Perancangan dan Optimasi Desain Turbin Francis Pada Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro di Bendungan Jatibarang Kota Semarang

Abstract

ABSTRAK

Bendungan Jatibarang adalah satu-satunya Bendungan yang berada di Kota Semarang Provinsi Jawa Tengah, ketersediaan air pada Bendungan memiliki potensi yang dapat dimanfaatkan sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro. Tujuan penelitian ini melakukan perancangan turbin dan optimasi desainnya. Pelaksanaan penelitian meliputi: analisa desain debit, analisa tinggi jatuh air, mendesain turbin francis, serta mengoptimasi dengan pendekatan uji performansi bukaan sudu pengarah yang berbasis analisa segitiga kecepatan. Hasil perancangan diperoleh debit desain sebesar 0,75m³/detik, tinggi jatuh efektif 65,95 m, diameter pipa pesat Ø 0,645 m, daya turbin rencana 434,278 kW, kecepatan spesifik 280 rpm, putaran turbin 2526,18 rpm, diameter luar turbin Ø0,271 m, diameter dalam turbin Ø0,199 m, lebar turbin 0,074m, jumlah sudu turbin 11 buah, jumlah sudu pengarah 10 buah, diameter peletakan sudu pengarah  berada padaØ329,22 m dari titik pusat rotasi turbin, panjang sudu pengarah 0,104 m, diameter poros Ø0,020m, torsi rencana pada poros 1.4782N.m, diameter masuk pipa pesat ke spiral case Ø 0,306 m, diameter masuk spiral case ke sudu turbin Ø 0,163 m, dimensi keluar draft tube air ke kolam penenang 0,433 m x 0,349 m,  hasil analisa berbasis segitiga kecepatan diperoleh sudut α1 37,18º, β1 101,49º, β2 47,20º, selanjutnya untuk meningkatkan gaya, torsi, daya dan efisiensi maka diperlukan optimasi desain turbin francis dengan cara perhitungan matematis uji coba bukaan mulai dari sudut α1 32,18º hingga 40,18º, sebagai perbandingan hasil dilakukan kembali optimasi full factorial dengan variabel 3 pangkat 3 sehingga diperoleh 27 kondisi desain sudut α1 (32,18°, 36,18°, 40,18°) sudut β1 (42,70°, 50,63°, 54,07°) dan sudut β2 (101,99°, 104,76°, 107,74°). Hasil yang diperoleh antara metode bukaan sudu pengarah dan full factorial menunjukkan hasil yang sama dimana sudut optimum berada pada sudut α1 32,18º, β1 105,49º, β2 47,20º, dengan hasil gaya F 7,53 N.m, torsi T 1.61 Kg.m, daya P 424,83 kW, efisiensi η_o  0,88, sehingga optimasi yang dilakukan dapat meningkatkan performa sebesar 11%.