29 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 PENDAHULUAN Metodelogi penelitian merupakan cara atau prosedur yang berisi tahapan tahapan yang jelas dan runtut yang disusun secara sistematis dalam proses penelitian. Tiap tahapan maupun bagian yang menentukan tahapan selanjutnya sehingga haru dilalui dengan teliti. Pada Bab ini juga akan dijelaskan alat bantu yang digunakan dalam proses penelitian. 3.2 ALAT BANTU PENELITIAN Analisa untuk mendapatkan pengaruh dari perubahan posisi penempatan Turbin Hydrocoil pada Pipa Siphon terhadap performasi Turbin Hydrocoil dilakukan dengan menggunakan metode Computational Fluid Dynamics (CFD). Perangkat lunak yang digunakan dalam metode CFD adalah ANSYS CFX 15.0. Proses perancangan Pipa Siphon dan Turbin Hydrocoil digambar menggunakan Software Solidwork 2017. 3.3 DIAGRAM ALIR PENELITIAN Tahapan penelitian dimulai dari tahap medesain Turbin Hydrocoil dan Pipa Siphon. Selanjutnya dilakukan perhitungan untuk mendapatkan nilai debit air dan kecepatan air di masing masing variasi. Parameter parameter tersebut digunakan sebagai nilai input yang dibutuhkan pada tahap simulasi dengan software ANSYS CFX. Tahapan tahapan dalam metode penelitian ini selengkapnya ditunjukan pada Gambar 3.1.
30 MULAI Membuat Desain Turbin Hydrocoil, Pipa Siphon dan Rotation Region Menghitung Debit Optimum (Qopt) pada Penstock dan Tekanan Total pada Inlet Pipa di masing masing variasi posisi Turbin Hydrcoil pada Pipa Siphon Simulasi Tahap Geometry: Memasukkan gambar desain Turbin Hydrocoil ke Design Modeler Melakukkan boolean substract untuk mendapatkan daerah yang tersisi fulida di sekitar runner Turbin Hydrocoil. Simulasi Tahap Meshing Simulasi Tahap Setup: Mengatur Analisis steady-state Membuat Domain yang terdiri dari domain Pipa Siphon dan Rotation Region Membuat Boundary Condition untuk Tiga variasi penempatan Turbin Hydrocoil pada Pipa Siphon, dengan variasi kecepatan 100 rpm, 300 rpm, 500 rpm, 700 rpm, 900 rpm, 1.100 rpm, 1.300 rpm, 1.500 rpm dan 1.700 rpm Membuat Interface Running Process Tren data seperti data eksperimen Tidak Ya Analisis Hasil Kesimpulan SELESAI Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
31 3.4 PROSEDUR PENELITIAN Prosedur penelitian ini dilakukan dalam dua tahapan. Tahap pertama adalah tahap desain untuk mendapatkan desain Pipa Siphon dan turbin Hydrocoil. Tahap kedua adalah tahap simulasi untuk menganalisa hubungan anatara penempatan Turbin Hydrocoil pada Pipa Siphon dengan performasi Turbin Hydrocoil yang dilakukan dengan metode CFD. 3.4.1 Prosedur Penelitian Tahap Desain a. Desain Turbin Hydrocoil Desain Turbin Hydrocoil yang akan digunakan dalam penilitian ini merujuk pada desain Prototype Turbin Hydrocoil yang telah dibuat oleh (Aprilliyanto, Indarto, & Prajitno, 2013) dalam jurnalnya yang berjudul Design of a Prototype Hydro Coil Turbine Applied as Micro Hydro Solution, desain tersebut secara skematis dapat dilihat pada Gambar 3.2. Nilai parameter Turbin Hydrocoil yang menjadi acuan dalam mendesain Turbin tersebut juga merujuk pada ukuran desain Turbin Hydrocoil yang telah dirancang oleh (Aprilliyanto, Indarto, & Prajitno, 2013), Nilai Parameter Turbin Hydrocoil tersebut ditunjukan pada Tabel 3.1. Tabel 3.1 Parameter Turbin Hydrocoil No. Specification 1. Length Coil A (m) 0.12 2. Length Coil B (m) 0.095 3. Length Coil C (m) 0.085 4. 1 in Coil A (degrees) 83 5. 2 in Coil B (degrees) 79 6. 3 in Coil B (degrees) 71 7. D i Ribbon Drive (m) 0.019 8. D o Ribbon Drive (m) 0.108 (Sumber: Aprilliyanto, Indarto, & Prajitno, 2013)
32 Gambar 3.2 Desain Turbin Hydrocoil b. Desain Pipa Siphon Desain Pipa Siphon pada penelitian ini menggunakan pipa standar berdiameter nominal 5 inch dengan diameter luar sebesar 141,3 mm dan diameter dalam sebesar 125 mm. Sudut kemiringan pipa Siphon didesain sebesar 90. Pada Gambar 3.3 menunjukan desain pipa siphon yang akan digunakan dalam penelitian ini dengan metode computational fluid dynamics. Gambar 3.3 Desain Pipa Siphon
33 Pada penelitian ini posisi penempatan Turbin Hydrocoil pada pipa Siphon akan divariasikan. Pada variasi pertama Turbin Hydrocoil akan ditempatkan pada sisi dekat inlet pipa Siphon. Sedangkan, untuk variasi kedua Turbin Hydrocoil akan ditempatkan pada punuk Pipa Siphon. Pada Variasi ketiga Turbin Hydrocoil akan ditempatkan pada sisi dekat outlet Pipa Siphon. Variasi pemempatan Turbin Hydrocoil pada Pipa Siphon selengkapnya ditunjukan oleh Gambar 3.5, Gambar 3.6 dan Gambar 3.7. Desain Skematik dalam penelitian ini ditunjukkan oleh Gambar 3.4. Gambar 3.4 Gambar Skematik Desain Penelitian Gambar 3.5 Variasi 1 Posisi Turbin Hydrocoil pada Pipa Siphon
34 Gambar 3.6 Variasi 2 Posisi Turbin Hydrocoil pada Pipa Siphon Gambar 3.7 Variasi 3 Posisi Turbin Hydrocoil pada Pipa Siphon 3.4.2 Prosedur Penelitian Tahap Simulasi CFD Tahap simulasi adalah tahap mensimulasikan desain dengan metode CFD. Software yang digunakan pada tahap simulasi ini adalah ANSYS CFX 15.0. Proses dari tahap simulasi dibagi kedalam lima tahapan yang berurutan, yaitu tahap Geometry, Meshing, Setup, Solution dan Result.
35 a. Tahap Geometry Pada tahap ini, geometri objek yang akan dimusimulasikan didefinisikan. Penelitian ini menggunakan tipe domain (daerah) Rotating Frame of Reference, sehingga perlu didefinisikan daerah yang berputar (rotating) dan daerah yang diam (stationaty). Daerah yang berputar (rotation region) didefinisikan sebagai suatu daerah yang melingkupi rotor turbin, sehingga daerah ini lebih besar dari rotor turbin tetapi lebih kecil dari casing turbin. Ilustrasi pendefinisian daerah rotation region ditunjukan pada Gambar 3.8. Rotation Region Gambar 3.8 Ilustrasi pendefinisian Daerah Rotation Region Pada penelitian ini Geometri Objek yang digunakan adalah bagian yang terisi penuh oleh air, sehingga langkah yang dilakukan adalah melakukan boolean subtract untuk mengurangi ataupun menghilangkan bagian bagian yang tidak dipenuhi oleh air, seperti sudu sudu turbin dan poros. b. Tahap Meshing Tahap Meshing merupakan tahap pemilihan gridding strategy. Pada tahap ini dilakukan pemilihan dan pengaturan strategi meshing atau pencacahan objek. Hasil mesh yang didapatkan dari tahap ini akan menjadi acuan perhitungan ditahap selanjutnya. Langkah yang dilakukan meliputin pengaturan ukuran mesh, tingkat kehalusan mesh dan metode mesh. Ilustrasi Proses Meshing ditunjukkan oleh Gambar 3.9.
36 Gambar 3.9 Ilustrasi Proses Meshing Ilustrasi dari proses meshing pada suatu objek yang telah didefinisikan sebelumnya pada tahap geometry dapat dilihat pada Gambar 3.9. Sebelum masuk pada tahap setup, seluruh objek yang akan disimulasikan harus telah selesai dilakukan proses meshing. Bila proses meshing tidak selesai dilakukan atau objek gagal dilakukan meshing, maka tahap setup tidak akan dapat dilakukan. c. Tahap Setup Pada tahap ini, dilakukan beberapa pengaturan terkait permasalahan yang akan dianalisis. Langkah yang dilakukan meliputi pengaturan analysis type berupa analisis steady state, domain berupa rotationg domain dan stationary domain, boundary condition, dan interface. Model turbulensi yang akan digunakan pada penelitian ini adalah Shear Strees Transport (SST). d. Tahap Solution Tahap solution adalah tahap perhitungan numeris yang dilakukan oleh komputer. Pada tahap ini, langkah yang dilakukan adalah memulai proses running dengan meng-klik start run. Waktu yang dibutuhkan dalam tahap solution tersebut tergantung dari tingkat kerumitan objek disimulasikan.
37 e. Tahap Result Tahap result atau yang juga disebut CFD-Post merupakan tahap untuk menampilkan hasil dari perhitungan numeris yang telah selesai dilakukan pada tahap solution. Beberapa hal yang dapat dilakukan untuk melihat hasil dalam tahap ini adalah menampilkan contour, streamline, vector, hasil perhitungan torsi, perhitungan tekanan, dan lain sebagainya. Hasil perhitungan torsi tersebut kemudian akan dimasukkan kedalam Persamaan 2.2 untuk mendapatkan nilai daya turbin di berbagai variasi pemposisian pada semua variasi kecepatan putar. Nilai efisiensi turbin didapatkan dengan membandingkan nilai daya turbin dengan daya optimal turbin.