi. Head 106,8 m dianggap head neto; anggapan ini dan anggapan per unit perlu dikonfirmasi dengan data resmi Cirata.

Data lokasi dan fluida

BesaranNilaiSatuanKeterangan
Head neto, H106,8mData acuan Cirata
Debit per unit, Q132,5mยณ/sData acuan Cirata
Frekuensi jaringan, f50HzSistem PLN
Elevasi tailwater+110m dplAsumsi, perlu dicek
Suhu air, T27ยฐCAsumsi perairan tropis
Massa jenis air, ฯ996,5kg/mยณPada 27 ยฐC
Tekanan uap, p_v3,57kPaPada 27 ยฐC
Percepatan gravitasi, g9,81m/sยฒโ€“


Asumsi

AsumsiNilaiAlasan
Efisiensi hidrolik ฮท_h0,95Tipikal Francis besar
Efisiensi volumetrik ฮท_v0,99Kebocoran seal ยฑ1%
Efisiensi mekanis ฮท_m0,99Rugi bantalan ยฑ1%
Efisiensi total ฮท0,93= 0,95 ร— 0,99 ร— 0,99
Efisiensi generator ฮท_g0,98Generator sinkron besar
Pusaran keluar C_ฮธ20Kondisi desain optimum
AliranTunak, inkompresibelAir, satu titik operasi
Faktor blokade sudu k_b0,95Ketebalan sudu ยฑ5% keliling
Korelasi empirisde Siervo & de Leva (1976)Dibangun dari data ratusan turbin Francis terpasang


Batasan desain

  • Putaran harus sinkron: n = 120f/p, dengan p sebagai jumlah kutub generator (bilangan genap).
  • Kecepatan spesifik harus berada di rentang Francis, n_s โ‰ˆ 60โ€“400 (mยทkW).
  • Runner harus bebas kavitasi pada titik desain: tinggi pemasangan ditentukan dengan koefisien Thoma ditambah margin 15%.


Uji anggapan per unit

Jika debit total 132,5 mยณ/s, daya per unit tidak masuk akal. Dengan anggapan per unit:

Hasil ini sesuai dengan kapasitas unit Cirata (ยฑ126 MW listrik), jadi data diperlakukan per unit.

Ruang lingkup

DidesainTidak didesain
Dimensi utama runner dan segitiga kecepatanBentuk sudu 3D detail dan analisis CFD
Guide vane (diameter, jumlah, sudut)Mekanisme penggerak guide vane
Spiral casing (diameter tiap penampang)Stay vane dan analisis kekuatan casing
Draft tube (kerucut dan luas outlet)Generator, governor, dan sistem kelistrikan
Cek kavitasi dan putaran runawayPenstock, bendungan, dan analisis transien (water hammer)

Komponen yang didesain di G.2 adalah spiral case, guide vane, runner, dan draft tube. Head cover, stay ring, operating ring, dan mekanisme penggerak guide vane berada di luar ruang lingkup.

G.2 Instruksi (Set)

Langkah perhitungan disusun berurutan; setiap langkah memakai hasil langkah sebelumnya. Pola tiap langkah: rumus โ†’ substitusi โ†’ hasil. Jika cek kavitasi gagal, langkah diulang dari pemilihan putaran (iterasi jumlah kutub).

Pengendalian kesalahan. Setiap hasil dicek silang: daya dari Persamaan Euler dibandingkan dengan daya dari kekekalan energi (G.2.4), anggaran kerugian dibandingkan dengan asumsi efisiensi (H.2), dan hasil akhir dibandingkan dengan data Cirata (H.5). Perhitungan juga diulang dengan skrip Python (Lampiran B).


G.2.1 Daya

Pertama, cari daya hidrolik:

Daya poros turbin dan daya listrik:

Hasil: daya poros 128,7 MW (= 128 652 kW, dipakai di 4.2).

G.2.2 Putaran dan kecepatan spesifik

Satuan: n (rpm), P (kW), H (m).

Langkah 1 โ€“ target dari statistik. Korelasi de Siervo & de Leva memberi n_s yang umum dipakai untuk head tertentu:

Langkah 2 โ€“ iterasi jumlah kutub. 179 rpm bukan putaran sinkron, jadi dicari putaran sinkron terdekat dengan n = 120f/p = 6000/p:

Kutub pn (rpm)n_s (mยทkW)Catatan
30200,0209Terlalu jauh dari target
32187,5196Dipilih
34176,5184Terdekat ke target
36166,7174Mesin lebih besar

Keputusan: 32 kutub. 34 kutub lebih dekat ke target, tetapi 187,5 rpm memberi runner dan generator lebih kecil; konsekuensinya, runner dipasang lebih dalam (G.2.5).

Hasil: n = 187,5 rpm, n_s = 196. Nilai ini berada di tengah rentang Francis (60โ€“400), jadi pemilihan tipe di Bab 1 terkonfirmasi.

G.2.3 Dimensi runner

Diameter outlet Dโ‚‚ dari korelasi de Siervo & de Leva:

Diameter inlet Dโ‚ dari koefisien kecepatan keliling K_u1 = Uโ‚/โˆš(2gH). Untuk n_s 150โ€“250, rentang tipikalnya 0,70โ€“0,85; dipilih 0,78.

Setelah pembulatan: Uโ‚ = 35,83 m/s, Uโ‚‚ = 36,82 m/s.

Tinggi inlet B. Kecepatan meridional inlet dipilih C_m1 โ‰ˆ 0,30โˆš(2gH) = 13,7 m/s, lalu B dihitung dari kontinuitas dengan faktor blokade 0,95:

B/Dโ‚ = 0,24 (wajar untuk n_s ยฑ200); C_m1 terkoreksi = 13,98 m/s.

Jumlah sudu. Francis n_s menengah umumnya memakai 13โ€“17 sudu; dipilih Z_r = 15.

Hasil: Dโ‚ = 3,65 m, Dโ‚‚ = 3,75 m, B = 0,87 m, Z_r = 15.


G.2.4 Segitiga kecepatan

Inlet. C_ฮธ1 diambil dari Persamaan Euler dengan C_ฮธ2 = 0:

Outlet. Luas outlet Aโ‚‚ = ฯ€Dโ‚‚ยฒ/4 = 11,04 mยฒ (hub diabaikan), dan C_ฮธ2 = 0 sehingga Cโ‚‚ = C_m2:

BesaranInlet (1)Outlet (2)Satuan
U35,8336,82m/s
C_m13,9812,00m/s
C_ฮธ27,780m/s
C31,1012,00m/s
W16,1438,72m/s
Sudut aliran ฮฑ26,790ยฐ
Sudut sudu ฮฒ60,018,0ยฐ

Kode Octave. Simpan sebagai s2_segitiga.m Lalu jalankan; angka hasil tercetak di Command Window.

Kode Octave. Simpan sebagai s2_segitiga.m lalu jalankan; angka hasil tercetak di Command Window.

Di outlet, Cโ‚‚ tegak lurus Uโ‚‚ karena C_ฮธ2 = 0: air keluar tanpa pusaran.

Cek reaksi. Wโ‚‚/Wโ‚ = 2,40, jadi kecepatan relatif naik di runner seperti yang diharapkan pada turbin reaksi. Derajat reaksi:

Cek Euler. Daya dari segitiga kecepatan harus sama dengan G.2.1:


G.2.5 Kavitasi dan tinggi pemasangan

Koefisien Thoma kritis dari korelasi de Siervo & de Leva:

Pada elevasi +110 m: p_atm = 100,0 kPa, sehingga H_atm = 10,23 m dan H_v = 0,36 m.


G.2.6 Putaran runaway

Terjadi saat beban lepas dan guide vane masih terbuka; rasio tipikal Francis 1,8โ€“2,2:


G.2.7 Guide vane

Dโ‚€ = 1,12 Dโ‚ = 4,09 m; antara Dโ‚€ dan Dโ‚ aliran mengikuti free vortex (C_ฮธ ยท r = konstan):

Hasil: Dโ‚€ = 4,09 m, tinggi 0,87 m, ฮฑโ‚€ = ฮฑโ‚ = 26,7ยฐ, Z_gv = 24.

G.2.8 Spiral casing

Kecepatan inlet casing diambil C_s = 0,20โˆš(2gH) = 9,16 m/s:

Kecepatan dibuat konstan, jadi D(ฮธ) = D_in โˆš(1 โˆ’ ฮธ/360):

Kode Octave:

Runner dipasang di tengah spiral casing; air masuk dari pipa inflow, dibagi merata oleh casing ke seluruh keliling guide vane, lalu keluar ke bawah lewat draft tube.

G.2.9 Draft tube

Energi kinetik keluar runner Cโ‚‚ยฒ/2g = 7,34 m (6,9% H) dipulihkan dengan memperlambat aliran (lihat sketsa di G.2.5):

Kerucut: dari 3,75 m ke 4,90 m dengan sudut setengah 4ยฐ (mencegah aliran lepas dari dinding). Panjang L = (4,90 โˆ’ 3,75)/(2 tan 4ยฐ) = 8,2 m.

Outlet: kecepatan keluar dipilih 2,5 m/s, sehingga luas outlet = 132,5/2,5 = 53,0 mยฒ (penampang persegi setelah siku).

Hasil: draft tube memulihkan 5,96 m head. Tanpa draft tube, 7,34 m ini hilang dan efisiensi turun ยฑ5,6 poin persen.

H. Hasil dan Diskusi

H.1 Ringkasan hasil desain

Satu unit turbin Francis menghasilkan 128,7 MW daya poros pada 187,5 rpm dengan efisiensi 93,1%. Sudut diukur dari arah kecepatan keliling U.

ParameterSimbolHasil desainSatuan
Daya poros turbinP128,7MW
Daya listrik (ฮท_g = 0,98)P_e126,1MW
Putaran sinkron (32 kutub)n187,5rpm
Kecepatan spesifikn_s196mยทkW
Diameter inlet / outlet runnerDโ‚ / Dโ‚‚3,65 / 3,75m
Tinggi inlet runnerB0,87m
Jumlah sudu runnerZ_r15โ€“
Sudut aliran inletฮฑโ‚26,7ยฐ
Sudut sudu inlet / outletฮฒโ‚ / ฮฒโ‚‚60,0 / 18,0ยฐ
Koefisien Thomaฯƒ0,129โ€“
Tinggi isap (margin 15%)H_sโˆ’5,9m
Putaran runawayn_r340โ€“410rpm
Diameter inlet spiral casingD_in4,29m
Jumlah guide vaneZ_gv24โ€“
Efisiensi total titik desainฮท93,1%

Interpretasi fisik. n_s = 196 berarti turbin berkecepatan menengah: runner relatif lebar (B/Dโ‚ = 0,24) agar debit besar bisa lewat. ฮฒโ‚ = 60ยฐ menunjukkan sudu inlet condong ke belakang sehingga air masuk tanpa tumbukan. ฮฒโ‚‚ = 18ยฐ yang kecil membuat air keluar tanpa pusaran. R = 0,59 berarti lebih dari separuh penurunan tekanan terjadi di runner, ciri turbin reaksi.

H.2 Anggaran kerugian energi

Jumlahnya konsisten dengan asumsi ฮท = 0,93 di Design Basis.

Kode Octave. Simpan sebagai s6_kerugian.m Lalu jalankan; angka hasil tercetak di Command Window.


H.3 Kinerja di luar titik desain (debit 60โ€“110%)

Guide vane mengubah debit, tetapi sudut sudu runner tetap. Muncul dua kerugian yang nol di titik desain: pusaran keluar C_ฮธ2ยฒ/2g dan tumbukan inlet k_i(ฮ”C_ฮธ1)ยฒ/2g (k_i = 0,6). Gesekan โˆ Qยฒ (5% H di titik desain), kebocoran dan rugi mekanis tetap. C_ฮธ1 diselesaikan dari:

Puncak efisiensi bergeser sedikit ke 95% debit karena gesekan turun lebih cepat daripada kenaikan kerugian pusaran. Di bawah 70% debit, pusaran keluar runner membesar dengan cepat; kondisi ini juga memicu pusaran tali (vortex rope) di draft tube yang menimbulkan getaran.

Kode Octave. Simpan fungsi model sebagai model_turbin.m (dipakai juga di H.4), lalu jalankan s4_offdesign.m di folder yang sama.


H.4 Sensitivitas terhadap head

Muka waduk berubah sepanjang tahun. Model yang sama dijalankan untuk H = 90โ€“120 m pada 187,5 rpm, dengan Q โˆ โˆšH.

Daya sangat sensitif terhadap head karena P โˆ QยทH โˆ H^1,5, sedangkan efisiensi hanya turun 1 poin pada H = 90 m. Pada head rendah, ฯƒH juga mengecil sehingga risiko kavitasi tidak bertambah; yang perlu diawasi adalah head tinggi dengan debit besar, saat daya mendekati batas generator.

Kode Octave. Satu file mandiri dengan model yang sama seperti H.3. Simpan sebagai s5_sensitivitas.m lalu jalankan.


H.5 Validasi terhadap turbin Cirata

Data turbin terpasang diambil dari spesifikasi pabrikan VOEST-ALPINE yang dikutip Fauzani (2016) dan data teknis PLTA Cirata (Havianto, 2013).

ParameterHasil desainData CirataSelisih
Head neto rancangan106,8 m106,8 m0% (data masukan)
Debit rancangan132,5 mยณ/s132,5 mยณ/s0% (data masukan)
Putaran normal187,5 rpm187,5 rpm0%
Daya poros turbin128,7 MW129,6 MWโˆ’0,7%
Efisiensi turbin93,0% (asumsi)93,7% (implisit)โˆ’0,7 poin
Daya listrik per unit126,1 MW126 MW+0,1%
Diameter runner (outlet/throat)3,75 m3,40 m+10,3%
Jumlah sudu runner1516โˆ’1 sudu
Jumlah guide vane24240
Tinggi guide vane0,87 m0,98 mโˆ’11,2%
Diameter inlet spiral casing4,29 m4,30 mโˆ’0,2%
Diameter outlet draft tube8,2 m (ekuivalen 53 mยฒ)6,4 m+28%
Putaran runaway338โ€“413 rpm400 rpmMasuk rentang

Efisiensi implisit Cirata = 129,6 / 138,3 = 93,7%. Data juga menyebut head maksimum 112,5 m dan debit maksimum 135 mยณ/s per unit; keduanya masih di dalam rentang yang dianalisis di H.4.


H.6 Mengapa hasil mendekati Cirata, dan di mana berbeda

ParameterHasilPenyebab
PutaranSama persisKeduanya dibatasi kutub generator 50 Hz dan memilih 32 kutub
Daya dan efisiensiSelisih 0,7%Asumsi ฮท = 0,93 sedikit konservatif; turbin Cirata mencapai 93,7%
Spiral casing dan jumlah guide vaneHampir samaKoefisien 0,20โˆš(2gH) dan 24 guide vane adalah praktik umum
Diameter runnerDesain 10% lebih besarDesain memilih C_m2 = 12,0 m/s. Dengan D = 3,40 m, C_m2 Cirata = 14,6 m/s dan energi kinetik keluar 10,9 m (10% H): runner lebih kecil, beban pemulihan di draft tube lebih besar
Tinggi guide vaneDesain 11% lebih rendahDesain memilih C_m1 = 0,30โˆš(2gH). Guide vane Cirata yang lebih tinggi berarti C_m1 lebih kecil (ยฑ12,4 m/s) dan sudut ฮฑโ‚ lebih landai
Jumlah sudu15 vs 16Keduanya di rentang tipikal 13โ€“17; keputusan pabrikan
Outlet draft tubeDesain 28% lebih besarDesain memakai kecepatan keluar 2,5 m/s; Cirata ยฑ4,1 m/s (rugi keluar 0,9 m, 0,8% H) demi galian powerhouse bawah tanah yang lebih kecil

Selisih terbesar muncul pada dimensi yang bergantung pada pilihan kecepatan aliran (C_m1, C_m2, kecepatan keluar draft tube). Besaran yang ditentukan hukum fisika dan batasan sistem (putaran, daya, spiral casing) cocok dalam 1%. Draft tube memulihkan 5,96 m head pada desain ini; tanpa itu efisiensi turun ke ยฑ87%.

H.7 Pilihan putaran

Putarann_sฯƒH_s (margin 15%)Mesin
187,5 rpm (dipilih)1960,129โˆ’5,9 mLebih kecil
176,5 rpm1840,118โˆ’4,6 mLebih besar


H.8 Keterbatasan

  • Korelasi de Siervo & de Leva bersifat statistik (ยฑ10% untuk dimensi).
  • Kerugian runner, guide vane, dan spiral casing adalah estimasi.
  • k_i = 0,6 pada model off-design belum dikalibrasi dengan hill chart.
  • Tanpa CFD, kavitasi hanya dicek global lewat ฯƒ.
  • Elevasi tailwater dan suhu air adalah asumsi.
  • Hub runner diabaikan di outlet (C_m2 dan ฮฒโ‚‚ sedikit lebih besar).

H.9 Keberlanjutan

Kenaikan efisiensi 1% pada satu unit setara ยฑ1,4 MW tambahan tanpa tambahan air. Desain yang bebas kavitasi memperpanjang umur runner dan mengurangi perbaikan las, sehingga biaya dan limbah perawatan turun. Rekomendasi menghindari operasi di bawah 70% debit juga mengurangi getaran dan kerusakan dini.

I. Kesimpulan, Penutup, Rekomendasi

Kesimpulan

  1. Turbin Francis tepat untuk H = 106,8 m dan Q = 132,5 mยณ/s per unit, dibuktikan oleh n_s = 196 yang berada di tengah rentang Francis.
  2. Desain menghasilkan 128,7 MW daya poros (126,1 MW listrik) pada 187,5 rpm, dengan runner Dโ‚ = 3,65 m dan Dโ‚‚ = 3,75 m.
  3. Segitiga kecepatan memberi ฮฑโ‚ = 26,7ยฐ, ฮฒโ‚ = 60,0ยฐ, ฮฒโ‚‚ = 18,0ยฐ, dan derajat reaksi 0,59, sesuai sifat turbin reaksi (Wโ‚‚ > Wโ‚).
  4. Runner harus dipasang minimal ยฑ6 m di bawah tailwater minimum agar bebas kavitasi.
  5. Efisiensi puncak 93,3% terjadi di sekitar 95% debit desain dan turun ke 82,5% pada 60% debit.
  6. Putaran, daya, spiral casing, jumlah guide vane, dan putaran runaway cocok dengan turbin Cirata (selisih โ‰ค1%); diameter runner, tinggi guide vane, dan outlet draft tube berbeda 10โ€“28% karena pilihan kecepatan aliran.

Rekomendasi

  • Konfirmasi elevasi tailwater minimum dan suhu air Cirata, lalu hitung ulang H_s.
  • Kalibrasi model off-design dengan hill chart dari pabrikan atau literatur turbin sejenis.
  • Lanjutkan ke desain bentuk sudu 3D dan analisis CFD jika lingkup tugas diperluas.
    • Bandingkan alternatif 176,5 rpm secara ekonomi: biaya penggalian lebih dangkal terhadap biaya mesin lebih besar.

J. Ucapan Terima Kasih

Terima kasih kepada Prof. Dr. Ir. Ahmad Indra Siswantara (Prof. DAI) atas kerangka DAI5 dan bimbingan di mata kuliah Sistem Konversi Energi, serta kepada teman-teman yang berdiskusi selama pengerjaan. Segala puji bagi Tuhan Yang Maha Esa atas kemudahan dalam menyelesaikan tugas ini.

K. Referensi yang Dikutip

  1. de Siervo, F., & de Leva, F. (1976). Modern trends in selecting and designing Francis turbines. Water Power & Dam Construction.
  2. ESHA (2004). Guide on How to Develop a Small Hydropower Plant. European Small Hydropower Association.
  3. Dixon, S. L., & Hall, C. A. Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery. Butterworth-Heinemann.
  4. Abyanza, A. R. (2026). Layers of SKE Knowledge, part 1 dan 2. Essay mata kuliah SKE.
  5. Fauzani, F. N. (2016). Paper Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) Cirata. Teknik Elektro, Universitas Diponegoro. https://pdfcoffee.com/309322566-plta-ciratadocx-pdf-free.html (spesifikasi turbin VOEST-ALPINE). Havianto, J. (2013). Pembangkit Listrik Tenaga Air Cirata 1.008 MW. https://jonny-havianto.blogspot.com/2013/05/aspek-lingkungan-pembangkit-listrik.html


Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *