{"id":18662,"date":"2026-10-07T15:26:54","date_gmt":"2026-10-07T15:26:54","guid":{"rendered":"https:\/\/ccitonline.com\/wp\/?p=18662"},"modified":"2026-10-07T15:26:54","modified_gmt":"2026-10-07T15:26:54","slug":"tugas-besar-laporan-merancang-turbin-francis-aqila-raihan-abyanza-2406408911-ske-01","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ccitonline.com\/wp\/2026\/10\/07\/tugas-besar-laporan-merancang-turbin-francis-aqila-raihan-abyanza-2406408911-ske-01\/","title":{"rendered":"Tugas Besar Laporan Merancang Turbin Francis – Aqila Raihan Abyanza 2406408911 SKE 01"},"content":{"rendered":"\n

A. Judul Proyek<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

Desain dan Analisis Turbin Francis \u2013 Acuan PLTA Cirata dengan Kerangka DAI5
<\/p>\n\n\n\n

B. Nama Lengkap Penulis<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

Aqila Raihan Abyanza
<\/p>\n\n\n\n

C. Afiliasi<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia
<\/p>\n\n\n\n

D. Abstrak<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

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 m\u00b3\/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, D\u2081 = 3,65 m, D\u2082 = 3,75 m, dan efisiensi 93,1%. Runner harus dipasang \u00b16 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.
<\/p>\n\n\n\n

E. Deklarasi Penulis<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

E.1 Deep Awareness (of) I<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

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.
<\/p>\n\n\n\n

E.2 Niat Kegiatan Proyek<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

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:<\/p>\n\n\n\n

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

    F. Pendahuluan<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

    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 Jawa\u2013Bali. Efisiensi dan keandalan turbinnya berdampak langsung pada pasokan listrik jutaan pelanggan.<\/p>\n\n\n\n

    \"\"<\/figure>\n\n\n\n

    Air dari reservoir mengalir lewat penstock ke turbin, memutar generator, lalu keluar ke sungai melalui draft tube. Laporan ini berfokus pada turbinnya.
    <\/p>\n\n\n\n

    F.1 Pemikiran Awal (tentang Masalah)<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
      \n
    • Menganalisis masalah.<\/strong> Masalahnya adalah menentukan geometri turbin yang mengubah energi air pada H = 106,8 m dan Q = 132,5 m\u00b3\/s menjadi daya poros dengan efisiensi maksimum, tanpa kavitasi, dan pada putaran yang sesuai dengan generator 50 Hz.<\/li>\n\n\n\n
    • Pemangku kepentingan.<\/strong> 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).<\/li>\n\n\n\n
    • Mengurai masalah.<\/strong> 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.<\/li>\n\n\n\n
    • Akar masalah.<\/strong> 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.<\/li>\n\n\n\n
    • Pemilihan tipe turbin.<\/strong> Pelton butuh nosel terlalu besar untuk 132,5 m\u00b3\/s, sedangkan Kaplan menanggung beban dan kavitasi berlebih di atas \u00b170 m.<\/li>\n\n\n\n
    • Dekonstruksi ke prinsip dasar.<\/strong> Seluruh perhitungan diturunkan dari empat lapisan yang sama:<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
      \"\"<\/figure>\n\n\n\n

      Energi.<\/strong> Turbin hanya mengubah sebagian daya hidrolik menjadi daya poros:<\/p>\n\n\n\n

      \"\"<\/figure>\n\n\n\n

      Euler (konvensi turbin).<\/strong> Dengan C_\u03b82 = 0, kerja ditentukan sisi inlet. Bentuk U\u2082C_\u03b82 \u2212 U\u2081C_\u03b81 adalah konvensi pompa.<\/p>\n\n\n\n

      \"\"<\/figure>\n\n\n\n

      Segitiga kecepatan.<\/strong> C_m membawa debit (Q = C_m \u00d7 luas), C_\u03b8 menghasilkan torsi. \u03b1 diukur antara C dan U, \u03b2 antara W dan U.<\/p>\n\n\n\n

      Reaksi.<\/strong> Bagian penurunan tekanan yang terjadi di runner; Francis 0,5\u20130,9, Pelton \u2248 0:<\/p>\n\n\n\n

      \"\"<\/figure>\n\n\n\n

      State of the art dan celah.<\/strong> 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.
      <\/p>\n\n\n\n

      G. Metode & Langkah-langkah Solusi<\/h4>\n\n\n\n

      G.1 Idealisasi<\/h4>\n\n\n\n

      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.
      <\/p>\n\n\n\n

      Data lokasi dan fluida<\/h4>\n\n\n\n
      Besaran<\/th>Nilai<\/th>Satuan<\/th>Keterangan<\/th><\/tr>
      Head neto, H<\/td>106,8<\/td>m<\/td>Data acuan Cirata<\/td><\/tr>
      Debit per unit, Q<\/td>132,5<\/td>m\u00b3\/s<\/td>Data acuan Cirata<\/td><\/tr>
      Frekuensi jaringan, f<\/td>50<\/td>Hz<\/td>Sistem PLN<\/td><\/tr>
      Elevasi tailwater<\/td>+110<\/td>m dpl<\/td>Asumsi, perlu dicek<\/td><\/tr>
      Suhu air, T<\/td>27<\/td>\u00b0C<\/td>Asumsi perairan tropis<\/td><\/tr>
      Massa jenis air, \u03c1<\/td>996,5<\/td>kg\/m\u00b3<\/td>Pada 27 \u00b0C<\/td><\/tr>
      Tekanan uap, p_v<\/td>3,57<\/td>kPa<\/td>Pada 27 \u00b0C<\/td><\/tr>
      Percepatan gravitasi, g<\/td>9,81<\/td>m\/s\u00b2<\/td>\u2013<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n


      Asumsi<\/h4>\n\n\n\n
      Asumsi<\/th>Nilai<\/th>Alasan<\/th><\/tr>
      Efisiensi hidrolik \u03b7_h<\/td>0,95<\/td>Tipikal Francis besar<\/td><\/tr>
      Efisiensi volumetrik \u03b7_v<\/td>0,99<\/td>Kebocoran seal \u00b11%<\/td><\/tr>
      Efisiensi mekanis \u03b7_m<\/td>0,99<\/td>Rugi bantalan \u00b11%<\/td><\/tr>
      Efisiensi total \u03b7<\/td>0,93<\/td>= 0,95 \u00d7 0,99 \u00d7 0,99<\/td><\/tr>
      Efisiensi generator \u03b7_g<\/td>0,98<\/td>Generator sinkron besar<\/td><\/tr>
      Pusaran keluar C_\u03b82<\/td>0<\/td>Kondisi desain optimum<\/td><\/tr>
      Aliran<\/td>Tunak, inkompresibel<\/td>Air, satu titik operasi<\/td><\/tr>
      Faktor blokade sudu k_b<\/td>0,95<\/td>Ketebalan sudu \u00b15% keliling<\/td><\/tr>
      Korelasi empiris<\/td>de Siervo & de Leva (1976)<\/td>Dibangun dari data ratusan turbin Francis terpasang<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n


      Batasan desain<\/h4>\n\n\n\n
        \n
      • Putaran harus sinkron: n = 120f\/p, dengan p sebagai jumlah kutub generator (bilangan genap).<\/li>\n\n\n\n
      • Kecepatan spesifik harus berada di rentang Francis, n_s \u2248 60\u2013400 (m\u00b7kW).<\/li>\n\n\n\n
      • Runner harus bebas kavitasi pada titik desain: tinggi pemasangan ditentukan dengan koefisien Thoma ditambah margin 15%.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n


        Uji anggapan per unit<\/h4>\n\n\n\n

        Jika debit total 132,5 m\u00b3\/s, daya per unit tidak masuk akal. Dengan anggapan per unit:<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n

        Hasil ini sesuai dengan kapasitas unit Cirata (\u00b1126 MW listrik), jadi data diperlakukan per unit.
        <\/p>\n\n\n\n

        Ruang lingkup<\/h4>\n\n\n\n
        Didesain<\/th>Tidak didesain<\/th><\/tr>
        Dimensi utama runner dan segitiga kecepatan<\/td>Bentuk sudu 3D detail dan analisis CFD<\/td><\/tr>
        Guide vane (diameter, jumlah, sudut)<\/td>Mekanisme penggerak guide vane<\/td><\/tr>
        Spiral casing (diameter tiap penampang)<\/td>Stay vane dan analisis kekuatan casing<\/td><\/tr>
        Draft tube (kerucut dan luas outlet)<\/td>Generator, governor, dan sistem kelistrikan<\/td><\/tr>
        Cek kavitasi dan putaran runaway<\/td>Penstock, bendungan, dan analisis transien (water hammer)<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n
        \"\"<\/figure>\n\n\n\n

        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.
        <\/p>\n\n\n\n

        G.2 Instruksi (Set)<\/h4>\n\n\n\n

        Langkah perhitungan disusun berurutan; setiap langkah memakai hasil langkah sebelumnya. Pola tiap langkah: rumus \u2192 substitusi \u2192 hasil. Jika cek kavitasi gagal, langkah diulang dari pemilihan putaran (iterasi jumlah kutub).<\/p>\n\n\n\n

        Pengendalian kesalahan.<\/strong> 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).<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n


        G.2.1 Daya<\/h4>\n\n\n\n

        Pertama, cari daya hidrolik:<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n

        Daya poros turbin dan daya listrik:<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n

        Hasil:<\/strong> daya poros 128,7 MW (= 128 652 kW, dipakai di 4.2).
        <\/p>\n\n\n\n

        G.2.2 Putaran dan kecepatan spesifik<\/h4>\n\n\n\n

        Satuan: n (rpm), P (kW), H (m).<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n

        Langkah 1 \u2013 target dari statistik.<\/strong> Korelasi de Siervo & de Leva memberi n_s yang umum dipakai untuk head tertentu:<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n

        Langkah 2 \u2013 iterasi jumlah kutub.<\/strong> 179 rpm bukan putaran sinkron, jadi dicari putaran sinkron terdekat dengan n = 120f\/p = 6000\/p:<\/p>\n\n\n\n

        Kutub p<\/th>n (rpm)<\/th>n_s (m\u00b7kW)<\/th>Catatan<\/th><\/tr>
        30<\/td>200,0<\/td>209<\/td>Terlalu jauh dari target<\/td><\/tr>
        32<\/strong><\/td>187,5<\/strong><\/td>196<\/strong><\/td>Dipilih<\/strong><\/td><\/tr>
        34<\/td>176,5<\/td>184<\/td>Terdekat ke target<\/td><\/tr>
        36<\/td>166,7<\/td>174<\/td>Mesin lebih besar<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

        Keputusan:<\/strong> 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).<\/p>\n\n\n\n

        Hasil:<\/strong> n = 187,5 rpm, n_s = 196. Nilai ini berada di tengah rentang Francis (60\u2013400), jadi pemilihan tipe di Bab 1 terkonfirmasi.
        <\/p>\n\n\n\n

        G.2.3 Dimensi runner<\/h4>\n\n\n\n

        Diameter outlet D\u2082<\/strong> dari korelasi de Siervo & de Leva:<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n

        Diameter inlet D\u2081<\/strong> dari koefisien kecepatan keliling K_u1 = U\u2081\/\u221a(2gH). Untuk n_s 150\u2013250, rentang tipikalnya 0,70\u20130,85; dipilih 0,78.<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n

        Setelah pembulatan: U\u2081 = 35,83 m\/s, U\u2082 = 36,82 m\/s.<\/p>\n\n\n\n

        Tinggi inlet B.<\/strong> Kecepatan meridional inlet dipilih C_m1 \u2248 0,30\u221a(2gH) = 13,7 m\/s, lalu B dihitung dari kontinuitas dengan faktor blokade 0,95:<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n

        B\/D\u2081 = 0,24 (wajar untuk n_s \u00b1200); C_m1 terkoreksi = 13,98 m\/s.<\/p>\n\n\n\n

        Jumlah sudu.<\/strong> Francis n_s menengah umumnya memakai 13\u201317 sudu; dipilih Z_r = 15.<\/p>\n\n\n\n

        Hasil:<\/strong> D\u2081 = 3,65 m, D\u2082 = 3,75 m, B = 0,87 m, Z_r = 15.<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n
        \"\"<\/figure>\n\n\n\n


        G.2.4 Segitiga kecepatan<\/h4>\n\n\n\n

        Inlet.<\/strong> C_\u03b81 diambil dari Persamaan Euler dengan C_\u03b82 = 0:<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n

        Outlet.<\/strong> Luas outlet A\u2082 = \u03c0D\u2082\u00b2\/4 = 11,04 m\u00b2 (hub diabaikan), dan C_\u03b82 = 0 sehingga C\u2082 = C_m2:<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n
        Besaran<\/th>Inlet (1)<\/th>Outlet (2)<\/th>Satuan<\/th><\/tr>
        U<\/td>35,83<\/td>36,82<\/td>m\/s<\/td><\/tr>
        C_m<\/td>13,98<\/td>12,00<\/td>m\/s<\/td><\/tr>
        C_\u03b8<\/td>27,78<\/td>0<\/td>m\/s<\/td><\/tr>
        C<\/td>31,10<\/td>12,00<\/td>m\/s<\/td><\/tr>
        W<\/td>16,14<\/td>38,72<\/td>m\/s<\/td><\/tr>
        Sudut aliran \u03b1<\/td>26,7<\/td>90<\/td>\u00b0<\/td><\/tr>
        Sudut sudu \u03b2<\/td>60,0<\/td>18,0<\/td>\u00b0<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

        Kode Octave.<\/strong> Simpan sebagai s2_segitiga.m<\/code> Lalu jalankan; angka hasil tercetak di Command Window.<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n

        Kode Octave.<\/strong> Simpan sebagai s2_segitiga.m<\/code> lalu jalankan; angka hasil tercetak di Command Window.<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n

        Di outlet, C\u2082 tegak lurus U\u2082 karena C_\u03b82 = 0: air keluar tanpa pusaran.<\/p>\n\n\n\n

        Cek reaksi.<\/strong> W\u2082\/W\u2081 = 2,40, jadi kecepatan relatif naik di runner seperti yang diharapkan pada turbin reaksi. Derajat reaksi:<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n

        Cek Euler.<\/strong> Daya dari segitiga kecepatan harus sama dengan G.2.1:<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n


        G.2.5 Kavitasi dan tinggi pemasangan<\/h4>\n\n\n\n

        Koefisien Thoma kritis dari korelasi de Siervo & de Leva:<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n

        Pada elevasi +110 m: p_atm = 100,0 kPa, sehingga H_atm = 10,23 m dan H_v = 0,36 m.<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n
        \"\"<\/figure>\n\n\n\n


        G.2.6 Putaran runaway<\/h4>\n\n\n\n

        Terjadi saat beban lepas dan guide vane masih terbuka; rasio tipikal Francis 1,8\u20132,2:<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n


        G.2.7 Guide vane<\/h4>\n\n\n\n

        D\u2080 = 1,12 D\u2081 = 4,09 m; antara D\u2080 dan D\u2081 aliran mengikuti free vortex (C_\u03b8 \u00b7 r = konstan):<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n

        Hasil:<\/strong> D\u2080 = 4,09 m, tinggi 0,87 m, \u03b1\u2080 = \u03b1\u2081 = 26,7\u00b0, Z_gv = 24.
        <\/p>\n\n\n\n

        G.2.8 Spiral casing<\/h4>\n\n\n\n

        Kecepatan inlet casing diambil C_s = 0,20\u221a(2gH) = 9,16 m\/s:<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n

        Kecepatan dibuat konstan, jadi D(\u03b8) = D_in \u221a(1 \u2212 \u03b8\/360):<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n

        Kode Octave<\/strong>:<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n
        \"\"<\/figure>\n\n\n\n

        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.
        <\/p>\n\n\n\n

        G.2.9 Draft tube<\/h4>\n\n\n\n

        Energi kinetik keluar runner C\u2082\u00b2\/2g = 7,34 m (6,9% H) dipulihkan dengan memperlambat aliran (lihat sketsa di G.2.5):<\/p>\n\n\n\n

        Kerucut:<\/strong> dari 3,75 m ke 4,90 m dengan sudut setengah 4\u00b0 (mencegah aliran lepas dari dinding). Panjang L = (4,90 \u2212 3,75)\/(2 tan 4\u00b0) = 8,2 m.<\/p>\n\n\n\n

        Outlet:<\/strong> kecepatan keluar dipilih 2,5 m\/s, sehingga luas outlet = 132,5\/2,5 = 53,0 m\u00b2 (penampang persegi setelah siku).<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n

        Hasil:<\/strong> draft tube memulihkan 5,96 m head. Tanpa draft tube, 7,34 m ini hilang dan efisiensi turun \u00b15,6 poin persen.
        <\/p>\n\n\n\n

        H. Hasil dan Diskusi<\/h4>\n\n\n\n

        H.1 Ringkasan hasil desain<\/h4>\n\n\n\n

        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.<\/p>\n\n\n\n

        Parameter<\/th>Simbol<\/th>Hasil desain<\/th>Satuan<\/th><\/tr>
        Daya poros turbin<\/td>P<\/td>128,7<\/td>MW<\/td><\/tr>
        Daya listrik (\u03b7_g = 0,98)<\/td>P_e<\/td>126,1<\/td>MW<\/td><\/tr>
        Putaran sinkron (32 kutub)<\/td>n<\/td>187,5<\/td>rpm<\/td><\/tr>
        Kecepatan spesifik<\/td>n_s<\/td>196<\/td>m\u00b7kW<\/td><\/tr>
        Diameter inlet \/ outlet runner<\/td>D\u2081 \/ D\u2082<\/td>3,65 \/ 3,75<\/td>m<\/td><\/tr>
        Tinggi inlet runner<\/td>B<\/td>0,87<\/td>m<\/td><\/tr>
        Jumlah sudu runner<\/td>Z_r<\/td>15<\/td>\u2013<\/td><\/tr>
        Sudut aliran inlet<\/td>\u03b1\u2081<\/td>26,7<\/td>\u00b0<\/td><\/tr>
        Sudut sudu inlet \/ outlet<\/td>\u03b2\u2081 \/ \u03b2\u2082<\/td>60,0 \/ 18,0<\/td>\u00b0<\/td><\/tr>
        Koefisien Thoma<\/td>\u03c3<\/td>0,129<\/td>\u2013<\/td><\/tr>
        Tinggi isap (margin 15%)<\/td>H_s<\/td>\u22125,9<\/td>m<\/td><\/tr>
        Putaran runaway<\/td>n_r<\/td>340\u2013410<\/td>rpm<\/td><\/tr>
        Diameter inlet spiral casing<\/td>D_in<\/td>4,29<\/td>m<\/td><\/tr>
        Jumlah guide vane<\/td>Z_gv<\/td>24<\/td>\u2013<\/td><\/tr>
        Efisiensi total titik desain<\/td>\u03b7<\/td>93,1<\/td>%<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

        Interpretasi fisik.<\/strong> n_s = 196 berarti turbin berkecepatan menengah: runner relatif lebar (B\/D\u2081 = 0,24) agar debit besar bisa lewat. \u03b2\u2081 = 60\u00b0 menunjukkan sudu inlet condong ke belakang sehingga air masuk tanpa tumbukan. \u03b2\u2082 = 18\u00b0 yang kecil membuat air keluar tanpa pusaran. R = 0,59 berarti lebih dari separuh penurunan tekanan terjadi di runner, ciri turbin reaksi.<\/p>\n\n\n\n

        H.2 Anggaran kerugian energi<\/strong><\/p>\n\n\n\n

        Jumlahnya konsisten dengan asumsi \u03b7 = 0,93 di Design Basis.<\/p>\n\n\n\n

        Kode Octave.<\/strong> Simpan sebagai s6_kerugian.m<\/code> Lalu jalankan; angka hasil tercetak di Command Window.<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n
        \"\"<\/figure>\n\n\n\n


        H.3 Kinerja di luar titik desain (debit 60\u2013110%)<\/h4>\n\n\n\n

        Guide vane mengubah debit, tetapi sudut sudu runner tetap. Muncul dua kerugian yang nol di titik desain: pusaran keluar<\/strong> C_\u03b82\u00b2\/2g dan tumbukan inlet<\/strong> k_i(\u0394C_\u03b81)\u00b2\/2g (k_i = 0,6). Gesekan \u221d Q\u00b2 (5% H di titik desain), kebocoran dan rugi mekanis tetap. C_\u03b81 diselesaikan dari:<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n
        \"\"<\/figure>\n\n\n\n

        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.<\/p>\n\n\n\n

        Kode Octave.<\/strong> Simpan fungsi model sebagai model_turbin.m<\/code> (dipakai juga di H.4), lalu jalankan s4_offdesign.m<\/code> di folder yang sama.<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n
        \"\"<\/figure>\n\n\n\n


        H.4 Sensitivitas terhadap head<\/h4>\n\n\n\n

        Muka waduk berubah sepanjang tahun. Model yang sama dijalankan untuk H = 90\u2013120 m pada 187,5 rpm, dengan Q \u221d \u221aH.<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n

        Daya sangat sensitif terhadap head karena P \u221d Q\u00b7H \u221d H^1,5, sedangkan efisiensi hanya turun 1 poin pada H = 90 m. Pada head rendah, \u03c3H juga mengecil sehingga risiko kavitasi tidak bertambah; yang perlu diawasi adalah head tinggi dengan debit besar, saat daya mendekati batas generator.<\/p>\n\n\n\n

        Kode Octave.<\/strong> Satu file mandiri dengan model yang sama seperti H.3. Simpan sebagai s5_sensitivitas.m<\/code> lalu jalankan.<\/p>\n\n\n\n

        \"\"<\/figure>\n\n\n\n
        \"\"<\/figure>\n\n\n\n


        H.5 Validasi terhadap turbin Cirata<\/h4>\n\n\n\n

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

        Parameter<\/th>Hasil desain<\/th>Data Cirata<\/th>Selisih<\/th><\/tr>
        Head neto rancangan<\/td>106,8 m<\/td>106,8 m<\/td>0% (data masukan)<\/td><\/tr>
        Debit rancangan<\/td>132,5 m\u00b3\/s<\/td>132,5 m\u00b3\/s<\/td>0% (data masukan)<\/td><\/tr>
        Putaran normal<\/td>187,5 rpm<\/td>187,5 rpm<\/td>0%<\/td><\/tr>
        Daya poros turbin<\/td>128,7 MW<\/td>129,6 MW<\/td>\u22120,7%<\/td><\/tr>
        Efisiensi turbin<\/td>93,0% (asumsi)<\/td>93,7% (implisit)<\/td>\u22120,7 poin<\/td><\/tr>
        Daya listrik per unit<\/td>126,1 MW<\/td>126 MW<\/td>+0,1%<\/td><\/tr>
        Diameter runner (outlet\/throat)<\/td>3,75 m<\/td>3,40 m<\/td>+10,3%<\/td><\/tr>
        Jumlah sudu runner<\/td>15<\/td>16<\/td>\u22121 sudu<\/td><\/tr>
        Jumlah guide vane<\/td>24<\/td>24<\/td>0<\/td><\/tr>
        Tinggi guide vane<\/td>0,87 m<\/td>0,98 m<\/td>\u221211,2%<\/td><\/tr>
        Diameter inlet spiral casing<\/td>4,29 m<\/td>4,30 m<\/td>\u22120,2%<\/td><\/tr>
        Diameter outlet draft tube<\/td>8,2 m (ekuivalen 53 m\u00b2)<\/td>6,4 m<\/td>+28%<\/td><\/tr>
        Putaran runaway<\/td>338\u2013413 rpm<\/td>400 rpm<\/td>Masuk rentang<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

        Efisiensi implisit Cirata = 129,6 \/ 138,3 = 93,7%. Data juga menyebut head maksimum 112,5 m dan debit maksimum 135 m\u00b3\/s per unit; keduanya masih di dalam rentang yang dianalisis di H.4.<\/p>\n\n\n\n


        H.6 Mengapa hasil mendekati Cirata, dan di mana berbeda<\/h4>\n\n\n\n
        Parameter<\/th>Hasil<\/th>Penyebab<\/th><\/tr>
        Putaran<\/td>Sama persis<\/td>Keduanya dibatasi kutub generator 50 Hz dan memilih 32 kutub<\/td><\/tr>
        Daya dan efisiensi<\/td>Selisih 0,7%<\/td>Asumsi \u03b7 = 0,93 sedikit konservatif; turbin Cirata mencapai 93,7%<\/td><\/tr>
        Spiral casing dan jumlah guide vane<\/td>Hampir sama<\/td>Koefisien 0,20\u221a(2gH) dan 24 guide vane adalah praktik umum<\/td><\/tr>
        Diameter runner<\/td>Desain 10% lebih besar<\/td>Desain 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<\/td><\/tr>
        Tinggi guide vane<\/td>Desain 11% lebih rendah<\/td>Desain memilih C_m1 = 0,30\u221a(2gH). Guide vane Cirata yang lebih tinggi berarti C_m1 lebih kecil (\u00b112,4 m\/s) dan sudut \u03b1\u2081 lebih landai<\/td><\/tr>
        Jumlah sudu<\/td>15 vs 16<\/td>Keduanya di rentang tipikal 13\u201317; keputusan pabrikan<\/td><\/tr>
        Outlet draft tube<\/td>Desain 28% lebih besar<\/td>Desain memakai kecepatan keluar 2,5 m\/s; Cirata \u00b14,1 m\/s (rugi keluar 0,9 m, 0,8% H) demi galian powerhouse bawah tanah yang lebih kecil<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

        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 \u00b187%.
        <\/p>\n\n\n\n

        H.7 Pilihan putaran<\/h4>\n\n\n\n
        Putaran<\/th>n_s<\/th>\u03c3<\/th>H_s (margin 15%)<\/th>Mesin<\/th><\/tr>
        187,5 rpm (dipilih)<\/strong><\/td>196<\/td>0,129<\/td>\u22125,9 m<\/td>Lebih kecil<\/td><\/tr>
        176,5 rpm<\/td>184<\/td>0,118<\/td>\u22124,6 m<\/td>Lebih besar<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n


        H.8 Keterbatasan<\/h4>\n\n\n\n
          \n
        • Korelasi de Siervo & de Leva bersifat statistik (\u00b110% untuk dimensi).<\/li>\n\n\n\n
        • Kerugian runner, guide vane, dan spiral casing adalah estimasi.<\/li>\n\n\n\n
        • k_i = 0,6 pada model off-design belum dikalibrasi dengan hill chart.<\/li>\n\n\n\n
        • Tanpa CFD, kavitasi hanya dicek global lewat \u03c3.<\/li>\n\n\n\n
        • Elevasi tailwater dan suhu air adalah asumsi.<\/li>\n\n\n\n
        • Hub runner diabaikan di outlet (C_m2 dan \u03b2\u2082 sedikit lebih besar).
          <\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

          H.9 Keberlanjutan<\/h4>\n\n\n\n

          Kenaikan efisiensi 1% pada satu unit setara \u00b11,4 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.
          <\/p>\n\n\n\n

          I. Kesimpulan, Penutup, Rekomendasi<\/h4>\n\n\n\n

          Kesimpulan<\/h4>\n\n\n\n
            \n
          1. Turbin Francis tepat untuk H = 106,8 m dan Q = 132,5 m\u00b3\/s per unit, dibuktikan oleh n_s = 196 yang berada di tengah rentang Francis.<\/li>\n\n\n\n
          2. Desain menghasilkan 128,7 MW daya poros (126,1 MW listrik) pada 187,5 rpm, dengan runner D\u2081 = 3,65 m dan D\u2082 = 3,75 m.<\/li>\n\n\n\n
          3. Segitiga kecepatan memberi \u03b1\u2081 = 26,7\u00b0, \u03b2\u2081 = 60,0\u00b0, \u03b2\u2082 = 18,0\u00b0, dan derajat reaksi 0,59, sesuai sifat turbin reaksi (W\u2082 > W\u2081).<\/li>\n\n\n\n
          4. Runner harus dipasang minimal \u00b16 m di bawah tailwater minimum agar bebas kavitasi.<\/li>\n\n\n\n
          5. Efisiensi puncak 93,3% terjadi di sekitar 95% debit desain dan turun ke 82,5% pada 60% debit.<\/li>\n\n\n\n
          6. Putaran, daya, spiral casing, jumlah guide vane, dan putaran runaway cocok dengan turbin Cirata (selisih \u22641%); diameter runner, tinggi guide vane, dan outlet draft tube berbeda 10\u201328% karena pilihan kecepatan aliran.
            <\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n

            Rekomendasi<\/h4>\n\n\n\n
              \n
            • Konfirmasi elevasi tailwater minimum dan suhu air Cirata, lalu hitung ulang H_s.<\/li>\n\n\n\n
            • Kalibrasi model off-design dengan hill chart dari pabrikan atau literatur turbin sejenis.<\/li>\n\n\n\n
            • Lanjutkan ke desain bentuk sudu 3D dan analisis CFD jika lingkup tugas diperluas.\n
                \n
              • Bandingkan alternatif 176,5 rpm secara ekonomi: biaya penggalian lebih dangkal terhadap biaya mesin lebih besar.
                <\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

                J. Ucapan Terima Kasih<\/h4>\n\n\n\n

                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.
                <\/p>\n\n\n\n

                K. Referensi yang Dikutip<\/h4>\n\n\n\n
                  \n
                1. de Siervo, F., & de Leva, F. (1976). Modern trends in selecting and designing Francis turbines. Water Power & Dam Construction<\/em>.<\/li>\n\n\n\n
                2. ESHA (2004). Guide on How to Develop a Small Hydropower Plant<\/em>. European Small Hydropower Association.<\/li>\n\n\n\n
                3. Dixon, S. L., & Hall, C. A. Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery<\/em>. Butterworth-Heinemann.<\/li>\n\n\n\n
                4. Abyanza, A. R. (2026). Layers of SKE Knowledge, part 1 dan 2. Essay mata kuliah SKE.<\/li>\n\n\n\n
                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
                  <\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n

                  <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

                  A. Judul Proyek Desain dan Analisis Turbin Francis \u2013 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 […]<\/p>\n","protected":false},"author":677,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[26],"tags":[],"class_list":["post-18662","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-general"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ccitonline.com\/wp\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/18662","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ccitonline.com\/wp\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ccitonline.com\/wp\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ccitonline.com\/wp\/wp-json\/wp\/v2\/users\/677"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ccitonline.com\/wp\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=18662"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/ccitonline.com\/wp\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/18662\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":18813,"href":"https:\/\/ccitonline.com\/wp\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/18662\/revisions\/18813"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ccitonline.com\/wp\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=18662"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ccitonline.com\/wp\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=18662"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ccitonline.com\/wp\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=18662"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}