{"id":18911,"date":"2026-10-07T16:47:01","date_gmt":"2026-10-07T16:47:01","guid":{"rendered":"https:\/\/ccitonline.com\/wp\/?p=18911"},"modified":"2026-10-07T18:01:45","modified_gmt":"2026-10-07T18:01:45","slug":"tugas-besar-laporan-merancang-turbin-francis-muhammad-alif-fadhlurrahman_2406421876-ske-01","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ccitonline.com\/wp\/2026\/10\/07\/tugas-besar-laporan-merancang-turbin-francis-muhammad-alif-fadhlurrahman_2406421876-ske-01\/","title":{"rendered":"Tugas Besar Laporan Merancang Turbin Francis \u2013 Muhammad Alif Fadhlurrahman_2406421876 SKE 01"},"content":{"rendered":"\n

\u0628\u0650\u0633\u0652\u0645\u0650 \u0627\u0644\u0644\u064e\u0651\u0647\u0650 \u0627\u0644\u0631\u064e\u0651\u062d\u0652\u0645\u064e\u0646\u0650 \u0627\u0644\u0631\u064e\u0651\u062d\u0650\u064a\u0645<\/strong><\/p>\n\n\n\n

\u0627\u0644\u0633\u064e\u0651\u0644\u0627\u064e\u0645\u064f \u0639\u064e\u0644\u064e\u064a\u0652\u0643\u064f\u0645\u0652 \u0648\u064e\u0631\u064e\u062d\u0652\u0645\u064e\u0629\u064f \u0627\u0644\u0644\u0647\u0650 \u0648\u064e\u0628\u064e\u0631\u064e\u0643\u064e\u0627\u062a\u064f\u0647\u064f<\/p>\n\n\n\n

Perkenalkan, saya Muhammad Alif Fadhlurrahman (NPM 2406421876), mahasiswa Teknik Mesin. Dalam blog ini, saya memaparkan laporan Perancangan dan Analisis Turbin Francis<\/em> guna memenuhi Tugas Besar mata kuliah Sistem Konversi Energi. Laporan ini membahas prinsip kerja, dasar perancangan, perhitungan kinerja, serta analisis penerapan Turbin Francis sebagai salah satu jenis turbin air yang digunakan dalam sistem konversi energi hidro.<\/p>\n\n\n\n

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

A. PROJECT TITLE<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

Perancangan dan Analisis Turbin Francis Berbasis DAI5: Studi Konseptual Konversi Energi Hidro dengan Evaluasi Daya, Torsi, Specific Speed, dan Kavitasi<\/p>\n\n\n\n

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

B. AUTHOR COMPLETE NAME<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

Nama Lengkap  : Muhammad Alif Fadhlurrahman<\/p>\n\n\n\n

NPM           : 2406421876<\/p>\n\n\n\n

Kelas         : SKE-01<\/p>\n\n\n\n

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

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

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

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

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

Laporan ini membahas perancangan dan analisis konseptual turbin Francis menggunakan kerangka DAI5 (Deep Awareness of I, Intention, Initial Thinking, Idealization, dan Instruction Set). Dasar teori dibatasi pada dua sumber yang disediakan, yaitu Energy Conversion Second Edition yang diedit oleh D. Yogi Goswami dan Frank Kreith, khususnya Chapter 12 Hydraulic Turbines, serta Fluid Power with Applications Seventh Edition oleh Anthony Esposito. Karena data lokasi atau spesifikasi pembangkit tidak diberikan, digunakan studi ilustratif dengan head bersih 100 m, debit 20 m3\/s, efisiensi turbin 0,94, dan putaran 500 rpm. Hasil hitungan menunjukkan daya hidrolik 19,62 MW, daya poros 18,44 MW, kehilangan daya ekuivalen 1,18 MW, torsi poros 352,23 kN.m, dan specific speed tak berdimensi 1,336. Nilai tersebut berada di dalam rentang specific speed praktis Francis 0,3-2,5 yang dinyatakan pada Chapter 12. Panduan kavitasi berbasis sigma_T > 0,26 N_s^1,64 memberikan nilai batas sekitar 0,418; sumber menegaskan bahwa kriteria ini hanya panduan dan penentuan yang akurat memerlukan model test. Perhitungan dan grafik dibuat dalam bentuk script MATLAB agar dapat direproduksi. Analisis juga membahas fungsi wicket gate, draft tube, regulasi kecepatan, verifikasi model, pemeliharaan, keselamatan, dan batasan hasil sebagai desain konseptual.<\/p>\n\n\n\n

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

E. AUTHOR DECLARATION<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
1. Deep Awareness (of) I<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Kegiatan perancangan diposisikan sebagai proses belajar yang menuntut kesadaran bahwa setiap hasil perhitungan hanyalah representasi dari kondisi yang diasumsikan. Nilai tanggung jawab muncul melalui pembedaan yang tegas antara data dari sumber dan data ilustratif yang dipilih untuk keperluan studi. Dalam kerangka DAI5, kesadaran ini menjaga agar analisis tidak mengubah asumsi menjadi fakta dan tidak menyatakan sebuah desain sebagai teruji ketika belum dilakukan pengujian model atau lapangan.<\/p>\n\n\n\n

2. Intention of the Project Activity<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Tujuan proyek adalah menyusun rancangan awal turbin Francis yang dapat dijelaskan secara teknis, dihitung secara reproduktif, dan dievaluasi terhadap isu kinerja, kavitasi, regulasi, pemeliharaan, keselamatan, dan keberlanjutan. Intensi tersebut diarahkan pada kualitas analisis: sumber harus jelas, asumsi harus terlihat, setiap hasil numerik harus dapat ditelusuri ke persamaan, dan keterbatasan harus dinyatakan terbuka.<\/p>\n\n\n\n

F. INTRODUCTION<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
Latar Belakang dan Konteks<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Goswami dan Kreith menjelaskan instalasi tenaga air secara umum melalui susunan intake, penstock, guide vanes atau distributor, turbin, dan draft tube; trash rack juga lazim digunakan untuk mencegah masuknya debris. Mereka membedakan dua kelompok utama turbin, yaitu impulse dan reaction. Pada turbin reaction, runner terendam penuh dan tekanan serta kecepatan berkurang dari inlet menuju outlet. Francis termasuk turbin reaction radial atau mixed-flow, tergantung desain specific speed. <\/p>\n\n\n\n

Dari sisi energi, turbin hidrolik mengubah energi aliran menjadi daya mekanik pada poros. Persamaan daya yang diberikan Goswami dan Kreith bergantung pada head bersih dan debit, sedangkan Esposito menempatkan daya hidrolik sebagai bagian dari rantai transfer energi dan menekankan hukum kekekalan energi, daya sebagai laju perpindahan energi, serta hubungan daya mekanik dengan torsi dan kecepatan sudut.<\/p>\n\n\n\n

Masalah perancangan dalam tugas ini bukan sekadar memperoleh nilai daya. Desain harus menjawab mengapa Francis dipilih, bagaimana parameter utama dihitung, bagaimana wicket gate memengaruhi debit, mengapa draft tube menjadi bagian kritis, bagaimana kavitasi dipertimbangkan, dan bagaimana verifikasi dilakukan. Sumber juga menegaskan bahwa performa turbin reaction sangat dipengaruhi oleh desain draft tube, dan bahwa model test tetap penting walaupun simulasi numerik tiga dimensi sudah semakin maju. <\/p>\n\n\n\n

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

Initial Thinking<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Tahap Initial Thinking memandang sistem sebagai rantai energi: air dengan head bersih memasuki sistem, debit dikendalikan, energi diekstraksi di runner, kemudian sebagian energi aliran keluar dipulihkan pada draft tube. Esposito menunjukkan bahwa analisis energi hidrolik harus mempertimbangkan head, flow, losses, dan output power. Pada konteks turbin Francis, Goswami dan Kreith menambahkan bahwa rugi-rugi draft tube dan tahanan mekanik turut memengaruhi efisiensi keseluruhan.<\/p>\n\n\n\n

Aspek<\/strong><\/th>Pertanyaan desain<\/strong><\/th>Konsekuensi analisis<\/strong><\/th><\/tr><\/thead>
1<\/td>Apa kondisi input utama?<\/td>Head H dan debit Q menjadi dasar daya hidrolik.<\/td><\/tr>
2<\/td>Mengapa Francis?<\/td>Specific speed hasil studi harus konsisten dengan rentang Francis.<\/td><\/tr>
3<\/td>Bagaimana daya dikendalikan?<\/td>Wicket gate mengubah aliran ke runner.<\/td><\/tr>
4<\/td>Apa risiko utama reaction turbine?<\/td>Kavitasi, rugi draft tube, variasi efisiensi terhadap beban, dan transien kecepatan.<\/td><\/tr>
5<\/td>Bagaimana hasil diverifikasi?<\/td>Model test, simulasi numerik, dan\/atau field test sesuai tingkat desain yang diinginkan.<\/td><\/tr>
6<\/td>Bagaimana keandalan dijaga?<\/td>Inspeksi, kebersihan sistem, pengendalian kebocoran, dokumentasi, dan keselamatan.<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Stakeholder Awareness<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Stakeholder yang relevan dalam proyek konseptual adalah perancang, operator, bagian pemeliharaan, pemilik fasilitas, dan pihak yang bertanggung jawab atas keselamatan. Kesadaran stakeholder digunakan untuk menimbang trade-off antara efisiensi, kemudahan regulasi, kestabilan operasi, akses pemeliharaan, biaya, serta risiko kavitasi. Bagian ini tidak dimaksudkan sebagai data proyek nyata, melainkan kerangka analitis yang harus diisi lagi saat data fasilitas tersedia.<\/p>\n\n\n\n

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

Contextual and Root Cause Analysis<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Akar persoalan perancangan dapat diringkas menjadi hubungan sebab-akibat. Head dan debit menentukan energi yang tersedia; pemilihan tipe turbin ditentukan oleh karakter operasi dan specific speed; bentuk runner, guide vane, dan draft tube menentukan kualitas konversi energi; sedangkan setting turbin dan kondisi tailwater berpengaruh terhadap kavitasi. Kegagalan membedakan variabel tersebut dapat menghasilkan desain yang tampak benar secara daya tetapi bermasalah secara operasional. Goswami dan Kreith secara khusus mengingatkan bahwa replacement runner dengan kapasitas lebih besar tidak otomatis memperbaiki sistem bila draft tube lama tidak mampu bekerja efisien pada debit lebih tinggi. <\/p>\n\n\n\n

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

State of Art dan Gap untuk Tugas Ini<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Sumber utama menunjukkan perkembangan menuju analisis aliran tiga dimensi berbasis computational methods, disertai kebutuhan fine-tuning melalui model test. Gap pada tugas ini adalah ketiadaan data lokasi, kurva hill diagram spesifik, geometri runner, dan data uji. Karena itu, laporan tidak mengklaim telah menyelesaikan desain detail runner, CFD, FEA, model test, atau field test. Laporan hanya menyusun desain konseptual yang dapat menjadi basis tahap berikutnya. <\/p>\n\n\n\n

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

G. METHODS & PROCEDURES<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
G.1 Idealization<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Idealization dibuat untuk menghasilkan satu titik desain yang cukup lengkap agar hubungan antar variabel dapat dihitung dan diplot. Semua angka pada tabel berikut adalah asumsi studi, bukan angka yang diambil dari referensi atau dari pembangkit nyata.<\/p>\n\n\n\n

Parameter<\/strong><\/th>Simbol<\/strong><\/th>Nilai<\/strong><\/th>Status<\/strong><\/th><\/tr><\/thead>
Head bersih<\/td>H<\/td>100 m<\/td>Asumsi studi<\/td><\/tr>
Debit desain<\/td>Q<\/td>20 m3\/s<\/td>Asumsi studi<\/td><\/tr>
Densitas air<\/td>rho<\/td>1000 kg\/m3<\/td>Asumsi studi<\/td><\/tr>
Percepatan gravitasi<\/td>g<\/td>9.81 m\/s2<\/td>Asumsi studi<\/td><\/tr>
Efisiensi turbin<\/td>eta<\/td>0.94<\/td>Asumsi studi<\/td><\/tr>
Putaran<\/td>n<\/td>500 rpm<\/td>Asumsi studi<\/td><\/tr>
Keadaan operasi<\/td>–<\/td>Tunak pada titik desain<\/td>Asumsi studi<\/td><\/tr>
Sedimen\/fouling<\/td>–<\/td>Tidak dimodelkan pada hitungan awal<\/td>Batasan studi<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Goswami dan Kreith mendefinisikan head sebagai energi spesifik per satuan berat; net head merupakan selisih total head pada inlet dan outlet turbin. Karena data geometri dan kehilangan penstock tidak tersedia, H=100 m dipakai langsung sebagai net head, bukan gross head. <\/p>\n\n\n\n

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

G.2 Persamaan Dasar dan Perhitungan<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Daya hidrolik turbin reaction dihitung menggunakan persamaan sumber:<\/p>\n\n\n\n

P_h = rho g Q H    (1)<\/em><\/p>\n\n\n\n

Daya poros diperoleh dengan memasukkan efisiensi yang diasumsikan:<\/p>\n\n\n\n

P_t = eta P_h    (2)<\/em><\/p>\n\n\n\n

Kecepatan sudut dari putaran:<\/p>\n\n\n\n

omega = 2 pi n \/ 60    (3)<\/em><\/p>\n\n\n\n

Hubungan daya mekanik dan torsi:<\/p>\n\n\n\n

T = P_t \/ omega    (4)<\/em><\/p>\n\n\n\n

Specific speed tak berdimensi yang digunakan sesuai bentuk persamaan pada Goswami dan Kreith:<\/p>\n\n\n\n

N_s = omega sqrt(Q) \/ (gH)^(3\/4)    (5)<\/em><\/p>\n\n\n\n

Untuk pemeriksaan awal kavitasi, sumber memberikan panduan:<\/p>\n\n\n\n

sigma_T > 0.26 N_s^1.64    (6)<\/em><\/p>\n\n\n\n

Sumber menekankan bahwa persamaan kavitasi tersebut adalah panduan dan bukan jaminan bebas kavitasi; penentuan yang lebih akurat dilakukan melalui model test. <\/p>\n\n\n\n

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

G.3 Analisis Segitiga Kecepatan<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Analisis segitiga kecepatan digunakan untuk menghubungkan debit, luas lintasan aliran, kecepatan keliling runner, arah aliran absolut, dan kecepatan relatif terhadap sudu. Chapter 12 menjelaskan bahwa wicket gate mengatur magnitudo dan arah aliran masuk, serta terdapat hubungan antara sudut sudu, kecepatan inlet, dan kecepatan perifer untuk kondisi masuk tanpa shock. Sumber juga memberikan hubungan efisiensi hidrolik runner melalui komponen kecepatan absolut pada inlet dan outlet. Pada studi ini, segitiga kecepatan digunakan sebagai analisis turunan untuk memeriksa konsistensi titik desain, bukan sebagai pengganti desain runner detail atau hasil uji model. <\/p>\n\n\n\n

Untuk analisis numerik digunakan asumsi tambahan yang dinyatakan secara eksplisit: D1=3,0 m, b1=0,35 m, D2=2,0 m, b2=0,50 m, alpha1=25\u00b0 dan alpha2=75\u00b0. Nilai tersebut bukan data dari sumber dan bukan dimensi final runner; nilai hanya digunakan untuk demonstrasi pada H=100 m, Q=20 m3\/s, dan n=500 rpm.<\/p>\n\n\n\n

Luas lintasan diperkirakan dengan A=pi D b sehingga kecepatan meridional diperoleh dari kontinuitas C_m=Q\/A. Kecepatan keliling runner dihitung dari U=omega D\/2. Dengan konvensi alpha diukur dari arah tangensial, komponen whirl kecepatan absolut dapat ditulis C_u=C_m\/tan(alpha). Besar kecepatan absolut adalah C=sqrt(C_u^2+C_m^2), sedangkan kecepatan relatif terhadap sudu diperoleh dari selisih vektor antara C dan U.<\/p>\n\n\n\n

Pada sisi inlet diperoleh A1=3,299 m2, C_m1=6,063 m\/s, U1=78,540 m\/s, C_u1=13,002 m\/s, dan C1=14,346 m\/s. Pada sisi outlet diperoleh A2=3,142 m2, C_m2=6,366 m\/s, U2=52,360 m\/s, C_u2=1,706 m\/s, dan C2=6,591 m\/s. Sudut outlet 75\u00b0 dipakai sebagai ilustrasi karena Chapter 12 menyatakan bahwa kinerja keseluruhan dapat optimum dengan masih adanya sedikit swirl pada outlet, dengan alpha2 sekitar 75\u00b0 untuk turbin specific speed tinggi.<\/p>\n\n\n\n

Untuk pemeriksaan silang energi digunakan kerja spesifik rotor w=U1 C_u1-U2 C_u2. Hasil studi memberikan w=931,88 J\/kg dan daya ekuivalen rho Q w=18,64 MW. Nilai ini dekat dengan daya poros 18,44 MW dari model efisiensi 94%, sehingga segitiga kecepatan memberikan pemeriksaan konsistensi titik desain. Selisih sekitar 0,20 MW bukan hasil eksperimen; selisih tersebut berasal dari asumsi geometri dan sudut ilustratif.<\/p>\n\n\n\n

Gambar 5. Segitiga kecepatan konseptual pada inlet dan outlet runner Francis.<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n

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

Komponen U adalah kecepatan keliling runner, C adalah kecepatan absolut, C_m adalah komponen meridional, C_u adalah komponen tangensial\/whirl, dan W adalah kecepatan relatif terhadap sudu.<\/p>\n\n\n\n

Besaran<\/strong><\/th>Inlet (1)<\/strong><\/th>Outlet (2)<\/strong><\/th>Satuan<\/strong><\/th><\/tr><\/thead>
D<\/td>3.000<\/td>2.000<\/td>m<\/td><\/tr>
b<\/td>0.350<\/td>0.500<\/td>m<\/td><\/tr>
A=piDb<\/td>3.299<\/td>3.142<\/td>m2<\/td><\/tr>
C_m=Q\/A<\/td>6.063<\/td>6.366<\/td>m\/s<\/td><\/tr>
U=omega D\/2<\/td>78.540<\/td>52.360<\/td>m\/s<\/td><\/tr>
alpha<\/td>25<\/td>75<\/td>deg<\/td><\/tr>
C_u=C_m\/tan(alpha)<\/td>13.002<\/td>1.706<\/td>m\/s<\/td><\/tr>
C<\/td>14.346<\/td>6.591<\/td>m\/s<\/td><\/tr>
W<\/td>65.817<\/td>51.053<\/td>m\/s<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Tabel 6. Hasil analisis segitiga kecepatan pada titik desain.<\/em><\/p>\n\n\n\n

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

G.4 Selection Logic: Mengapa Francis?<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Pemilihan Francis dilakukan setelah nilai specific speed dihitung, bukan sebelum. Goswami dan Kreith menyatakan bahwa Francis berada pada kelas reaction radial atau mixed-flow dan practical specific speed Francis berada sekitar 0,3-2,5. Mereka juga menunjukkan bahwa Francis memiliki useful range specific speed yang lebih luas daripada impulse turbines, meskipun efisiensi turbin reaction bergeometri tetap dapat berubah cukup besar terhadap beban. <\/p>\n\n\n\n

Untuk studi ini, N_s=1,336. Nilai tersebut berada di dalam rentang 0,3-2,5, sehingga pemilihan Francis konsisten secara parameterisasi. Keputusan ini masih bersifat konseptual karena pemilihan final pada proyek nyata juga dipengaruhi karakter head-flow, generator speed, cavitation, expected load range, dan faktor ekonomi sebagaimana dibahas sumber. <\/p>\n\n\n\n

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

G.5 Komponen Utama yang Dirancang<\/strong><\/h5>\n\n\n\n
Komponen<\/strong><\/th>Fungsi desain<\/strong><\/th>Fokus analisis<\/strong><\/th><\/tr><\/thead>
Intake<\/td>Mengambil aliran dari sumber air ke sistem<\/td>Kondisi masuk dan pengendalian aliran<\/td><\/tr>
Penstock<\/td>Menyalurkan air bertekanan menuju turbin<\/td>Net head dan kehilangan head<\/td><\/tr>
Trash rack<\/td>Menghalangi debris masuk ke turbin<\/td>Keandalan dan perlindungan<\/td><\/tr>
Spiral case<\/td>Mendistribusikan aliran menuju inlet reaction turbine<\/td>Keseragaman distribusi aliran<\/td><\/tr>
Stay vanes \/ wicket gates<\/td>Mengatur magnitudo dan arah aliran menuju runner<\/td>Regulasi debit dan shock-free entry<\/td><\/tr>
Runner<\/td>Tempat utama konversi energi menjadi torsi<\/td>Specific speed, aliran dan kinerja<\/td><\/tr>
Draft tube<\/td>Saluran keluaran dan diffuser<\/td>Pemulihan energi dan kestabilan<\/td><\/tr>
Poros\/generator<\/td>Mengubah dan menyalurkan daya mekanik<\/td>Torsi, putaran, dan keselamatan rotasi<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Daftar komponen di atas mengikuti gambaran umum instalasi dan elemen turbin reaction pada Chapter 12. Detail geometri runner dan draft tube tidak dihitung secara dimensional karena referensi yang diberikan tidak menyediakan data lokasi maupun geometri awal yang dibutuhkan untuk desain detail.<\/p>\n\n\n\n

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

G.6 Prosedur Desain<\/strong><\/h5>\n\n\n\n
    \n
  • 1) Tetapkan head bersih dan debit desain. Pastikan keduanya dipisahkan dari gross head dan dari kehilangan pada saluran.<\/li>\n\n\n\n
  • 2) Hitung daya hidrolik, lalu tentukan daya poros melalui efisiensi asumsi atau efisiensi dari data uji jika tersedia.<\/li>\n\n\n\n
  • 3) Tentukan putaran desain dan hitung specific speed.<\/li>\n\n\n\n
  • 4) Bandingkan specific speed terhadap karakteristik tipe turbin dalam Chapter 12. Jika konsisten dengan Francis, lanjutkan ke desain runner reaction.<\/li>\n\n\n\n
  • 5) Atur kebutuhan aliran melalui wicket gate. Untuk turbin reaction, gate mengontrol magnitude dan arah inlet flow.<\/li>\n\n\n\n
  • 6) Periksa draft tube karena efisiensi keseluruhan tidak ditentukan runner saja; sumber menekankan pengaruh draft tube pada energi, stabilitas, dan kondisi aliran.<\/li>\n\n\n\n
  • 7) Periksa kavitasi memakai sigma_T sebagai panduan awal. Karena nilai sigma bergantung pada instalasi dan desain runner, jangan menganggap hasil hitungan sebagai bukti bebas kavitasi.<\/li>\n\n\n\n
  • 8) Tentukan verifikasi lanjutan melalui model test, simulasi numerik, dan field test sesuai tingkat pengembangan.<\/li>\n\n\n\n
  • 9) Dokumentasikan semua asumsi dan lakukan pengujian sensitivitas agar keputusan desain tidak bergantung pada satu angka tunggal.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

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

    G.7 Pembuatan dan Manufaktur – Batasan Sumber<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

    Dua referensi yang diberikan tidak memuat prosedur bengkel rinci untuk manufaktur runner Francis, seperti rute pemesinan, prosedur pengelasan spesifik, heat treatment, atau metode balancing tertentu. Oleh karena itu laporan tidak mengarang detail workshop tersebut. Alur yang aman secara dokumentasi adalah: hasil desain konseptual -> gambar kerja dan spesifikasi -> pembuatan komponen -> inspeksi geometrik\/material -> perakitan -> pemeriksaan fungsi -> model test\/commissioning pada tahap pengembangan. Pada tahap ini, detail proses manufaktur harus berasal dari dokumen produksi atau standar proyek yang benar-benar tersedia, bukan dari referensi yang tidak diberikan.<\/p>\n\n\n\n

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

    G.8 Verification, Validation, Maintenance, Safety, Sustainability<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

    Goswami dan Kreith menegaskan bahwa model testing penting dalam pengembangan turbin dan berguna untuk kinerja pada berbagai kondisi operasi serta masalah getaran, kavitasi, hydraulic thrust, dan pressure pulsation. Mereka juga menjelaskan field tests untuk acceptance, performance, commissioning, dan problem solving. <\/p>\n\n\n\n

    Esposito menekankan bahwa sistem hidrolik perlu dirancang, dirakit, diinspeksi, dan dipelihara dengan perhatian pada kebersihan, kebocoran, temperatur, tekanan, sampling fluida, pencatatan, dan keselamatan tanpa kompromi. Walaupun konteks contoh Esposito adalah fluid power, prinsip dokumentasi pemeliharaan dan keselamatan digunakan di laporan ini sebagai prinsip umum pengelolaan sistem fluida; laporan tidak mengklaim bahwa detail tersebut merupakan prosedur khusus turbin air. .<\/p>\n\n\n\n

    Dari perspektif keberlanjutan, fokus analisis diarahkan pada penggunaan energi aliran secara efisien, pengurangan kerugian, pemeliharaan yang mencegah downtime, serta pencegahan pelepasan bahan atau fluida pemeliharaan secara tidak semestinya. Rincian target lingkungan kuantitatif tidak ditetapkan karena tidak tersedia dalam sumber yang diberikan.<\/p>\n\n\n\n

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

    H. RESULTS & DISCUSSION<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
    H.1 Hasil Perhitungan Titik Desain<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

    Berikut hasil perhitungan untuk studi ilustratif H=100 m, Q=20 m3\/s, eta=0,94, dan n=500 rpm.<\/p>\n\n\n\n

    1. Kecepatan sudut:<\/p>\n\n\n\n

    omega = 2 pi (500) \/ 60 = 52.3599 rad\/s<\/em><\/p>\n\n\n\n

    2. Daya hidrolik:<\/p>\n\n\n\n

    P_h = (1000)(9.81)(20)(100) = 19,620,000 W = 19.62 MW<\/em><\/p>\n\n\n\n

    3. Daya poros:<\/p>\n\n\n\n

    P_t = (0.94)(19.62) = 18.4428 MW<\/em><\/p>\n\n\n\n

    4. Kehilangan daya ekuivalen berdasarkan efisiensi asumsi:<\/p>\n\n\n\n

    P_loss = 19.62 – 18.4428 = 1.1772 MW<\/em><\/p>\n\n\n\n

    5. Torsi poros:<\/p>\n\n\n\n

    T = 18.4428 x 10^6 \/ 52.3599 = 352,231.5 N.m = 352.23 kN.m<\/em><\/p>\n\n\n\n

    6. Specific speed:<\/p>\n\n\n\n

    N_s = 52.3599 sqrt(20) \/ (9.81 x 100)^(3\/4) = 1.3359<\/em><\/p>\n\n\n\n

    7. Panduan sigma kavitasi:<\/p>\n\n\n\n

    sigma_T,crit = 0.26 (1.3359)^1.64 = 0.4180<\/em><\/p>\n\n\n\n

    Nilai N_s=1,336 masuk ke rentang practical specific speed Francis 0,3-2,5 yang disebutkan oleh Goswami dan Kreith. Ini adalah alasan teknis utama pemilihan tipe Francis dalam studi konseptual. (Goswami & Kreith, 2017, p. 267).<\/p>\n\n\n\n

    Parameter hasil<\/strong><\/th>Nilai<\/strong><\/th>Interpretasi<\/strong><\/th><\/tr><\/thead>
    P_h<\/td>19.62 MW<\/td>Energi hidrolik tersedia pada titik desain asumsi<\/td><\/tr>
    P_t<\/td>18.44 MW<\/td>Daya poros dengan eta=0.94<\/td><\/tr>
    P_loss<\/td>1.18 MW<\/td>Selisih input-output menurut model efisiensi<\/td><\/tr>
    omega<\/td>52.36 rad\/s<\/td>Kecepatan sudut pada 500 rpm<\/td><\/tr>
    T<\/td>352.23 kN.m<\/td>Torsi yang harus ditransmisikan poros<\/td><\/tr>
    N_s<\/td>1.336<\/td>Di dalam rentang Francis 0.3-2.5<\/td><\/tr>
    sigma_T,crit<\/td>0.418<\/td>Panduan awal kavitasi; bukan jaminan<\/td><\/tr>
    2.6 n<\/td>1300 rpm<\/td>Envelope ilustratif no-load\/runaway menurut faktor maksimum yang disebut sumber<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

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

    H.2 Analisis Segitiga Kecepatan<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

    Hasil segitiga kecepatan menunjukkan bahwa inlet runner menerima aliran dengan C_u1=13,002 m\/s dan U1=78,540 m\/s. Pada outlet, C_u2 turun menjadi 1,706 m\/s sementara U2=52,360 m\/s. Penurunan komponen tangensial tersebut menunjukkan terjadinya transfer momentum aliran ke runner.<\/p>\n\n\n\n

    Pemeriksaan energi memberikan w=931,88 J\/kg. Dengan Q=20 m3\/s dan rho=1000 kg\/m3, daya berbasis hubungan momentum tangensial adalah 18,64 MW. Nilai tersebut dekat dengan daya poros model 18,44 MW. Karena geometri dan sudut adalah asumsi, hasil ini dipakai sebagai pemeriksaan silang, bukan klaim performa aktual.<\/p>\n\n\n\n

    Analisis juga menunjukkan pentingnya wicket gate. Perubahan alpha1 mengubah C_u1 dan dengan demikian mengubah kerja spesifik serta torsi. Hal ini konsisten dengan Chapter 12 yang menjelaskan fungsi pivoted guide vanes untuk mengontrol magnitudo dan arah aliran masuk.<\/p>\n\n\n\n

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

    H.3 Interpretasi Grafik dan Sensitivitas<\/strong><\/h5>\n\n\n\n
    \"\"<\/figure>\n\n\n\n

    Gambar 1. Hubungan debit dan daya pada H=100 m.<\/em><\/p>\n\n\n\n

    Plot direproduksi dari persamaan daya pada Goswami & Kreith (2017); script MATLAB terlampir menggunakan persamaan yang sama, dengan eta=0,94 sebagai asumsi studi.<\/em><\/p>\n\n\n\n

    Grafik menunjukkan hubungan linear antara debit dan daya ketika head, densitas, gravitasi, dan efisiensi dijaga konstan. Pada Q=20 m3\/s, titik desain menghasilkan 19,62 MW daya hidrolik dan 18,44 MW daya poros. Tren ini bukan kurva performa turbin nyata; ia hanyalah konsekuensi matematis dari persamaan daya yang digunakan.<\/p>\n\n\n\n

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

    Gambar 2. Pengaruh net head terhadap specific speed pada Q=20 m3\/s dan n=500 rpm.<\/em><\/p>\n\n\n\n

    Plot direproduksi dari persamaan specific speed Goswami & Kreith (2017); script MATLAB terlampir menggunakan persamaan yang sama. Garis 0,3 dan 2,5 menunjukkan rentang practical specific speed Francis yang dinyatakan sumber.<\/em><\/p>\n\n\n\n

    Specific speed berkurang ketika head naik bila Q dan n dipertahankan. Pada H=100 m diperoleh N_s=1,336. Grafik juga menunjukkan bahwa perubahan kondisi operasi dapat menggeser posisi desain dalam ruang parameter. Karena specific speed merupakan parameter keserupaan, perubahan H, Q, atau n harus dipertimbangkan bersamaan saat memilih mesin.<\/p>\n\n\n\n

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

    Gambar 3. Panduan kavitasi sigma_T,crit sebagai fungsi specific speed.<\/em><\/p>\n\n\n\n

    Plot direproduksi dari persamaan panduan sigma_T > 0,26 N_s^1,64 pada Goswami & Kreith (2017, p. 270); script MATLAB terlampir menggunakan persamaan yang sama.<\/em><\/p>\n\n\n\n

    Nilai sigma kritis meningkat dengan specific speed berdasarkan persamaan panduan sumber. Titik desain berada pada N_s=1,336 dengan sigma_T,crit sekitar 0,418. Nilai ini tidak boleh diperlakukan sebagai batas final instalasi karena sumber secara eksplisit menyatakan bahwa kavitasi harus ditentukan lebih akurat melalui model test dan dipengaruhi setting serta kondisi atmosfer dan tailwater.<\/p>\n\n\n\n

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

    Gambar 4. Hubungan debit dan torsi poros pada n=500 rpm.<\/em><\/p>\n\n\n\n

    Plot direproduksi dari P_t=eta rho g Q H dan T=P_t\/omega; script MATLAB terlampir menggunakan persamaan yang sama, dengan eta dan n sebagai asumsi studi.<\/em><\/p>\n\n\n\n

    Pada putaran konstan, torsi meningkat sebanding dengan debit pada model studi ini karena daya juga meningkat secara linear terhadap Q. Torsi desain 352,23 kN.m menunjukkan kebutuhan transmisi mekanik yang besar sehingga aspek keselamatan komponen berputar dan perubahan kecepatan saat load rejection harus diperhitungkan.<\/p>\n\n\n\n

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

    H.4 Visualisasi Hasil Desain Akhir<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

    Berdasarkan hasil perhitungan titik desain dan analisis segitiga kecepatan, rancangan konseptual Turbin Francis divisualisasikan pada Gambar 5.4. Visualisasi ini menunjukkan susunan utama berupa spiral case, wicket gate, runner, poros, dan draft tube. Gambar bersifat konseptual untuk memperjelas konfigurasi turbin di dalam lingkungan PLTA; bukan gambar manufaktur final dan bukan hasil pengukuran lapangan. Dimensi final komponen tetap harus ditetapkan melalui analisis hidraulik, struktural, model test, dan verifikasi manufaktur.<\/p>\n\n\n\n

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

    Gambar 5.4. Visualisasi cross-section konseptual Turbin Francis dalam lingkungan PLTA.<\/em><\/p>\n\n\n\n

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

    H.5 Tabel Sensitivitas<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

    Tabel berikut dibuat dari script MATLAB yang sama dengan grafik. Tujuannya bukan menciptakan kurva eksperimen, tetapi menunjukkan konsekuensi perubahan debit terhadap besaran yang langsung diturunkan dari persamaan sumber.<\/p>\n\n\n\n

    Q (m3\/s)<\/strong><\/th>P_h (MW)<\/strong><\/th>P_t (MW)<\/strong><\/th>T (kN.m)<\/strong><\/th>N_s (-)<\/strong><\/th>sigma_crit (-)<\/strong><\/th><\/tr><\/thead>
    5<\/td>4.905<\/td>4.611<\/td>88.06<\/td>0.668<\/td>0.134<\/td><\/tr>
    10<\/td>9.810<\/td>9.221<\/td>176.12<\/td>0.945<\/td>0.237<\/td><\/tr>
    15<\/td>14.715<\/td>13.832<\/td>264.17<\/td>1.157<\/td>0.330<\/td><\/tr>
    20<\/td>19.620<\/td>18.443<\/td>352.23<\/td>1.336<\/td>0.418<\/td><\/tr>
    25<\/td>24.525<\/td>23.053<\/td>440.29<\/td>1.494<\/td>0.502<\/td><\/tr>
    30<\/td>29.430<\/td>27.664<\/td>528.35<\/td>1.636<\/td>0.583<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

    Dari tabel terlihat bahwa pada head dan putaran konstan, kenaikan debit 20 menjadi 30 m3\/s meningkatkan daya poros dari 18,44 menjadi 27,66 MW dan torsi dari 352,23 menjadi 528,35 kN.m. Pada saat yang sama specific speed meningkat dari 1,336 menjadi 1,636, sehingga panduan sigma juga meningkat. Hal ini memperlihatkan bahwa desain tidak boleh hanya mengejar debit besar tanpa menilai konsekuensi terhadap kavitasi, draft tube, dan sistem mekanik.<\/p>\n\n\n\n

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

    H.6 Turbin Francis vs Alternatif dalam Lingkup Sumber<\/strong><\/h5>\n\n\n\n
    Aspek<\/strong><\/th>Francis<\/strong><\/th>Impulse\/Pelton<\/strong><\/th>Propeller\/Kaplan<\/strong><\/th><\/tr><\/thead>
    Jenis<\/td>Reaction<\/td>Impulse<\/td>Reaction, axial-flow<\/td><\/tr>
    Rentang specific speed<\/td>0.3-2.5 (Francis, sumber)<\/td>Lebih rendah untuk Pelton<\/td>Lebih tinggi untuk axial-flow; Kaplan dapat menjaga efisiensi pada rentang kondisi lebih luas<\/td><\/tr>
    Kontrol aliran<\/td>Wicket gates<\/td>Nozzle\/needle<\/td>Wicket gates; Kaplan juga adjustable runner blades<\/td><\/tr>
    Draft tube<\/td>Sangat penting<\/td>Umumnya tidak digunakan<\/td>Bagian integral sistem reaction<\/td><\/tr>
    Kelebihan dalam studi<\/td>Ns desain=1.336 konsisten<\/td>Bukan pilihan utama untuk Ns studi<\/td>Alternatif jika kondisi operasi dan desain axial-flow lebih sesuai<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

    Perbandingan di atas mengikuti karakteristik yang dijelaskan Goswami dan Kreith. Karena Figure 12.8 pada sumber adalah application chart, pemilihan final tidak seharusnya dibuat dari satu variabel saja. Sumber sendiri menekankan faktor generator speed, cavitation, dan expected load range dalam keputusan akhir. (Goswami & Kreith, 2017).<\/p>\n\n\n\n

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

    H.7 Kavitasi dan Setting Turbin<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

    Goswami dan Kreith mendefinisikan Thoma sigma sebagai sigma_T=(H_a-H_v-z)\/H dan menyatakan bahwa nilai kritis bergantung pada specific speed. Pada studi ini, sigma kritis sekitar 0,418. Sebagai ilustrasi tambahan, jika digunakan head atmosfer laut 10,3 m dan head tekanan uap diabaikan, persamaan allowable setting memberikan:<\/p>\n\n\n\n

    z_allow = H_a – H_v – sigma_P H = 10.3 – 0 – (0.418)(100) = -31.5 m<\/em><\/p>\n\n\n\n

    Hasil ilustratif tersebut berarti bahwa, di bawah asumsi sederhana tersebut, bidang referensi runner perlu berada sekitar 31,5 m di bawah tailwater agar memenuhi nilai sigma yang sama. Namun angka ini tidak boleh dijadikan setting final. Sumber menekankan bahwa H_a berubah menurut elevasi, nilai sigma instalasi ditentukan oleh setting, setiap runner memiliki karakteristik kavitasi berbeda, dan model test diperlukan untuk menentukan kondisi yang tepat. <\/p>\n\n\n\n

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

    H.7 Regulasi Kecepatan dan Aspek Keselamatan Rotasi<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

    Goswami dan Kreith menyatakan bahwa speed regulation pada turbin dipengaruhi tipe mesin, ukuran, instalasi, jenis beban, dan hubungan dengan jaringan. Mereka juga memperingatkan bahwa runaway\/no-load speed dapat lebih tinggi daripada design speed dengan faktor sampai 2,6. Dengan n=500 rpm sebagai asumsi studi, nilai ilustratif batas atas tersebut adalah:<\/p>\n\n\n\n

    n_runaway,illustrative = 2.6(500) = 1300 rpm<\/em><\/p>\n\n\n\n

    Nilai 1300 rpm bukan kecepatan operasi yang direkomendasikan dan bukan data mesin. Nilai ini hanya menunjukkan mengapa rotating parts dan generator harus diperiksa terhadap kondisi transien atau load rejection. Sumber juga menyebut bahwa closing time yang terlalu cepat pada wicket gate dapat meningkatkan pressure di penstock. (Goswami & Kreith, 2017).<\/p>\n\n\n\n

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

    H.8 Model Test, Simulasi Numerik, dan Field Test<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

    Pada tahap desain konseptual, simulasi numerik dapat dipakai untuk mengkaji aliran tiga dimensi pada spiral case, wicket gates, runner, dan draft tube, tetapi sumber menekankan perlunya fine-tuning dengan model test. Model test juga berguna untuk mengevaluasi performance map, transient characteristics, vibration, cavitation, hydraulic thrust, dan pressure pulsation. Setelah prototype terpasang, field test digunakan untuk acceptance, performance, commissioning, dan problem-solving.<\/p>\n\n\n\n

    Konsekuensinya untuk tugas ini: angka 18,44 MW dan 352,23 kN.m adalah hasil analitik dari asumsi, bukan hasil CFD, model test, atau field test. Menyatakan sebaliknya akan mengaburkan batas validitas hasil.<\/p>\n\n\n\n

    H.9 Maintenance and Sustainability<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

    Esposito menyatakan bahwa banyak gangguan sistem fluida berkaitan dengan filter kotor, suplai fluida tidak mencukupi, kebocoran seal, udara masuk, jenis fluida yang tidak sesuai, temperatur berlebih, dan tekanan berlebih. Ia juga menekankan preventive maintenance, kebersihan saat assembly, flushing, akses inspeksi, sampling fluida, pencatatan, dan keselamatan. Untuk laporan ini, prinsip-prinsip tersebut dipakai sebagai kerangka pengelolaan komponen fluida dan peralatan pendukung; detail maintenance khusus turbin Francis harus tetap dibuat dari manual mesin atau prosedur fasilitas yang sebenarnya. <\/p>\n\n\n\n

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

    I. CONCLUSION, CLOSING REMARKS, RECOMMENDATIONS<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
    Conclusion<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

    Studi konseptual menunjukkan bahwa turbin Francis dapat dipilih secara konsisten untuk kondisi ilustratif H=100 m, Q=20 m3\/s, eta=0,94, dan n=500 rpm karena specific speed yang diperoleh sebesar 1,336 berada di dalam rentang practical Francis 0,3-2,5 yang dinyatakan oleh Goswami dan Kreith. Pada kondisi tersebut daya hidrolik 19,62 MW, daya poros 18,44 MW, kehilangan daya ekuivalen 1,18 MW, dan torsi poros 352,23 kN.m.<\/p>\n\n\n\n

    Analisis juga menunjukkan bahwa Francis adalah sistem reaction yang keberhasilannya bergantung pada lebih dari runner. Wicket gate mengatur aliran, draft tube memengaruhi efisiensi dan kestabilan, dan kavitasi menjadi faktor penting. Panduan sigma_T memberikan nilai sekitar 0,418 pada titik desain, tetapi sumber secara jelas menyatakan bahwa nilai tersebut tidak menjamin bebas kavitasi dan harus ditentukan lebih lanjut melalui model test.<\/p>\n\n\n\n

    Closing Remarks<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

    Nilai utama dari rancangan DAI5 adalah keterlacakan. Setiap hasil harus dapat ditelusuri ke persamaan dan asumsi, sementara bagian yang belum teruji harus tetap diberi label sebagai pekerjaan tahap berikutnya. Dengan pendekatan tersebut, laporan tidak mengklaim tingkat kepastian yang tidak dimiliki data.<\/p>\n\n\n\n

    Recommendations<\/strong><\/h5>\n\n\n\n
      \n
    • Dapatkan data proyek nyata: head bersih, debit minimum\/normal\/maksimum, tailwater, elevasi instalasi, target daya, dan kecepatan generator.<\/li>\n\n\n\n
    • Bangun desain runner dan draft tube yang lebih detail setelah data tersebut tersedia, termasuk geometri yang memadai untuk simulasi.<\/li>\n\n\n\n
    • Gunakan model test untuk verifikasi performa, cavitation, vibration, hydraulic thrust, dan pressure pulsation sebagaimana ditekankan sumber.<\/li>\n\n\n\n
    • Lakukan field performance test setelah commissioning bila proyek berlanjut ke prototype.<\/li>\n\n\n\n
    • Pertahankan dokumentasi asumsi, hasil MATLAB, revisi desain, dan catatan pemeliharaan agar keputusan teknis dapat diaudit dan direplikasi.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

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

      J. ACKNOWLEDGMENTS<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

      Penulis menyampaikan terima kasih kepada dosen dan seluruh pihak yang menyediakan materi pembelajaran. Laporan ini secara khusus dibangun hanya menggunakan dua sumber yang diberikan dalam tugas: Energy Conversion Second Edition dan Fluid Power with Applications Seventh Edition. Tidak ada referensi eksternal yang digunakan dalam daftar pustaka laporan ini.<\/p>\n\n\n\n

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

      K. REFERENCES \/ LITERATURE CITED<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

      Goswami, D. Yogi, and Frank Kreith, eds. 2017. Energy Conversion. Second Edition. Boca Raton: CRC Press, Taylor & Francis Group. Chapter 12, Hydraulic Turbines, pp. 257-279.<\/p>\n\n\n\n

      Esposito, Anthony. 2014. Fluid Power with Applications. Seventh Edition. Pearson Education Limited. Chapter 3, Energy and Power in Hydraulic Systems, pp. 59-107; Chapter 12, Maintenance of Hydraulic Systems, pp. 427-460.<\/p>\n\n\n\n

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

      L. APPENDICES<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
      Appendix A. Basis Data dan Asumsi Studi<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

      Studi menggunakan nilai ilustratif yang dipilih semata-mata untuk menunjukkan alur perhitungan. Karena tidak ada site data pada materi yang diberikan, angka ini tidak boleh dipresentasikan sebagai hasil survey atau spesifikasi PLTA.<\/p>\n\n\n\n

      Variabel<\/strong><\/th>Nilai<\/strong><\/th>Catatan<\/strong><\/th><\/tr><\/thead>
      H<\/td>100 m<\/td>Net head asumsi<\/td><\/tr>
      Q<\/td>20 m3\/s<\/td>Debit desain asumsi<\/td><\/tr>
      eta<\/td>0.94<\/td>Efisiensi turbin asumsi<\/td><\/tr>
      n<\/td>500 rpm<\/td>Putaran asumsi<\/td><\/tr>
      rho<\/td>1000 kg\/m3<\/td>Densitas air asumsi<\/td><\/tr>
      g<\/td>9.81 m\/s2<\/td>Percepatan gravitasi asumsi<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

      Sumber memberikan konsep net head, specific speed, speed regulation, dan cavitation; angka-angka di atas bukan angka sumber.<\/p>\n\n\n\n

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

      Appendix B. Perhitungan Manual<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

      1. Kecepatan sudut<\/strong><\/p>\n\n\n\n

      omega = 2 pi n \/ 60 = 2 pi (500)\/60 = 52.3599 rad\/s<\/em><\/p>\n\n\n\n

      2. Daya hidrolik<\/strong><\/p>\n\n\n\n

      P_h = rho g Q H = 1000(9.81)(20)(100) = 19.62 MW<\/em><\/p>\n\n\n\n

      3. Daya poros<\/strong><\/p>\n\n\n\n

      P_t = eta P_h = 0.94(19.62) = 18.4428 MW<\/em><\/p>\n\n\n\n

      4. Kehilangan<\/strong><\/p>\n\n\n\n

      P_loss = P_h – P_t = 1.1772 MW<\/em><\/p>\n\n\n\n

      5. Torsi<\/strong><\/p>\n\n\n\n

      T = P_t \/ omega = 18.4428e6\/52.3599 = 352.23 kN.m<\/em><\/p>\n\n\n\n

      6. Specific speed<\/strong><\/p>\n\n\n\n

      N_s = omega sqrt(Q)\/(gH)^(3\/4) = 1.3359<\/em><\/p>\n\n\n\n

      7. Panduan sigma<\/strong><\/p>\n\n\n\n

      sigma_T,crit = 0.26 N_s^1.64 = 0.4180<\/em><\/p>\n\n\n\n

      8. Setting ilustratif<\/strong><\/p>\n\n\n\n

      z_allow = 10.3 – 0 – 0.4180(100) = -31.5 m<\/em><\/p>\n\n\n\n

      9. Runaway ilustratif<\/strong><\/p>\n\n\n\n

      n_runaway = 2.6(500) = 1300 rpm<\/em><\/p>\n\n\n\n

      Catatan: langkah 8 menggunakan contoh head atmosfer laut 10,3 m yang disebut dalam Chapter 12 dan mengasumsikan head tekanan uap dapat diabaikan. Hasil tersebut hanya ilustratif; setting aktual harus ditentukan sesuai kondisi instalasi dan model test.<\/p>\n\n\n\n

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

      Analisis Segitiga Kecepatan<\/strong><\/p>\n\n\n\n

      1) omega = 2 pi (500)\/60 = 52,360 rad\/s.<\/p>\n\n\n\n

      2) A1 = pi(3,0)(0,35) = 3,299 m2; C_m1 = 20\/3,299 = 6,063 m\/s.<\/p>\n\n\n\n

      3) U1 = 52,360(3,0\/2) = 78,540 m\/s; C_u1 = 6,063\/tan(25\u00b0) = 13,002 m\/s; C1 = sqrt(6,063^2+13,002^2) = 14,346 m\/s.<\/p>\n\n\n\n

      4) A2 = pi(2,0)(0,50) = 3,142 m2; C_m2 = 20\/3,142 = 6,366 m\/s.<\/p>\n\n\n\n

      5) U2 = 52,360(2,0\/2) = 52,360 m\/s; C_u2 = 6,366\/tan(75\u00b0) = 1,706 m\/s; C2 = sqrt(6,366^2+1,706^2) = 6,591 m\/s.<\/p>\n\n\n\n

      6) w = U1 C_u1 – U2 C_u2 = 931,88 J\/kg; P_momentum = rho Q w = 18,64 MW.<\/p>\n\n\n\n

      Catatan: persamaan komponen kecepatan dan kerja spesifik pada subbagian ini digunakan sebagai turunan analitis untuk membangun segitiga kecepatan. D1, D2, b1, b2, alpha1, dan alpha2 adalah asumsi tambahan studi, bukan angka yang dikutip dari dua referensi.<\/p>\n\n\n\n

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

      Appendix C. Script MATLAB<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

      Script berikut mereproduksi seluruh kalkulasi utama dan empat grafik pada laporan. Nilai parameter pada bagian awal harus diganti jika data proyek nyata sudah tersedia.<\/p>\n\n\n\n

      %% Studi Konseptual Turbin Francis – DAI5<\/p>\n\n\n\n

      % Plot dan kalkulasi dibuat hanya dari persamaan yang dirujuk dalam laporan.<\/p>\n\n\n\n

      clear; clc; close all;<\/p>\n\n\n\n

      rho = 1000;      % kg\/m^3, asumsi studi<\/p>\n\n\n\n

      g   = 9.81;      % m\/s^2, asumsi studi<\/p>\n\n\n\n

      H   = 100;       % m, asumsi studi<\/p>\n\n\n\n

      eta = 0.94;      % -, asumsi studi<\/p>\n\n\n\n

      n   = 500;       % rpm, asumsi studi<\/p>\n\n\n\n

      omega = 2*pi*n\/60;<\/p>\n\n\n\n

      %% Titik desain<\/p>\n\n\n\n

      Qd = 20;<\/p>\n\n\n\n

      Ph = rho*g*Qd*H;<\/p>\n\n\n\n

      Pt = eta*Ph;<\/p>\n\n\n\n

      T  = Pt\/omega;<\/p>\n\n\n\n

      Ns = omega*sqrt(Qd)\/(g*H)^(3\/4);<\/p>\n\n\n\n

      sigma_crit = 0.26*Ns^1.64;<\/p>\n\n\n\n

      fprintf(‘P_h = %.4f MW\\n’,Ph\/1e6);<\/p>\n\n\n\n

      fprintf(‘P_t = %.4f MW\\n’,Pt\/1e6);<\/p>\n\n\n\n

      fprintf(‘P_loss = %.4f MW\\n’,(Ph-Pt)\/1e6);<\/p>\n\n\n\n

      fprintf(‘omega = %.4f rad\/s\\n’,omega);<\/p>\n\n\n\n

      fprintf(‘T = %.3f kN.m\\n’,T\/1e3);<\/p>\n\n\n\n

      fprintf(‘Ns = %.4f\\n’,Ns);<\/p>\n\n\n\n

      fprintf(‘sigma_crit = %.4f\\n’,sigma_crit);<\/p>\n\n\n\n

      %% Gambar 1 – daya vs debit<\/p>\n\n\n\n

      Q = linspace(0,30,301);<\/p>\n\n\n\n

      PhQ = rho*g*Q*H\/1e6;<\/p>\n\n\n\n

      PtQ = eta*PhQ;<\/p>\n\n\n\n

      figure; plot(Q,PhQ,’LineWidth’,1.6); hold on; plot(Q,PtQ,’LineWidth’,1.6); grid on;<\/p>\n\n\n\n

      xlabel(‘Debit Q (m^3\/s)’); ylabel(‘Daya (MW)’); title(‘Hubungan Debit dan Daya pada H = 100 m’);<\/p>\n\n\n\n

      legend(‘P hidrolik’,’P poros (eta = 0.94)’,’Location’,’northwest’);<\/p>\n\n\n\n

      exportgraphics(gcf,’Gambar_1_Daya_vs_Debit.png’,’Resolution’,300);<\/p>\n\n\n\n

      %% Gambar 2 – specific speed vs head<\/p>\n\n\n\n

      Hvec = linspace(40,180,281);<\/p>\n\n\n\n

      NsH = omega*sqrt(Qd).\/(g*Hvec).^(3\/4);<\/p>\n\n\n\n

      figure; plot(Hvec,NsH,’LineWidth’,1.6); hold on; yline(0.3,’–‘); yline(2.5,’–‘); xline(H,’:’);<\/p>\n\n\n\n

      plot(H,Ns,’o’); grid on; xlabel(‘Net head H (m)’); ylabel(‘Specific speed, N_s (-)’);<\/p>\n\n\n\n

      title(‘Pengaruh Net Head terhadap Specific Speed’); legend(‘N_s(H)’,’Batas 0.3′,’Batas 2.5′,’H desain’,’Titik desain’,’Location’,’northeast’);<\/p>\n\n\n\n

      exportgraphics(gcf,’Gambar_2_Ns_vs_Head.png’,’Resolution’,300);<\/p>\n\n\n\n

      %% Gambar 3 – panduan kavitasi<\/p>\n\n\n\n

      Nsvec = linspace(0.3,2.5,221);<\/p>\n\n\n\n

      sigma = 0.26*Nsvec.^1.64;<\/p>\n\n\n\n

      figure; plot(Nsvec,sigma,’LineWidth’,1.6); hold on; plot(Ns,sigma_crit,’o’); grid on;<\/p>\n\n\n\n

      xlabel(‘Specific speed, N_s (-)’); ylabel(‘Sigma kritis, sigma_T (-)’);<\/p>\n\n\n\n

      title(‘Panduan Kavitasi: sigma_T,crit = 0.26 N_s^1.64’);<\/p>\n\n\n\n

      legend(‘Guideline sumber’,’Titik desain’,’Location’,’northwest’);<\/p>\n\n\n\n

      exportgraphics(gcf,’Gambar_3_Sigma_vs_Ns.png’,’Resolution’,300);<\/p>\n\n\n\n

      %% Gambar 4 – torsi vs debit<\/p>\n\n\n\n

      TQ = eta*rho*g*Q*H\/omega\/1000;<\/p>\n\n\n\n

      figure; plot(Q,TQ,’LineWidth’,1.6); grid on; xlabel(‘Debit Q (m^3\/s)’); ylabel(‘Torsi poros (kN.m)’);<\/p>\n\n\n\n

      title(‘Hubungan Debit dan Torsi Poros pada n = 500 rpm’);<\/p>\n\n\n\n

      exportgraphics(gcf,’Gambar_4_Torsi_vs_Debit.png’,’Resolution’,300);<\/p>\n\n\n\n

      %% Tabel sensitivitas<\/p>\n\n\n\n

      Qt = [5 10 15 20 25 30]’;<\/p>\n\n\n\n

      Pht = rho*g*Qt*H\/1e6; Ptt = eta*Pht; Tt = Ptt*1e6\/omega\/1000;<\/p>\n\n\n\n

      Nst = omega*sqrt(Qt).\/(g*H).^(3\/4); sigmat = 0.26*Nst.^1.64;<\/p>\n\n\n\n

      Result = table(Qt,Pht,Ptt,Tt,Nst,sigmat);<\/p>\n\n\n\n

      disp(Result);<\/p>\n\n\n\n

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

      Appendix D. Pemetaan 33 Kriteria DAI5<\/strong><\/h5>\n\n\n\n
      No.<\/strong><\/th>Kriteria<\/strong><\/th>Bukti dalam laporan<\/strong><\/th><\/tr><\/thead>
      1<\/td>Consciousness of Purpose<\/td>Tujuan dan tanggung jawab analisis dijelaskan pada E dan F.<\/td><\/tr>
      2<\/td>Self-awareness<\/td>Asumsi dibedakan dari data sumber.<\/td><\/tr>
      3<\/td>Ethical Considerations<\/td>Tidak mengklaim hasil uji\/CFD yang tidak dilakukan.<\/td><\/tr>
      4<\/td>Integration of CCIT<\/td>Kesadaran -> niat -> analisis -> idealisasi -> instruksi menjadi alur laporan.<\/td><\/tr>
      5<\/td>Critical Reflection<\/td>Keterbatasan dan risiko interpretasi dibahas pada H dan I.<\/td><\/tr>
      6<\/td>Continuum of Awareness<\/td>Rekomendasi tahap model test dan field test menunjukkan siklus lanjut.<\/td><\/tr>
      7<\/td>Clarity of Intent<\/td>Tujuan proyek eksplisit di E dan abstrak.<\/td><\/tr>
      8<\/td>Alignment of Objectives<\/td>Perhitungan, pemilihan Francis, kavitasi, dan verifikasi selaras dengan tujuan.<\/td><\/tr>
      9<\/td>Relevance of Intent<\/td>Fokus pada perancangan turbin reaction dan kebutuhan data.<\/td><\/tr>
      10<\/td>Sustainability Focus<\/td>Efisiensi, losses, maintenance, safety, dan dokumentasi dibahas.<\/td><\/tr>
      11<\/td>Focus on Quality<\/td>Reproducible calculation dan MATLAB script disertakan.<\/td><\/tr>
      12<\/td>Problem Understanding<\/td>Masalah dirumuskan pada F.<\/td><\/tr>
      13<\/td>Stakeholder Awareness<\/td>Stakeholder dibahas pada F.<\/td><\/tr>
      14<\/td>Contextual Analysis<\/td>Net head, debit, draft tube, tailwater, dan beban dianalisis.<\/td><\/tr>
      15<\/td>Root Cause Analysis<\/td>Hubungan head-flow-speed-draft tube-cavitation dibahas.<\/td><\/tr>
      16<\/td>Relevance of Analysis<\/td>Semua variabel yang dihitung dikaitkan dengan keputusan desain.<\/td><\/tr>
      17<\/td>Use of Data\/Evidence<\/td>Evidence dibatasi pada dua sumber yang diberikan dan asumsi diberi label.<\/td><\/tr>
      18<\/td>Assumption Clarity<\/td>Appendix A memuat seluruh asumsi utama.<\/td><\/tr>
      19<\/td>Creativity\/Innovation<\/td>Pendekatan reproduktif melalui MATLAB dan sensitivitas digunakan.<\/td><\/tr>
      20<\/td>Physical Realism<\/td>Net head, flow, torque, cavitation, draft tube, dan runaway dipertimbangkan.<\/td><\/tr>
      21<\/td>Alignment with Intent<\/td>Idealization digunakan untuk menjawab tujuan pemilihan dan kinerja Francis.<\/td><\/tr>
      22<\/td>Scalability\/Adaptability<\/td>Script MATLAB dapat menerima data head\/debit\/putaran baru.<\/td><\/tr>
      23<\/td>Simplicity\/Elegance<\/td>Model awal hanya menggunakan parameter inti sebelum desain detail.<\/td><\/tr>
      24<\/td>Clarity of Steps<\/td>Prosedur desain ditulis berurutan.<\/td><\/tr>
      25<\/td>Comprehensiveness<\/td>Design, verification, maintenance, safety, and sustainability tercakup.<\/td><\/tr>
      26<\/td>Physical Interpretation<\/td>Hasil daya, torsi, speed, sigma, dan draft tube diinterpretasikan.<\/td><\/tr>
      27<\/td>Error Minimization<\/td>Data dan asumsi dipisahkan serta perhitungan dibuat terstruktur.<\/td><\/tr>
      28<\/td>Verification\/Validation<\/td>Model test, numerical simulation, dan field test ditempatkan sebagai tahap verifikasi.<\/td><\/tr>
      29<\/td>Iterative Approach<\/td>Rekomendasi memperbarui parameter setelah site data dan testing tersedia.<\/td><\/tr>
      30<\/td>Sustainability Integration<\/td>Maintenance dan efisiensi diperlakukan sebagai bagian desain.<\/td><\/tr>
      31<\/td>Communication Effectiveness<\/td>Tabel, grafik, rumus, dan narasi digunakan bersama.<\/td><\/tr>
      32<\/td>Alignment with DAI5<\/td>Struktur laporan mengikuti DAI5 A-L dan pemetaan ini.<\/td><\/tr>
      33<\/td>Documentation Quality<\/td>Referensi jelas, asumsi jelas, dan script MATLAB dilampirkan.<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

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

      Catatan Integritas Referensi<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

      Pernyataan yang bersifat hasil hitungan berasal dari persamaan sumber dan asumsi studi; pernyataan yang tidak tersedia secara rinci dalam dua sumber ditandai sebagai batasan atau usulan konseptual, bukan sebagai fakta yang dikutip.<\/p>\n\n\n\n

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

      \u0628\u0650\u0633\u0652\u0645\u0650 \u0627\u0644\u0644\u064e\u0651\u0647\u0650 \u0627\u0644\u0631\u064e\u0651\u062d\u0652\u0645\u064e\u0646\u0650 \u0627\u0644\u0631\u064e\u0651\u062d\u0650\u064a\u0645 \u0627\u0644\u0633\u064e\u0651\u0644\u0627\u064e\u0645\u064f \u0639\u064e\u0644\u064e\u064a\u0652\u0643\u064f\u0645\u0652 \u0648\u064e\u0631\u064e\u062d\u0652\u0645\u064e\u0629\u064f \u0627\u0644\u0644\u0647\u0650 \u0648\u064e\u0628\u064e\u0631\u064e\u0643\u064e\u0627\u062a\u064f\u0647\u064f Perkenalkan, saya Muhammad Alif Fadhlurrahman (NPM 2406421876), mahasiswa Teknik Mesin. Dalam blog ini, saya memaparkan laporan Perancangan dan Analisis Turbin Francis guna memenuhi Tugas Besar mata kuliah Sistem Konversi Energi. Laporan ini membahas prinsip kerja, dasar perancangan, perhitungan kinerja, serta analisis penerapan Turbin Francis sebagai salah […]<\/p>\n","protected":false},"author":676,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[26],"tags":[],"class_list":["post-18911","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-general"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ccitonline.com\/wp\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/18911","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\/676"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ccitonline.com\/wp\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=18911"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/ccitonline.com\/wp\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/18911\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":19063,"href":"https:\/\/ccitonline.com\/wp\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/18911\/revisions\/19063"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ccitonline.com\/wp\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=18911"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ccitonline.com\/wp\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=18911"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ccitonline.com\/wp\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=18911"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}