bab iii metode perancangan 3.1 jenis perancanganeprints.umm.ac.id/56340/5/bab iii.pdf · 38 bab iii...

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










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

bab iii metode perancangan 3.1 jenis perancanganeprints.umm.ac.id/56340/5/bab iii.pdf · 38 bab iii...

Documents