Upload
others
View
24
Download
5
Embed Size (px)
Citation preview
38
BAB III
METODE PERANCANGAN
3.1 Jenis Perancangan
Berdasarkan pokok masalah yang dibahas, sehingga skripsi ini berbentuk
studi kasus dalam perancangan turbin cross flow yang terdiri dari perhitungan
runner, perhitungan draft tube, perhitungan rumah turbin, perhitungan poros, dan
bantalan.
Ada beberapa metode dalam melakukan proses perancangan. Metode-metode
ini menjelaskan urutan kegiatan yang terjadi dalam proses perancangan. Tujuan dari
metode-metode tersebut untuk menetapkan pola yang lebih baik dan lebih tepat
pada setiap tahapannya (Cross, 1942). Biasanya metode-metode perancangan
dimulai dengan mengidentifikasi kebutuhan dan konsep awal dari desain kemudian
dilakukan analisis, evaluasi, perbaikan dan pengembangan terhadap konsep awal.
Dalam perancangan ini, penulis menggunakan metode Pahl and Beitz untuk
melakukan perancangan turbin cross flow. Hal ini dikarenakan metode Pahl and
Beitz memiliki konsep yang lebih detail dan pengembangan dari metode-metode
yang ada sebelumnya.
3.2 Metode Pahl And Beitz
Perancangan merupakan kegiatan awal dari usaha untuk merealisasikan suatu
produk. Dalam membuat alat diperlukan suatu gambaran digunakan untuk bertintak
atau berkerja. Pahl dan Beitz mengusulkan cara merancang produk sebagaimana
yang dijelaskan dalam bukunya; Engineering Desaign : A Systematic Approach.
Cara merancang Pahl dan Beitz tersebut terdiri dari 4 kegiatan atau fase, antara lain:
39
a. Perencanaan dan Penjelasan Tugas.
b. Perancangan Konsep Produk.
c. Perancangan Bentuk Produk.
d. Perancangan Detail Produk.
Tugas Pasar,Perusahaan,Ekonomi
Perencanaan dan Penjelasan Tugas
Analisis pasar dan keadaan perusahaan
Memformulasi usulan produk
Penjelasan tugas
Mengembangkan daftar persyaratan
Daftar persyaratan
(Spesifikasi Produk)
Konsep produk
(Solusi)
Layout awal
Dokumen produk
Layout akhir
Mengembangkan Solusi Utama
Mengidentifikasi masalah-masalah penting
Menentukan struktur fungsi produk
Mencari prinsip-prinsip kerja produk
Membentuk beberapa alternatif produk
Evaluasi terhadap kriteria teknis & ekonomis
Mengembangkan Struktur Produk
Menentukan bentuk awal, memilih material dan perhitungan-
perhitungan
Memilih layout awal yang terbaik
Memperbaiki layout
Evaluasi terhadap criteria teknis & ekonomis
Menetukan struktur produk
Menghilangkan kelemahan dan kekurangan
Cek kalau-kalau ada kesalahan
Persiapan daftar komponen awal dan dokumen
Pembuatan dan susunan produk
Menyiapkan dokumen pembuatan
Mengembangkan gambar atau daftar detail
Menyelesaikan instruksi-instruksi pembuatan susunan
danpengiriman produk
Periksa semua dokumen
Solusi
Tin
gkat
kan
dan
per
bai
kan
Info
rmas
i p
erb
aiki
daf
tar
per
syar
atan
has
il u
mpan
bal
ik
Per
enca
naa
n d
an
Pen
jela
san P
rodu
k
Per
anca
ngan
Ko
nse
p P
rodu
k
Per
anca
ngan
Ben
tuk
P
eran
can
gan
Det
ail
Gambar 3.1. Diagram Alir Perancangan Menurut Pahl And Beitz
(Sumber : Cross, 1942)
40
3.3 Penjelasan dan Perencanaan Rancangan Turbin Air Cross Flow
Turbin air merupakan pembangkit listrik yang menggunakan aliran air
sebagai energi awal untuk menggerakkan runner pada turbin, untuk menggerakkan
runner pada turbin sangat penting untuk mengetahui debit air (Q) dan head (H).
Sebelum melakukan pengukuran debit, penulis terlebih dahulu memilih lokasi yang
tepat, pemilihan lokasi merupakan hal penting yang harus diperhatikan karena
penentuan lokasi sangat berpengaruh terhadap akurasi hasil pengukuran. Dalam
menentukan potensi perencanaan pembangunan PLTMH, penulis melakukan
pengamatan langsung dilapangan mengenai lokasi aliran irigasi. Penulis melakukan
studi mengenai perhitungan potensi daya yang dihasilkan jika dibangun PLTMH
dengan memanfaatkan air dari aliran irigasi. Secara teknis PLTMH ini hanya
memiliki tiga komponen utama yaitu sumber air, turbin dan generator. Dari
generator akan menghasilkan energi listrik yang masuk ke sistem kontrol arus listrik
sebelum dialirkan untuk penerangan jalan.
Lokasi perancangan turbin air terletak di Desa Jambesari Kecamatan
Pocokusumo Kabupaten Malang. Turbin air merupakan salah satu alternatif
pembangkit listrik yang memfaatkan aliran air. Aliran sungai irigasi yang ada
didesa Jambesari selain untuk mengairi lahan pertanian tersebut dapat juga
dimanfaatkan sebagai penerangan jalan warga.
Pada perencanaan dibuat jadwal kegiatan dan waktu penyelesaian setiap
kegiatan dalam proses perancangan. Waktu pelaksanaan dilakukan pada bulan
Februari - Oktober 2019 dalam jangka waktu 9 bulan, mulai dari survei, pengajuan
judul, pembuatan proposal, bimbingan proposal, seminar hasil, proses perancangan
turbin cross flow dan pembuatan skripsi.
41
3.4 Perancangan Konsep Desain Turbin Air Cross Flow
3.4.1 Diagram Alir Perancangan Turbin Cross Flow
Gambar 3.2. Diagram Perancangan Turbin Air Cross Flow
Perancangan Turbin Air Cross Flow
Debit (Q) = 0,22 M3/det Dan Head (H) = 1,5 m
Studi Literatur :
• Buku
• Jurnal
Data Fluida Air :
• Kecepatan Aliran Air (V)
• Luas Penampang Aliran Sungai Irigasi (A)
• Berat Jenis Air (ρ)
Perhitungan :
• Debit (Q)
• Head (H)
Daya Air
Perhitungan :
• Runner
• Draft Tube
• Rumah Turbin
• Poros
• Pillow Block
Hasil Perhitungan
Turbin Air Cross Flow
Evaluasi
Selesai
Gambar Teknik
YA
YA
TIDAK
TIDAK
42
3.4.2 Studi Literatur
Dalam perancangan ini, studi literatur memiliki peran penting, karena studi
literatur ini dilakukan untuk mengumpulkan bahan-bahan yang diperlukan dan
berhubungan dengan masalah yang akan dibahas. Studi ini dilakukan dengan
mempelajari dan mengkaji buku, jurnal ilmiah, skripsi terdahulu dan sumber-
sumber literatur yang relevan dengan topik yang akan diteliti. Studi literatur ini
berguna sebagai dasar dalam pembahasan masalah sebagai acuan untuk ketahap
penelitian selanjutnya.
3.4.3 Survei dan Pengumpuan Data
Dalam perancangan ini, penulis langsung turun ke lapangan untuk mensurvei
tempat lokasi penelitian. Penulis mengumpulkan data pada aliran sungai irigasi.
Dari hasil pengukuran data yang diperoleh dapat dilihat pada tabel 3.1 untuk
kecepatan aliran dan 3.2 luas penampang aliran sungan irigasi.
Tabel 3.1 Data Pengukuran Kecepatan Aliran
No Pengulangan Waktu Pengukuran (T)
(detik)
1 Pengukuran 1 39,42
2 Pengukuran 2 44,53
3 Pengukuran 3 38,59
4 Pengukuran 4 31,33
5 Pengukuran 5 42,31
6 Pengukuran 6 40,26
7 Pengukuran 7 37,55
8 Pengukuran 8 41,26
9 Pengukuran 9 43,03
10 Pengukuran 10 44,35
Jumlah 402,63
Rata-rata 40,263
Pada data tabel 3.1 merupakan hasil dari pengukuran pada aliran sungai
irigari. Sehingga rata-rata yang didapat pada kecepatan aliran 40,263 detik.
43
Tabel 3.2 Data Luas Penampang (A)
No Titik Lebar (L)
Meter
Kedalaman (H)
Meter
H1 H2 H3 Hrata-rata
1 Titik 1 2,37 0,35 0,25 0,15 0,25
2 Titik 2 2,27 0,33 0,24 0,17 0,25
3 Titik 3 2,22 0,36 0,22 0,16 0,25
4 Titik 4 2,20 0,34 0,20 0,14 0,23
5 Titik 5 2,25 0,32 0,23 0,16 0,24
6 Titik 6 2,26 0,32 0,24 0,17 0,24
7 Titik 7 2,30 0,31 0,26 0,18 0,25
8 Titik 8 2,55 0,32 0,22 0,16 0,24
9 Titik 9 2,35 0,30 0,20 0,15 0,22
10 Titik 10 2,15 0,32 0,21 0,17 0,23
Jumlah 22,92 Jumlah 2,4
Rata-rata 2,292 Rata-rata 0,24
Pada data tabel 3.2 hasil dari pengukuran pada luas penampang aliran sungai
irigasi, untuk lebar rata-rata diketahui 2,292 meter dan dengan kedalaman rata-rata
0,24 meter.
3.4.4 Perhitungan Debit dan Head
Hasil dari data pengukuran pada table 3.1 dan table 3.2 digunakan untuk
mengetahui debit (Q) dan head (H). Dengan diketahui debit dan head merupakan
langkah awal dari pembuatan turbin air, pembuatan turbin air ini harus dilakukan
dengan benar agar turbin air yang dibuat nanti dapat bekerja secara maksimal.
3.4.5 Analisa Kapasitas Daya Air
Dalam perancangan ini, analisa kapasitas daya diperlukan untuk mengetahui
untuk mengetahui besarnya daya yang direncanakan. Setelah penulis mengetahui
besarnya debit dan ketinggian jatuh air di aliran sungai irigasi maka penulis
langsung menganalisa kebutuhan daya yang dibutuhkan ditempat rencana
perancangan yaitu di Desa Jambesari. Hal ini dilakukan agar penulis mengetahui
besar daya yang dibutuhkan untuk penerangan jalan pada desa tersebut.
44
3.4.6 Perhitungan Komponen Turbin Air
Hasil dari perhitungan debit (Q) dan head (H) digunakan untuk menghitung
komponen turbin air cross flow, perhitungan yang dilakukan antara lain pada
runner, draft tube, rumah turbin, poros dan bantalan.
3.4.7 Hasil Perhitungan Turbin Air Cross Flow
Hasil dari perhitungan turbin air cross flow dilakukan untuk tahan selanjutnya
untuk membuat dimensi dari hasil perhitungan yang dilakukan.
3.4.8 Evaluasi
Evaluasi dilakukan pada setiap perhitungan sehingga untuk meminimalisir
proses untuk menggambar atau desain dalam pembuatan turbin air cross flow.
3.4.9 Gambar Teknik (Desain Turbin Air Cross Flow)
Gambar teknik pada perancangan merupakan hal yang wajib dikerjakan untuk
mengetahui bentuk desain dari proses pengambilan data hingga perhitungan yang
dilakukan pada setiap komponen tubrin air cross flow. Dari hasil pengerjaan gambar
yang dilakukan maka diketahui bentuk desain turbin air pada lokasi tersebut.
3.4.10 Storyboard
Storyboard pada perancangan turbin air untuk pembangkit listrik sebagai
penerangan jalan menjelaskan beberapa hasil gambar yang dapat diidentifikasi oleh
penulis, sehingga mempermudah dalam perancangan, untuk simulasi dapat dilihat
pada tabel 3.3.
45
Tabel 3.3 Storyboard Perancangan Turbin Air
No Gambar Objek Keterangan
1 Saluran utama aliran sungai irigasi dari
palang pintu air yang akan dipasang filter
atau penyaring kotoran yang mengalir di
aliran sungai irigasi.
2 Pada saluran air utama akan dibuat berupa
pembatas untuk mengarahkan air agar
menghasilkan debit yang maksimal.
3 Pada permukaan air tertinggi, air akan
disalurkan melalui draft tube sehingga air
bertekanan menghasilkan debit.
4
Dari saluran irigasi, air mengalir ke draft
tube menuju ke runner turbin dan
memutar poros turbin.
5
Proses pembangkit energi listrik pada
prinsipnya adalah energi mekanik
dikonversi oleh generator menjadi tenaga
listrik dan mengahasilkan cahaya.
46
3.5 Perancangan Bentuk Desain Turbin Air Cross Flow
Berdasarkan spesifikasi hasil fase pertama, beberapa konsep yang dapat
memenuhi persyaratan-persyaratan dalam spesifikasi tersebut. Konsep tersebut
merupakan solusi dari masalah perancangan yang harus dipecahkan. Beberapa
alternatif konsep produk dapat ditemukan. Dalam tahap ini konsep diagram alir
rancangan turbin air crossflow sebagai berikut :
3.5.1 Analisis Morfologi
Analisis morfologi merupakan pendekatan yang sistematis dan terstruktur
dalam mencari alternatif pemecahan masalah. Sebagai pengembangan produk
pemahaman karakteristik turbin air cross flow dan penguasaan karakteristik trubin
air cross flow sangat dibutuhkan dalam penyelesaian masalah. Materi dasar inilah
yang selanjutnya akan dikembangkan sebagai acuan memilih komponen turbin air
cross flow yang ekonomis, sesuai perhitungan teknis dan memiliki tampilan yang
menarik.
Berdasarkan penjelasan terkait diatas dapat memberikan gambaran mengenai
kebutuhan turbin air cross flow. Gambaran mengenai spesifikasi tersebut dapat
diektegorikan menjadi 2 yaitu:
1. Keharusan / D (Demands) = yaitu merupakan syarat mutlak yang harus
dimiliki trubin air cross flow sebagai sarana pemecahan masalah yang
terdapat dalam lokasi pemangan.
2. Keinginan / W (Wishes) = yaitu syarat yang masih dapat dipertimbangkan
keberadaannya sebagai nilai tambah yang terdapat pada turbin air cross flow
mesin tersebut.
47
Tabel 3.4 Spesifikasi Turbin Air Cross Flow
No. Tuntutan
Perancangan Persyaratan
Tingkat
Kebutuhan
1 Debit & Head a. Mempunyai kapasitas air untuk memutar
runner turbin D
b. Kecepatan aliran air D
2 Kinematika a. Arah aliran tetap D
b. Mekanismenya mudah beroperasi D
3 Geometri a. Panjang D
b. Lebar D
c. Tingi D
d. Dimensi dapat diperbesar atau diperkecil W
4 Energi a. Aliran air D
5 Material a. Mudah didapat dan murah D
b. Tahan korosi dan cuaca D
c. Sesuai standar teknis D
d. Umur pemakaian yang panjang D
e. Sifat mekanisnya baik D
6 Ergonomis a. Sesuai dengan kebutuhan D
b. Tidak bising D
c. Mudah dioperasikan D
7 Sinyal a. Petunjuk pengoperasian mudah dipahami D
8 Keselamatan a. Konstruksi harus kokoh D
b. Bagian yang berbahaya harus ditutup D
c. Tidak menimbulkan polusi D
9 Produksi a. Dapat diproduksi dibengkel kecil D
b. Suku cadang murah dan mudah didapat D
c. Biaya produksi relatif murah W
d. Dapat dikembangkan lagi W
10 Perawatan a. Biaya perawatan murah D
b. Perawatan mudah dilakukan D
c. Perawatan secara berkala W
Berdasarkan cara kerja identifikasi kebutuhan dan keterangan spesifikasi
turbin air, perancangan Turbin Air Cross Flow ditentukan atas berbagai
pertimbangan sebagai berikut :
a. Perancangan Detail Turbin Air Cross Flow menggunakan tenaga penggerak
utamanya adalah air.
b. Desain perancangan Turbin Air Cross Flow yang ergonomis dengan dimensi
yang nyaman bagi operator dan mudah disesuaikan dengan lokasi sekitar,
48
c. Mudah dalam pengoperasian serta perawatan cadang mesin.
d. Membantu sistem dalam penerangan jalan.
Alternatif penyelesaian tugas design dengan menggunakan matriks morfologi
(tabel 3.5).
Tabel 3.5 Matriks Morfologi Turbin Air Cross Flow
No. Variabel
Varian yang memungkinkan Varian
yang
dipilih A B C D
1 Draft Tube
C
2 Runner
D
3 Rangka
B
4 Poros
A
5 Pillow
Block
B
6 Transmisi
D
7 Pembangkit
Listrik
A
49
Dari hasil matriks morfologi tabel 3.5 turbin air cross flow varian yang dipilih
pada draft tube (C), runner (D), rangka (B), poros (A), pillow block (B), transmisi
(D) dan pembangkit listrik (A).
3.6 Perancangan Detail Desain Turbin Air Cross Flow
Perancangan Detail Turbin Air Cross Flow untuk susunan komponen dan
bentuk dapat dilihat pada gambar 3.3.
3.6.1 Desain Turbin Air Cross Flow
Gambar 3.3. Desain Perancangan Turbin Crossflow
Keterangan :
1. Plat penghubung 6. Rumah turbin tutup atas depan
2. Runner 7. Sudu arah
3. Poros & Body samping 8. Saluran masuk air
4. Rumah turbin bawah 9. Pillow Block
5. Rumah turbin tutup atas belakang 10. Bearing