• Tidak ada hasil yang ditemukan

Rancang Bangun Turbin Vortex dengan Casing Berpenampang Spiral yang Menggunakan Sudu Berdiameter 32cm pada 3 Variasi Jarak Antara Sudu dan Saluran Keluar

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2016

Membagikan "Rancang Bangun Turbin Vortex dengan Casing Berpenampang Spiral yang Menggunakan Sudu Berdiameter 32cm pada 3 Variasi Jarak Antara Sudu dan Saluran Keluar"

Copied!
75
0
0

Teks penuh

(1)

RANCANG BANGUN TURBIN VORTEX DENGAN

CASING BERPENAMPANG SPIRAL YANG

MENGGUNAKAN SUDU DIAMETER 32 CM PADA 3

VARIASI JARAK ANTARA SUDU DAN SALURAN

KELUAR

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

BELLY BOYKING SIHALOHO 090421058

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

KATA PENGANTAR

Puji Syukur Penulis Panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-Nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul “Rancang Bangun Turbin Vortex dengan Casing berpenampang Spiral yang menggunakan Sudu berdiameter 32cm pada 3 variasi jarak antara Sudu dan saluran keluar”.

Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan Strata-1 (S1) Ekstensi pada Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Dalam menyelesaikan Skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, Doa dan bantuan baik materiil, moril, maupun spirit dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk itu sebagai manusia yang harus tahu terimakasih, degan penuh ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih yang tak terhingga :

1. Bapak Dr. Ing. Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

2. Bapak Ir. M . Syahril Gultom, MT Selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara dan selaku dosen pembimbing, yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis.

3. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus ST.MT dan Bapak Ir. Halim Nasution Msc Selaku dosen pembanding I dan II yang telah memberikan saran dan arahan dalam penyelesain skripsi ini.

4. Kedua orang tua penulis, W.Sihaloho dan R.Simanihuruk.SPd yang tidak pernah putus-putusnya memberikan dukungan, doa, moril serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis.

(3)

6. Seluruh Saudara penulis, Gompar P Sihaloho.SP, Dewi Yuli Sihaloho.AMKeb, Jimmy Sihaloho, Pandi Sihaloho, Cepry Sihaloho yang selalu saling membantu demi mencapai cita-cita.

7. Rekan-rekan satu tim kerja, Bayu, Endi, Gibran, Stefanus, dan Musa yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan saran dan kritik.

8. Seluruh rekan mahasiswa Ekstensi angkatan 2009 yang telah bersama-sama melewati masa-masa selama kuliah di teknik Mesin Universitas Sumatra Utara.

9. Kepada Abangda Lilik yang selama ini telah memberikan nasehat dan masukan yang membuat penulis semakin bersemangat didalam menyelesaikan Skripsi ini.

Penulis meyakini bahwa tulisan ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima saran, usul, dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca. Terima Kasih .

Medan, 1 Februari 2014

Penulis

(4)

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

DAFTAR ISI ... iii

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... x

DAFTAR NOTASI... xi

ABSTRAK ... xii

BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang ... 1

1.2Tujuan Perancangan ... 2

1.3Manfaat Perancangan ... 3

1.4Batasan Masalah... 3

1.5Metodologi Perancangan ... 3

1.6Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1Potensi Energi Air ... 6

2.2Mesin-Mesin Fluida ... 7

2.3Pengertian Turbin Air ... 7

2.4Komponen – Komponen Turbin ... 9

2.5Jenis-Jenis Turbin Air... 10

2.5.1 Turbin Impuls ... 11

2.5.2 Turbin Reaksi ... 14

2.6 Klasifikasi Turbin... 17

2.6.1 Klasifikasi Berdasarkan Ketinggian Jatuh Air ... 17

(5)

2.6.3 Klasifikasi Berdasarkan Arah Aliran Fluida ... 20

2.7 Turbin Vortex (Pusaran Air) ... 20

2.7.1 Cara Kerja Turbin Vortex ... 21

2.7.2 Komponen Utama Turbin Vortex ... 22

2.7.3 Keunggulan Turbin Vortex ... 22

2.7.4 Pengaruh Turbin Vortex Pada Lingkungan ... 22

2.7.5 Pengembangan Turbin Vortex di Air Sungai ... 24

2.8 Aliran Vortex ... 26

2.8.1 Aliran Vortex Bebas ... 26

2.8.2 Aliran Vortex Paksa ... 27

2.8.3 Aliran Vortex Kombinasi ...27

2.9 Penampang Air ... 28

2.10 Lubang Masuk( Inlet area) ... 29

BAB III METODOLOGI DAN ALAT PENELITIAN 3.1 Umum ... 30

3.2 Rancang Bangun Instalasi ... 31

3.2.1 Rumah Turbin (Cesing) ... 31

3.2.2 Poros Turbin ... 31

3.2.3 Sudu Turbin ... 31

3.2.4 Bantalan (bearing) ... 33

3.2.5 Dudukan Turbin ... 33

(6)

3.2.7 Talanng ... 34

3.3 Peralatan pengujian ... 34

3.3.1 Hand Tachometer... 34

3.3.2 Timbangan Pegas ... 35

3.3.3 Pulley ... 35

3.3.4 Pompa... 36

3.4 Pelaksanaan Pengujian ... 37

3.5 Penentuan Debit Aliran Air ... 41

3.6 Penentuan Kecepatan Aliran Air Pada Penampang ... 42

3.7 Analisa Segitiga Kecepatan ... 43

3.7.1 Analisa Segitiga Kecepatan Pada Sisi Masuk ... 46

3.7.2 Analisa Segitiga Kecepatan Pada Sisi Keluar ... 47

BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA 4.1 Perhitungan Efisiensi Turbin Vortex Casing Berpenampang Spiral Dengan Diameter Saluran Buang 6 cm (Dengan Ketinggian Antara Sudu Dengan Saluran Buang 2,4,6 cm) ... 49

4.1.1 Efisiensi Turbin Vortex Dengan Jarak Antara Sudu Dengan Saluran Buang Ketinggian 2 cm ... 50

4.1.2 Efisiensi Turbin Vortex Dengan Jarak Antara Sudu Dengan Saluran Buang Ketinggian 4 cm ... 53

(7)

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ... 59

5.2 Saran ... 60

DAFTAR PUSTAKA

(8)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Sudu Turbin Pelton 12

Gambar 2.2 Turbin Pelton 12

Gambar 2.3 Turbin Crossflow 14

Gambar 2.4 Turbin Kaplan dengan sudu jalan yang dapat diatur 15

Gambar 2.5 Turbin Francis 16

Gambar 2.6 Turbin Vortex 17

Gambar 2.7 Rumah Turbin Vortex 22

Gambar 2.8 Gravitasi Air Pembangkit Listrik Pusaran

Sebagai Bio Reaktor 24

Gambar 2.9 Gravitation Water Vortex Power Plants 25

Gambar 2.10 Tipe – Tipe Vortex 28

Gambar 2.11 Beberapa Tipe Lubang Masuk (inlet area) 29

Gambar 3.1 Casing Spiral 31

Gambar 3.2 Sudu Turbin Vortex 33

Gambar 3.3 Bantalan (bearing) 33

Gambar 3.4 Dudukan Turbin 33

Gambar 3.5 Instalasi Turbin Vortex tampak Depan 34

Gambar 3.6 Hand Tachometer 35

(9)

Gambar 3.9 Pompa Pengumpan 36

Gambar 3.10 Instalasi Penampang 42

Gambar 3.11 Segitiga Kecepatan Pada Konstruksi Roda Jalan 44

Gambar 3.12 Segitiga Kecepatan Pada Sisi Masuk dan Sisi Keluar 48

Gambar 4.1 Grafik Torsi vs Efisiensi Pada Jarak Sudu Dengan

Saluran Keluar Ketinggian 2 cm 51

Gambar 4.2 Grafik Torsi vs Putaran Pada Jarak Sudu Dengan

Saluran Keluar Ketinggian 2 cm 52

Gambar 4.3 Grafik Putaran vs Daya Turbin Pada Jarak Sudu Dengan

Saluran Keluar Ketinggian 2 cm 52

Gambar 4.4 Grafik Torsi vs Efisiensi Pada Jarak Sudu Dengan

Saluran Keluar Ketinggian 4 cm 54

Gambar 4.5 Grafik Torsi vs Putaran Pada Jarak Sudu Dengan

Saluran Keluar Ketinggian 4 cm 55

Gambar 4.6 Grafik Putaran vs Daya Turbin Pada Jarak Sudu Dengan

Saluran Keluar Ketinggian 4 cm 55

Gambar 4.7 Grafik Torsi vs Efisiensi Pada Jarak Sudu Dengan

Saluran Keluar Ketinggian 6 cm 57

Gambar 4.8 Grafik Torsi vs Putaran Pada Jarak Sudu Dengan

Saluran Keluar Ketinggian 6 cm 58

Gambar 4.9 Grafik Putaran vs Daya Turbin Pada Jarak Sudu Dengan

(10)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Klasifikasi Turbin Air Berdasarkan Tinggi Jatuh Air 18

Tabel 2.2 Klasifikasi Berdasarkan Putaran Spesifik 19

Tabel 2.3 Klasifikasi Berdasarkan Arah Aliran Fluida 20

Tabel 3.1 Percobaan Aliran Debit Air Berdasarkan Tekanan Pompa Air 41

Tabel 4.1 Nilai Laju Aliran Massa Lubang buang 6 cm

Ketinggian 2,4,6cm 49

Tabel 4.2 Hasil perhitungan percobaan pada jarak antara sudu dengan

Saluran buang ketinggian 2 cm 51

Tabel 4.3 Hasil perhitungan percobaan pada jarak antara sudu dengan

saluran buang ketinggian 4cm 54

Tabel 4.4 Hasil perhitungan percobaan pada jarak antara sudu dengan

(11)

DAFTAR NOTASI

Lambang Arti

A Luas (m)

SATUAN

b Lebar Penampang (m)

D1 Diameter Roda Jalan Sisi Masuk (m)

D2 Diameter Roda Jalan Sisi Keluar (m)

Dt Diameter Turbin (m)

Dp Diameter Poros (m)

f Koefisien

Ft Gaya Tekanan (N)

Fr Gaya Radial (N)

Fa Gaya Aksial (N)

g konstanta Gravitasi (9,81 m/s)

H Head (m)

k Koefisien Losses

L Panjang (Jarak Antara Sudu) (m)

n Putaran Operasi (rpm)

ns Putaran Spesifik (rpm)

N Jumlah Sudu

P Daya (Watt)

Q Debit Aliran (m3/s)

t Tebal Sudu Roda Jalan (m)

U Kecepatan Tangensial (m/s)

V Kecepatan (m/s)

(12)

ABSTRAK

Energi pada saat sekarang ini semakin berkurang akibat penggunaan energi fosil secara berlebihan di semua bidang. Ilmuan di seluruh dunia menyadari hal ini dan mencoba berbagai energi alternatif. Salah satu sumber energi saat ini yang banyak dilakukan penelitian adalah arus air. Indonesia adalah negara agraris yang menghasilkan air secara terus menerus, sehingga turbin air lebih diutamakan dari turbin angin karena angin di Indonesia relatif stabil. Microhydro ataupun picohydro yang dibuat biasanya memanfaatkan air terjun dengan head jatuh yang besar, sedangkan untuk aliran sungai dengan head jatuh yang kecil dimanfaatkan dengan optimal.Hal ini menjadi referensi untuk memanfaatkan aliran sungai dengan mengubahnya menjadi aliran vortex. Tujuan dari perancangan ini adalah untuk melihat pengaruh tinggi sudu turbin terhadap performansi turbin.

Turbin vortex ini dirancang dengan debit air 0.0052 m3/s dan kecepatan air 1.44 m/s menggunakan casing berpenampang spiral berbahan akrilik dengan sudu berbahan seng. Hasil dari perancangan ini diharapkan akan bermanfaat untuk pengguna turbin vortex,sehingga didapat turbin vortex yang aman pada saat digunakan.

(13)

ABSTRAK

Energi pada saat sekarang ini semakin berkurang akibat penggunaan energi fosil secara berlebihan di semua bidang. Ilmuan di seluruh dunia menyadari hal ini dan mencoba berbagai energi alternatif. Salah satu sumber energi saat ini yang banyak dilakukan penelitian adalah arus air. Indonesia adalah negara agraris yang menghasilkan air secara terus menerus, sehingga turbin air lebih diutamakan dari turbin angin karena angin di Indonesia relatif stabil. Microhydro ataupun picohydro yang dibuat biasanya memanfaatkan air terjun dengan head jatuh yang besar, sedangkan untuk aliran sungai dengan head jatuh yang kecil dimanfaatkan dengan optimal.Hal ini menjadi referensi untuk memanfaatkan aliran sungai dengan mengubahnya menjadi aliran vortex. Tujuan dari perancangan ini adalah untuk melihat pengaruh tinggi sudu turbin terhadap performansi turbin.

Turbin vortex ini dirancang dengan debit air 0.0052 m3/s dan kecepatan air 1.44 m/s menggunakan casing berpenampang spiral berbahan akrilik dengan sudu berbahan seng. Hasil dari perancangan ini diharapkan akan bermanfaat untuk pengguna turbin vortex,sehingga didapat turbin vortex yang aman pada saat digunakan.

(14)

BAB I

PENDAHULUAN

I.1.

Latar Belakang

Saat ini penggunaan energi yang paling banyak digunakan di dunia adalah sumber energi fosil. Penggunaan energi tersebut secara terus menerus yang mengarah pada krisis energi membuat banyak orang untuk mencari sumber energi alternatif. Salah

satu sumber energi yang saat ini sedang banyak dilakukan penelitian adalah arus air. Alih fungsi turbin angin menjadi turbin air perlu dilakukan studi lebih lanjut tentangnya. Massa jenis air yang hampir 1000 kali lipat massa jenis udara menyebabkan gaya dan

torsi yang mempengaruhi turbin semakin besar.

Pembangkit listrik tenaga air saat ini menjadi salah satu pilihan dalam memanfaatkan sumber energi terbarukan. Namun pemanfaatan yang ada masih menggunakan teknologi yang sedehana. Pembangkit Listrik jenis ini dalam proses pembuatannya sangat ekonomis namun masih dalam skala kecil. Artinya pembangkit-pembangkit ini hanya mampu mencukupi pemakaian energi listrik untuk sejumlah rumah saja. Jenis Pembangkit Listrik Tenaga Air ini sering disebut Microhydro atau sering juga disebut Picohydro tergantung keluaran daya listrik yang dihasilkan.

Microhydro ataupun Picohydro yang dibuat biasanya memanfaatkan air terjun dengan head jatuh yang besar. Sedangkan untuk aliran sungai dengan head

(15)

Seorang Peneliti dari Jerman Viktor Schauberger mengembangkan teknologi aliran vortex (pusaran) untuk diterapkan pada pemodelan turbin air. Aliran vortex yang juga dikenal sebagai aliran pulsating atau pusaran dapat terjadi pada suatu fluida yang mengalir dalam suatu saluran yang mengalami perubahan mendadak. Fenomena aliran vortex sering kali dijumpai pada pemodelan sayap pesawat, aliran vortex cendrung dianggap sebagai suatu kerugian dalam suatu aliran fluida. Dalam penelitiannya Viktor Schauberger, memanfaatkan aliran irigasi yang kemudian diubah menjadi aliran vortex (pusaran), yang kemudian dimanfaatkan untuk menggerakkan sudu turbin. Dari penelitian ini didapatkan efisiensi sebesar 75 % dengan tinggi air jatuh 0,6 m. Namun pada penelitiannya Viktor Schauberger tidak menjelaskan pengaruh tinggi sudu turbin. Bertolak dari kondisi tersebut di atas maka penyusun melakukan penelitian untuk melihat pengaruh tinggi sudu turbin terhadap performansi turbin.

I.2. Tujuan Perancangan

Untuk mendapatkan rancangan casing turbin vortex, rancangan poros, rancangan sudu dan bantalan serta bahan yang sesuai sehingga dapat di ketahui pengaruh luas saluran buang dan jarak sudu dari dasar casing terhadap:

1. Torsi dan putaran poros maksimum yang dihasilkan turbin.

2. Daya optimal turbin yang dihasilkan.

3. Efisiensi turbin.

I.3. Manfaat Perancangan

(16)

1. Hasil dari rancangan ini diharapkan akan bermanfaat untuk pengguna turbin vortex, sehingga didapat turbin vortex yang aman pada saat digunakan.

2. Memberi sumbangan yang berarti bagi perkembangan teknologi energi terbaru bagi indonesia.

3. Membantu masyarakat melakukan penghematan secara ekonomis, terutama masyarakat pedalaman yang memiliki sumber air yang baik.

I.4.

Batasan Masalah

Dalam penulisan laporan tugas akhir ini ada beberapa batasan masalah yang diberikan agar penelitian ini lebih terarah, yaitu:

1. Pengamatan kinerja turbin dianalisa terhadap aliran vortex pada casing rumah sudu Spiral.

2. Tipe sudu yang digunakan adalah lengkung.

3. Diameter Casing Turbin 90 cm dan Tinggi Casing Turbin 100 cm

4. Jumlah sudu yang digunakan adalah 8

5. Tinggi sudu turbin adalah 90 cm.

I.5. Metodologi Perancangan

Adapun metode pengumpulan data dalam skripsi ini adalah sebagai berikut:

1) Pengujian

Penulis melakukan pengujian langsung pada turbin air vortex untuk memperoleh data yang akan diolah.

2) Studi Pustaka

(17)

b) Melakukan diskusi dengan dosen pembimbing dan sesama mahasiswa.

I.6.

Sistematika Penulisan

Agar penyusunan skripsi ini dapat tersusun secara sistematis dan mempermudah pembaca memahami tulisan ini, maka skripsi ini dibagi dalam beberapa bagian, yaitu:

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini menjelaskan pendahuluan tentang studi kasus dan pemecahan masalah yang berisi antara lain : latar belakang, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah dan sistematika penulisan.

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini berisi tentang dasar teori dari topik yang dikaji dan digunakan sebagai landasan dalam memecahkan masalah dan menganalisis permasalahan tersebut meliputi penjelasan mengenai Fluida, Huku m Bernoulli, Aliran vortex, Turbin air, Klasifikasi Turbin air dan performansi dan efisiensi.

BAB III : METODOLOGI DAN ALAT PENELITIAN

Bab ini berisi tentang beberapa tahapan persiapan sebelum pengujian, prosedur pengujian, dan diagram alir pengujian.

BAB IV : PENGOLAHAN DATA DAN ANALISA DATA

Bab ini berisi tentang pembahasan dari data-data yang diperoleh yakni analisa torsi turbin, daya turbin dan efisiensi turbin

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

(18)

DAFTAR PUSTAKA

BAB II

(19)

2.1

Potensi Energi Air

Air merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah didapat, karena pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air mengalir). Tenaga air (hydropower) adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listri. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun ataupun aliran air disungai. Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk pembangkit tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi kinetik.

Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber air bergantung pada besarnya head dan debit air. Banyaknya sungai dan danau air tawar yang ada di Indonesia merupakan modal awal untuk pengembangan energi air ini. Namun eksploitasi terhadap sumber energi yang satu ini juga harus memperhatikan ekosistem lingkungan yang sudah ada. Pemanfaatan energi air pada dasarnya adalah pemanfaatan energi potensial gravitasi. Energi mekanik aliran air yang merupakan transformasi dari energi potensial gravitasi dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin atau kincir. Umumnya turbin digunakan untuk membangkitkan energi listrik sedangkan kincir untuk pemanfaatan energi mekanik secara langsung. Untuk aliran yang melewati turbin, maka besar daya yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan :

P = ρ.g.Q.Heff.ŋt dimana : P = daya air (watt) ρ = massa jenis air (kg/m

3

) Q = debit aliran (m3/det2) g = gravitasi bumi (m/det2) Heff = head efektif (m)

Ŋt = effisiensi turbin (0.75-0.90) direncanakan 90 %

(20)

Mesin-mesin fluida adalah mesin-mesin yang berfungsi untuk mengubah energi mekanis menjadi energi fluida ( energi potensial dan energi mekanis ) atau sebaliknya yaitu merubah energi fluida menjadi energi mekanis sesuai dengan pengertian diatas, maka klasifikasi mesin-mesin fluida secara umum adalah :

1. Mesin-mesin tenaga

Mesin-mesin tenaga merupakan mesin fluida yang dapat merubah energi fluida menjadi energi mekanis. Yang termasuk dalam kelompok ini adalah

turbin air dan kincir air

2. Mesin-mesin kerja

Mesin-mesin kerja merupakan mesin fluida yang dapat merubah energi mekanis menjadi energi fluida. Yang termasuk dalam kelompok ini adalah

pompa, blower, kolpresor, dan fan.

Sesuai dengan spesifikasi tugas yang diberikan maka dalam tulisan ini akan dibahas mengenai turbin air secara khusus.

2.3 Pengertian Tubin Air

Turbin air yaitu suatu mesin yang dipergunakan untuk mengamil tenaga air untuk diubah menjadi tenaga listrik, jadi berfungsi untuk mengubah tenaga air menjadi tenaga mekanis, sedangkan tenaga mekanis ini diubah menjadi tenaga listrik oleh generator.

Turbin adalah mesin penggerak dimana energi fluida kerja dipergunakan langsung untuk memutar sudu turbin. Bagian turbin yng bergerak dinamakan rotor atau sudu turbin, sedangkan bagian yang tidak berputar dinamakan stator atau rumah turbin. Secara umum, turbin adalah alat mekanika yang terdiri dari poros dan sudu-sudu. Sudu tetap ataupun stationary blade, tidak ikut berputar bersama poros, dan berfungsi mengarahkan aliran fluida. Sedangkan sudu putar atau

(21)

Ada beberapa kesamaan teori dari turbin air dan pompa air, dengan perbedaan utama energi transfer yang berkebalikan. Turbin air mengubah energi potensial dari air menjadi energi mekanis putaran poros. Sedangkan pompa air mengubah energi mekanis putaran poros menjadi gerak aliran air.

Turbin konvensional, dalam kelompok mesin penggerak mula atau prime movers ada tiga macam yaitu :

1. Turbin air dengan media kerja air.

2. Turbin gas dengan media kerja gas panas yang bertekanan. 3. Turbin uap dengan media kerja uap.

Ketiga macam turbin tersebut mempunyai kemiripan dalam konstruksi, namun beda dalam termodinamikanya, karena fluida kerjanya yang tidak sama.

Teori turbin air bertujuan terutama untuk mendapatkan kerja optimum dalam pemanfaatan energi air pada suatu kondisi oprasi tertentu. Dasar kerja turbin air sangat sederhana ini sudah ditemukan sebelum dimulainya tahun masehi. Teknologi turbin air merupakan perkembangan dari kincir air (water wheel). Perbedaan utama antara kinci air dan turbin air adalah bahwa kincir air hanya mengubah kecepatan aliran, sedangkan turbin air mengubah arah dan kecepatan aliran.

Pada saat sekarang, penggunaan turbin air lebih banyak digunakan dibandingkan kincir air. Hal ini disebabkan karena turbin air mempunyai keuntungan-keuntungan antara lain :

1. Ruang yang diperlukan lebih kecil.

2. Dapat beroperasi dengan kecepatan yang lebih tinggi.

3. Mampu membangkitkan daya yang lebih besar dengan ukuran yang relatif kecil.

4. Daerah putaran (rpm) yang lebih luas, sehinga memungkinkan hubungan langsung dengan generator.

(22)

6. Dapat bekerja terendam didalam air.

7. Mempunyai efisiensi yang relatif lebih baik.

8. Dapat dikontruksikan dengan poros mendatar maupun tegak.

2.4 Komponen-komponen Turbin

1. Stator

Stator turbin terdiri dari dua bagian, yaitu casing dan sudu diam (fixed blade). Namun untuk tempat kedudukan sudu-sudu diam yang pendek dipasang diapragma.

a. Casing

Casing atau shell adalah suatu wadah berbentuk menyerupai sebuah tabung dimana rotor ditempatkan. Pada ujung casing terdapat ruang besar mengelilingi poros turbin disebut exhaust hood, dan diluarcasing dipasang bantalan yang berfungsi untuk menyangga rotor.

b. Sudu Tetap

Sudu merupakan bagian dari turbin dimana konversi energi terjadi. Sudu terdiri dari bagian akar sudu, badan sudu dan ujung sudu. Sudu kemudian dirangkai sehingga membentuk satu lingkaran penuh.

Sudu-sudu tetap dipasang melingkar pada dudukan berbentuk piringan yang disebut diapragma. Pemasangan sudu-sudu tetap ini pada diapragma menggunakan akar berbentuk T sehingga memberi posisi yang kokoh pada sudu.

Diapragma terdiri dari dua bagian (atas dan bawah) dan dipasang pada alur-alur yang ada didalam casing. Setiap baris dari rangkaian sudu-sudu tetap ini membentuk suatu lingkaran penuh dan ditempatkan langsung didepan setiap baris dari sudu-sudu gerak

(23)

Rotor adalah bagian yang berutar terdiri dari poros dan sudu-sudu gerak yang terpasang mengelilingi rotor. Jumlah baris sudu gerak pada rotor sama dengan jumlah baris sudu diam pada casing. Pasangan antara sudu diam dan sudu gerak disebut tingkat (stage).

a. Poros

Poros dapat berupa silinder panjang yang solid (pejal) atau berongga (hollow). Pada umumnya poros turbin sekarang terdiri dari silinder panjang yang solid. Sepanjang poros dibuat alur-alur melingkar yang biasa disebut akar (root) untuk tempat dudukan, sudu-sudu gerak (moving blade).

b. Sudu Gerak

Sudu gerak adakah sudu-sudu yang dipasang di sekeliling rotor membentuk suatu piringan. Dalam suatu rotor turbin terdiri dari beberapa baris piringan dengan diameter yang berbeda-beda, banyaknya baris sudu gerak biasanya disebut banyaknya tingkat.

c. Bantalan

Bantalan berfungsi sebagai penyangga rotor sehingga membuat rotor dapat stabil/lurus pada posisinya didalam casing dan rotor dapat berputar dengan aman dan bebas. Adanya bantalan yang menyangga turbin selain bermanfaat untuk menjaga rotor turbin tetap pada posisinya juga menimbulkan kerugian mekanik karena gesekan. Sebagai bagian yang berputar, rotor memiliki kecenderungan untuk bergerak baik dalam arah radial maupun dalam arah aksial. Karena itu rotor harus ditumpu secara baik agar tidak terjadi pergeseran radial maupun aksial yang berlebihan. Komponen yang dipakai untuk keperluan ini disebut bantalan (bearing).

2.5 Jenis – Jenis Turbin

(24)

Sebelum berkembang menjadi turbin Pelton dan turbin Crossflow (jenis impuls), dan turbin Francis dan turbin Kaplan (jenis reaksi) seperti yang banyak ditemukan saat sekarang, beberapa jenis turbin dengan kontruksi yang relative sederhana telah mengawalinya. Di samping itu juga telah dilakukan upaya penyempurnaan dengan memodifikasi rancangan dari turbin-turbin yang sudah mapan seperti turbin Pelton, turbin Crossflow, turbin Francis, dan turbin Kaplan. Beberapa jenis turbin air dapat disebut seperti turbin Banki, turbin Fourneyron, turbin Girard, turbin Turgo, turbin Jonval, turbin Thomson, turbin Deriaz, turbin Heber, turbin Schwan-Krug. Turbin-turbin tersebut dinamakan sesuai dengan nama penemunya. Walaupun dari segi kepentingan tidak begitu besar artinya, namun dari kepentingan akademik, beberapa jenis turbin air ini perlu juga dikenal.

2.5.1 Turbin Impuls

Pada turbin impuls energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nosel. Air keluar nosel yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu tubir. Setelah membentur sudu turbin arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impuls). Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran air yang keluar dari nosel tekananya adalah sama dengan tekanan atmosfil sekitarnya. Beberapa contoh dari turbin impuls tubin pelton dan turbin crossflow.

1. Turbin Pelton.

(25)

Gambar 2.1 Sudu Tubin Pelton

Sumber :

Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris. Sudu dibentuk sedemikian sehingga pancaran air akan mengenai tengah-tengah sudu dan pancaran air tersebut akan berbelok ke kedua arah sehinga bisa membalikkan pancaran air dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya-gaya samping. Untuk turbin dengan daya yang besar, sistem penyemprotan airnya dibagi lewat beberapa nosel. Dengan demikian diameter pancaran air bisa diperkecil dan ember sudu lebih kecil. Turbin Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebih kurang 150 meter tetapi untuk skala mikro head 20 meter sudah mencukupi.

Gambar 2.2 Turbin Pelton

(26)

2. Turbin Crossflow (Turbin Michell-Banki).

Pada turbin impuls pelton beroperasi pada head relatif tinggi, sehingga pada head yang rendah operasinya kurang efektif atau efisiensinya rendah. Karena alasan tersebut, turbin pelton jarang dipakai secara luas untuk pembangkit listrik skala kecil. Sebagai alternatif turbin jenis impuls yang dapat beroperasi pada head rendah adalah turbin crossflow atau turbin impuls aliran ossberger. Turbin crossflow dapat dioperasikan pada debit 20 litres/sec hingga 10 m3/sec dan head antara 1 s/d 200 m. Komponen – komponen utama konstruksi turbin crossflow adalah sebagai berikut :

1. Rumah Turbin.

2. Alat Pengarah (distributor).

3. Roda Jalan.

4. Penutup.

5. Katup Udara.

6. Pipa Hisap.

7. Bagian Peralihan.

(27)

Gambar 2.3 Turbin Crossflow

Sumber

Air yang masuk sudu diarahkan oleh alat pengarah yang sekaligus berfungsi sebagai nosel seperti pada turbin pelton. Prinsip perubahan energi adalah sama dengan turbin impuls pelton yaitu energi kinetik dari pengarah dikenakan pada sudu-sudu pada tekanan yang sama. Turbin crossflow menggunakan nozle persegi panjang yang lebarnya sesuai dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Air mengalir keluar membentur sudu dan memberikan energinya (lebih rendah dibanding saat masuk) kemudian meninggalkan turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel.

Ciri utama tubin impuls adalah tekanan jatuh hanya terjadi pada sudu tetap, dan tidak terjadi pada sudu berputar. Turbin impuls disebut turbin tak bertekanan karena sudu gerak beroperasi pada tekanan atmosfer. Banyak turbin air jenis impuls yang pernah dibuat, namun yang masih banyak ditemukan pada saat sekarang adalah turbin pelton dengan bentuk bucket yang terbelah ditengah. Posisi poros dapat dibuat tegak (vertika) atau mendatar (horizontal).

2.5.2 Turbin Reaksi

(28)

pada sisi masuk roda gerak lebih tinggi dibandingkan tekanan pada sisi keluar roda gerak turbin, dimana tekanan tersebut bervariasi terhadap laju aliran fluida yang melalui turbin. Selanjutnya agar perubahan tekanan ini dapat terjadi, maka roda/runner dalam hal ini harus tertutup dari udara luar dan seluruhnya terisi air selama turbin beroperasi. Beberapa contoh dari turbin reaksi adalah turbin fancis, turbin kapla, dan turbin vortex

1. Turbin Kaplan.

Tidak berbeda dengan turbin francis, turbin kaplan cara kerjanya menggunakan prinsip reaksi. Turbin ini mempunyai roda jalan yang mirip dengan baling-baling pesawat terbang. Bila baling-baling pesawat terbang berfungsi untuk menghasilkan gaya dorong, roda jalan pada kaplan berfungsi untuk mendapatkan gaya F yaitu gaya putar yang dapat menghasilkan torsi pada poros turbin. Berbeda dengan roda jalan pada francis, sudu-sudu pada roda jalan kaplan dapat diputar posisinya untuk menyesuaikan kondisi beban turbin. Turbin kaplan banyak dipakai pada instalasi pembangkit listrik tenaga air sungai, karena turbin ini mempunyai kelebihan dapat menyesuaikan head yang berubah-ubah sepanjang tahun. Turbin Kaplan dapat beroperasi pada kecepatan tinggi sehingga ukuran roda turbin lebih kecil dan dapat dikopel langsung dengan generator. Pada kondisi pada beban tidak penuh turbin kaplan mempunyai efisiensi paling tinggi, hal ini dikarenakan sudu-sudu turbin kaplan dapat diatur menyesuaikan dengan beban yang ada.

(29)

2. Turbin Francis

Turbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar. Turbin Francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan air masuk secara tangensial. Sudu pengarah pada turbin francis dapat merupakan suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya. Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat

Gambar 2.5 Turbin Francis

Sumber.

3. Turbin Vortex (Pusaran Air)

(30)
[image:30.595.176.452.86.252.2]

Gambar 2.6 Turbin Vortex

Sumber :

Ciri utama turbin reaksi pada semua jenis turbin , baik turbin uap, turbin gas dan turbin air, adalah sebagian dari tekanan jatuh terjadi pada sudu tetap dan sebagian lagi pada sudu berputar. Persamaan kontinuitas dapat digunakan pada perhitungan aliran melalui sudu berputar, karena seluruh fluida kerja memenuhi seluruh saluran sudu. Karena fluda masuk sudu berputar melalui seluruh tepi seksi masuk, maka untuk daya dan putran yang sama, diameter nominalnya relatif lebih kecil dibandingkan turbin impuls.

KonzKl.EmmeRossei_110131[1].doc / WWK Energie GmbH

2.6 Klasifikasi Turbin

Pemilihan turbin kebanyakan didasarkan pada head air yang yang didapatkan dan pada rata-rata alirannya. Umumnya, turbin impuls digunakan untuk tempat dengan head tinggi, dan turbin reaksi digunakan untuk tempat dengan head rendah.

2.6.1 Klasifikasi Berdasarkan Ketinggian Jatuh Air

Pemakaian jenis turbin dibedakan atas ketinggian air jatuh, dimana

untuk ketinggian air jatuh tertentu maka berbeda pula jenis turbin yang

digunakan. Pada tabel berikut dapat dilihat jenis turbin yang digunakan

(31)
[image:31.595.135.515.116.366.2]

Tabel 2.1 Klasifikasi Turbin air berdasarkan tinggi jatuh air

Ketinggian Air Jatuh (m) Jenis Turbin

Tinggi tekan sangat rendah

(<2m)

Turbin Vortex

Tinggi tekan rendah (<15) Turbin

Baling-baling/Kaplan

Tinggi tekan menengah

(16-70)

Turbin Kaplan/Francis

Tinggi tekan tinggi

(71-500)

Turbin Francis/Pelton

Tinggi tekan sangat tinggi

(>500)

Turbin Pelton

Sumber : M. M. Dhandekar, K. N Sharma, “Pembangkit Listrik Tenaga Air” hal. 394

2.6.2 Klasifikasi Berdasarkan Kecepatan Spesifik Turbin

Kecepatan spesifik (ns), menunjukkan bentuk dari turbin itu dan tidak berhubungan dengan ukurannya. Hal ini menyebabkan desain turbin baru yang diubah skalanya dari desain yang sudah ada, dengan performa yang sudah diketahui. Kecepatan spesifik merupakan kriteria utama yang menunjukkan pemilihan jenis turbin yang tepat berdasarkan karakteristik sumber air.

Kecepatan spesifik dari sebuah turbin juga dapat diartikan sebagai kecepatan ideal, persamaan geometris turbin, yang menghasilkan satu satuan daya tiap satu satuan head. Kecepatan spesifik turbin dapat diartikan sebagai titik efisiensi maksimum. Perhitungan tepat ini menghasilkan performa turbin dalam jangkauan head dan debit tertentu.

(32)

Keluaran turbin dapat diperkirakan berdasarkan dari test permodelan. Replika miniatur dari desain yang diusulkan, diameter sekitar satu kaki (0,3 m), dapat diuji dan hasil pengukuran laboratorium dapat digunakan sebagai kesimpulan dengan tingkat keakuratan yang tinggi.

Debit yang melalui turbin dikendalikan dengan katub yang besar atau pintu gerbang yang disusun diluar sekeliling pengarah turbin. Perubahan head dan debit dapat dilakukan dengan variasi bukaan pintu, akan menujukkan efisiensi turbin dengan kondisi yang berubah-ubah.

Kecepatan spesifik dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

n

s

=

n√Pt

H5/4

Dimana :

n = Putaran turbin (rpm)

ns = Putaran spesifik (rpm)

H = Tinggi effektif (m)

[image:32.595.119.502.528.707.2]

Pt = Daya turbin

Tabel 2.2 Klasifikasi berdasarkan putaran spesifik

PENGGERAK

KECEPATAN SPESIFIK (RPM)

Lambat Sedang Cepat

Pelton 4 – 5 16 – 30 31 – 70

Francis 60 –

150

151 - 250

251 – 400

Kaplan 300 –

450

451 – 700

(33)

2.6.3 Klasifikasi Berdasarkan Arah Aliran Fluida

[image:33.595.119.485.198.305.2]

Pada tabel berikut dapat dilihat pemakaian jenis turbin berdasarkan arah alirannya.

Tabel 2.3 Jenis-jenis turbin berdasarkan arah alirannya

Jenis Turbin Arah Aliran

Francis Radikal atau gabungan

Pelton Tangensial

Kaplan Aksial

Vortex Vertikal

2.7 Turbin Vortex ( Pusaran Air)

Turbin vortex adalah turbin yang mengubah energi kinetik dari vortex (pusaran) menjadi torsi. Vortex atau pusaran sendiri didefenisikan sebagai aliran fluida yang bergerak disepanjang lintasan melengkung atau aliran massa fluida yang bergerak melingkar.

Turbin vortex merupakan turbin yang memanfaatkan pusaran air sebagai media perantara energi terhadap sumbu vertikal sehingga terjadi perbedaan tekanan antara bagian sumbu dan sekelilingnya. Turbin air ini dioperasikan pada daerah yang memiliki head yang rendah dan memanfaatkan pusaran gravitasi air sehingga akan menimbulkan perbedaan tekanan air dengan bagian sumbu. Hal ini ditemukan oleh insinyur Austria Franz Zotloterer ketikan mencoba untuk menemukan cara untuk menganginkan air tanpa sumber daya eksternal.

(34)

mikro-organisme alami berkat kadar oksigen yang lebih tinggi dihasilkan dari aerasi rutin air

Pada tahun 2003, gravitasi air pembangkit listrik pusaran oleh Austria Insinyur DI Franz Zotlöterer dikembangkan. Paten pertama dikeluarkan pada tahun 2004 pendirian perusahaan Zotlöterer untuk perencanaan dan konstruksi pembangkit listrik pusaran air gravitasi. 2005, sebuah pabrik percontohan pertama 7.5 kW tenaga listrik dan Pembangkit listrik tahunan sekitar 43.000 kWh di Obergrafendorf di Lower Austria didirikan. Pada tahun 2009 pilot plant dengan gravitasi untuk pembangkit listrik pusaran air dioptimalkan Turbin Zotlöterer turbin, dan Generator kuat dilengkapi dimana tenaga listrik untuk bisa meningkat menjadi 10 kW. Diikuti antara tahun 2007 dan 2010 lainnya Air pembangkit listrik pusaran gravitasi di Indonesia, Swiss, Irlandia dan di Austria.

2.7.1 Cara Kerja Turbin Vortex

Sistem PLTA pusaran air adalah sebuah teknologi baru yang memanfaatkan energi yang terkandung dalam pusaran air yang besar dengan diciptakan melalui perbedaan head rendah di sungai.

Cara kerja turbin Vortex :

1. Air Sungai dari tepi sungai disalurkan dan dibawake tangki sirkulasi. Tangki sirkulasi ini memiliki suatu lubang lingkaran pada dasarnya.

2. Tekanan rendah pada lubang dasar tangki dan kecepatan air pada titik masuk tangki sirkulasi mempengaruhi kekuatan aliran vortex.

3. Energi potensial seluruhnya diubah menjadi energy kinetic rotasi diinti vortex yang selanjutnya diekstraksi melalui turbin sumbu vertikal.

(35)
[image:35.595.231.458.92.161.2]

Gambar 2.7 Rumah Turbin Vortex

Sumber

2.7.2 Komponen Utama Turbin Vortex

Komponen utama pada turbin vortex sama dengan turbin-turbin lain hanya saja turbin vortex lebih mudah dalam pemasangannya dan pemeliharaannya. Turbin ini kuat dan dibangun untuk terakhir, dengan maksimum rak-hidup 50-100 tahun. Beberapa bagian diantaranya sebagai berikut : Rumah (casing), Poros, Sudu (Moving Blades), dan Bantalan (Bearing)

2.7.3 Keunggulan Turbin Vortex

1. Baik dikembangkan pada daerah yang memiliki sumber air dengan debit yang cukup besar namun hanya memiliki head yang rendah.

2. Tidak memerlukan sistem kontrol yang sangat rumit seperti turbin lainnya. 3. Tekanan air yang terjadi tidak merusak ekologi, dalam hal ini dampak

terhadap kehidupan air (ikan) dan microorganisme lainya tetap terjaga. 4. Tidak membutuhkan draft tube, sehingga dapat mengurangi pengeluaran

untuk penggalian pemasangan draft tube.

5. Memiliki efisiensi yang tinggi, dengan variasi debit yang besar dan sangat baik untuk debit air yang kecil.

6. Tidak memerlukan jaring- jaring halus sebagai pencegah masuknya puing-puing kedalam turbin, sehingga dapat mengurangi biaya perawatan.

2.7.4 Pengaruh Turbin Vortex pada lingkungan

Turbin air mempunyai pengaruh positif dan negatif bagi lingkungan.

(36)

1. Turbin adalah salah satu penghasil tenaga terbersih, menggantikan pembakaran bahan bakar fosil dan menghapuskan limbah nuklir. 2. Turbin menggunakan energi yang dapat diperbarui dan didesain untuk

beroperasi dalam jangka waktu puluhan tahun.

3. Turbin memproduksi sumber energi listrik dunia dengan jumlah yang besar.

Adapun pengaruh negatif dari pembangunan turbin adalah : putaran sudu atau gerbang pengarah dari turbin air dapat mengganggu ekologi natural sungai, membunuh ikan, menghentikan migrasi dan menggangu mata pencaharian manusia. Contohnya: suku Indian Amerika di Northwest Pasific mempunyai mata pencaharian memancing ikan salmon, tapi pembangunan secara agresif menghancurkan jalan hidupnya.

Berbeda dengan turbin vortex (pusaran air), bukan saja didorong oleh teknologi sederhana dan dapat diandalkan. Turbin vortex adalah teknologi bersih karena fakta bahwa 97% dari produk listrik bebas CO2, dan turbin vortex juga

(37)
[image:37.595.136.481.93.455.2]

Gambar 2.8 Gravitasi Air Pembangkit Listrik Pusaran Sebagai Bio-reaktor

Sumber

2.7.5 Pengembangan turbin vortek di Air Sungai

(38)
[image:38.595.162.466.87.298.2]

Gambar 2.9 Gravitation Water Vortex Power Plants (GWVPPs)

Sumber : http://www.zotloeterer.com/

Dengan turbin vortex yang proses pemurnian air alami juga dapat diaktifkan dalam sungai diatur. Dalam jarak didefinisikan pada turbin sungai dapat ditempatkan untuk menganginkan air. Semakin banyak tanaman air menghasilkan area biodegradasi , yang mengurangi zat berbahaya dalam air sungai. Jadi turbin vortex ekologis lumayan menghasilkan listrik, tanaman air, mikroba dan ikan.

Sebaliknya pembangkit listrik tenaga air konvensional tidak memiliki efek positif terhadap sungai. Karena tingkat tekanan air besar melewati turbin tidak ada makhluk air bisa bertahan, tapi turbin vortex adalah sistem hidrolik terbuka tanpa tingkat tekanan air yang tinggi. Gravitasi Vortex Air ( GWV ) dengan tabung udara di tengah memungkinkan bahwa banyak udara dapat diserap oleh air.

Turbin vortex adalah modus dasar air mengalir dan menunjukkan proses aerasi alami air di sungai .

Untuk alasan ini kualitas ekologi positif tenaga air dengan turbin vortex

(39)

Pengetahuan ini menunjukkan kepada kita, bahwa sungai-sungai diatur dan pembangkit listrik tenaga air tradisional bertanggung jawab untuk degenerasi mikroba dan ikan - ikan di sungai kita, karena itu turbin vortex merupakan modul penting di dunia modern kita .

2.8 Aliran vortex

vortex adalah massa fluida yang partikel-partikelnya bergerak berputar dengan garis arus (streamline) membentuk lingkaran konsentris. Gerakan vortex berputar disebabkan oleh adanya perbedaan kecepatan antara lapisan fluida yang berdekatan. Dapat diartikan juga sebagai gerak alamiah fluida yang diakibatkan oleh parameter kecepatan dan tekanan. Vortex sebagai pusaran yang merupakan efek dari putaran rotasional dimana viskositas berpengaruh didalamnya.

Pergerakan aliran fluida dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu: 1. Translasi murni atau translasi irrotasional

2. Rotasi murni atau translasi rotasional

3. Distorsi atau deformasi murni, baik angular ataupun linier

Aliran irrotasional terjadi apabila elemen fluida di setiap titik tidak mempunyai kecepatan sudut netto terhadap titik tersebut. Sebaliknya aliran rotasional terjadi apabila elemen fluida mempunyai kecepatan sudut netto. Gerak

vortex dapat dikategorikan sebagai dalam aliran rotasional. Vortex digambarkan sebagai aliran yang bergerak dan berputar terhadap sumbu vertical sehingga terjadi perbedaan tekanan antara bagian sumbu dan sekelilingnya

Berdasarkan klasifikasi aliran berputar yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari maka aliran vortex dapat dibedakan menjadi tiga bagian, yaitu :

2.8.1 Aliran vortex Bebas

(40)

kecepatan partikel fluida v terhadap jaraknya dari pusat putaran r dapat dilihat pada persamaan ini:

� = � 2��

Dimana:

V = kecepatan tangensial fluida (m s-1)

r = jari-jari putaran partikel fluida dari titik pusat (m) � = sirkulasi

2.8.2 Aliran Vortex Paksa

Apabila suatu gaya diberikan pada suatu fluida dengan maksud membuat aliran fluida berputar. Hubungan kecepatan partikel fluida v terhadap jaraknya

dari pusat putaran r dapat dilihat pada persamaanberikut: � =�.�

Dimana:

� = kecepatan sudut

r = jari-jari putaran (m)

2.8.3 Aliran Vortex Kombinasi

Aliran Vortex Kombinasi adalah vortex dengan vortex paksa pada inti pusatnya dan distribusi kecepatan yang sesuai dengan vortex bebas pada luar intinya. Jadi untuk sebuah votex kombinasi dapat dilihat pada persamaan berikut:

Vθ = ωr r r0 Vθ =�

� r < r0 Dimana :

K dan �= konstanta

(41)
[image:41.595.128.545.220.374.2]

Sebuah konsep matematika yang biasanya berhubungan dengan gerakan vortex adalah sirkulasi. Sirkulasi didefenisikan sebagai sebuah integral garis dari komponen tangensial kecepatan yang diambil dari sekeliling kurva tertutup di medan aliran. Konsep sirkulasi sering digunakan untuk mengevaluasi gaya-gaya pada terbentuk pada benda-benda yang terendam dalam fluida yang bergerak.

Gambar 2.10 Tipe-tipe Vortex

Sumber

Tipe vortex 1 merupakan awal aliran air berputar di permukaan. Tipe 2 putaran air mulai menunjukkan adanya cekungan kedalam di bagian tengah pusaran. Tipe 3 pusaran air mulai membentuk kolom udara (vortex) yang bergerak menuju oulet. Tipe 4 kekuatan vortex mampu menarik material apung masuk ke dalam pusaran. Tipe 5 adalah vortex dimana gelembung-gelembung udara pecah di ujung pusat pusaran yang masuk konstruksi silinder. Tipe 6 vortex dengan lubang udara penuh menuju outlet.

2.9 Penampang Air

Penampang merupakan saluran yang digunakan mengalirakan air

(42)

2.10 Lubang masuk (Inlet area)

[image:42.595.195.437.272.448.2]

Ada beberapa tipe dari lubang masuk (Inlet area), yaitu : lubang masuk tipe involute, lubang masuk tipe ramp dan lubang masuk tipe scroll. Berbagai tipe tersebut dimaksudkan untuk lebih memaksimalkan kinerja dari turbin. Dengan konstruksi lubang masuk dengan tipe involute, lubang masuk tipe ramp dan lubang masuk tipe scroll dapat mengurangi efek dari turbulensi yang terjadi disekitar dinding lubang masuk dan daerah antara lubang masuk.

Gambar 2.11 Beberapa tipe dari lubang masuk (Inlet area)

(43)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Umum

Turbin pusaran air (vortex) merupakan turbin yang memanfaatkan pusaran air sebagai media perantara energi terhadap sumbu vertikal sehingga terjadi perbedaan tekanan antara bagian sumbu dan sekelilingnya. Turbin pusaran air (vortex) ini dioperasikan pada daerah yang memiliki head yang rendah dan memanfaatkan pusaran gravitasi air sehingga akan menimbulkan perbedaan tekanan air dengan bagian sumbu.

Turbin pusaran air (vortex) merupakan salah satu turbin yang sangat spesial, karena dapat beroperasi pada daerah yang memiliki head yang sangat rendah. Turbin pusaran air (vortex) bekerja pada head rendah dengan ketinggian air jatuh antara 0,7 m– 1,4 m. Sebagai simulasi atau pengkondisian dari air mengalir yang berada di alam. Dalam uji eksperimental turbin vortex ini, dibuat turbin vortex, adapun beberapa pekerjaan yang dilakukan adalah:

 Pembuatan sudu dari bahan Seng.  Pembuatan poros dari bahan S45 C-D.

 Pembuatan dudukan turbin dari bahan besi siku.  Pembuatan rumah turbin (casing) dari bahan akrilik .  Pembuatan saluran buang dari bahan akrilik

Ditambah beberapa instalasi yang mendukung turbin vortex. Adapun penambahan beberapa instalasi yang dilakukan adalah:

 Instalasi saluran perpipaan untuk air masuk.  Instalasi dudukan talang.

 Instalasi dudukan pengujian Turbin vortex.

 Instalasi saluran buangan air pada Turbin vortex.

(44)

potensial sehingga akan membentuk pusaran yang akan menggerakkan sudu turbin vortex sebagai energi input. Zat cair yang keluar setelah menabrak sudu akan keluar tepat dibawah turbin vortex melalui saluran buangan dari rumah turbin (casing).

3.2 Rancang Bangun Instalasi

Rancang bangun instalasi uji eksperimental Turbin Vortex terdapat pada

rooftop lantai empat Teknik Mesin USU.

Adapun elemen yang meliputi perancangan turbin vortex adalah : 3.2.1 Rumah turbin ( casing )

[image:44.595.276.414.371.561.2]

Rumah turbin berbentuk Spiral yang terbuat dari Akrilik dengan diameter 0,9 m dan tingginya 1 m (diukur dari saluran keluaran tempat penampungan bawah ke permukaan bak) dan memiliki lubang saluran buang pada dasar bak.

Gambar 3.1 Casing Spiral

3.2.2 Poros turbin

Poros yang digunakan terbuat dari bahan besi S45 C-D. Dengan diameter 1,9 cm dan tinggi poros 1,50 m.

3.2.3 Sudu turbin

(45)

 Diameter Sudu Roda Jalan Pada Sisi Masuk

Diameter sudu roda jalan sisi masuk (D1) dan diameter roda

jalan sisi keluar (D2) direncanakan adalah :

D1 = 0,32 m

D2 = 0,08 m ϕ = 30o

 Jarak Antara Sudu

Jarak antara sudu dapat ditentukan dengan persamaan :

L = � .�1

Dimana : D1 = Diameter sudu pada sisi masuk

z = Jumlah sudu (direncanakan 8)

maka :

L = 3,14 .0,32

8

=

0,12 m

 Tebal Sudu Roda Jalan

Sudu roda jalan dalam perancangan ditentukan dengan menggunaka bahan seng dengan ketebalan 0.20 mm.

 Tinggi Roda Jalan

Tinggi roda jalan dapat ditentukan dengan dengan persamaan :

Hrj = tinggi turbin – tinggi penampang

(46)

Gambar 3.2 Sudu Turbin Vortex

3.2.4 Bantalan ( bearing )

[image:46.595.247.441.83.231.2]

Bantalan yang digunakan adalah P204 dan bantalan ini dibautkan di dudukan turbin.

Gambar 3.3 Bantalan

3.2.5 Dudukan turbin

[image:46.595.257.435.335.450.2]

Dudukan turbin terbuat dari besi siku yang sudah dilas.

(47)

3.2.6 Saluran buang

Saluran buang terbuat dari akrilik dan diletakkan di bagian tengah dasar rumah turbin. Saluran buang yang digunakan adalah diameter 6 cm.

3.2.7 Talang

Talang yang digunakan terbuat dari plastik dengan panjang 2 m. Pipa yang digunakan adalah pipa 2 inchi dengan panjang keseluruhan 3,7 m.

Gambar 3.5 Instalasi Turbin Vortex Tampak Depan.

3.3

Peralatan Pengujian

3.3.1 Hand Tachometer

Alat ini digunakan untuk mengukur putaran (rpm) poros turbin vortex. Dalam uji eksperimental turbin vortex pada debit, hand tachometer yang digunakan adalah Krisbow KW06-303 dengan spesifikasi:

Ketelitian (akurasi) : ± 0,05% + 1 digit

Range : autorange

(48)
[image:48.595.164.448.103.234.2]

Gambar 3.6 Hand Tachometer.

3.3.2 Timbangan Pegas

Timbangan Pegas digunakan untuk mengukur besarnya momen puntir (kilogram) yang dihasilkan melalui pulley pada poros dengan cara melingkarkan tali pada pulley kemudian diikatkan ke timbangan pegas. Dalam uji eksperimental turbin vortex pada debit, timbangan pegas yang digunakan adalah PROHEX made in china dengan spesifikasi 25 kilogram.

Gambar 3.7 Timbangan Pegas.

3.3.3 Pulley

(49)
[image:49.595.222.404.144.286.2]

eksperimental turbin vortex pada debit, pulley yang digunakan memiliki spesifikasi diameter 18 cm.

Gambar 3.8 Pulley.

3.3.4 Pompa

Pompa ini digunakan untuk mengumpankan air dari tempat penampungan bawah ke talang. Dalam uji eksperimental turbin vortex pada debit, pompa pengumpan yang digunakan adalah pompa sentrifugal 2 (dua) inchi dengan daya motor penggerak (P) 0,75 kW, keluaran air maksimal (Omaks) 311 L/min setelah melewati talang sepanjang 2 meter.

[image:49.595.196.431.507.637.2]
(50)

3.4

PELAKSANAAN PENGUJIAN

Uji eksperimental turbin vortex dengan menggunakan jumlah sudu sebanyak 8 sudu dilakukan di rooftop lantai empat, Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Pengukuran-pengukuran yang dilakukan tehadap penelitian ini meliputi:

1. Pengukuran putaran (rpm) poros turbin vortex dengan menggunakan Hand Tachometer.

2. Pengukuran momen puntir (kilogram) dengan menggunakan Timbangan Pegas.

Sebelum dilakukan pengujian turbin vortex dan pengambilan data, terlebih dahulu dilakukan pemeriksaan (checking) terhadap beberapa instalasi dan peralatan, yang meliputi:

1. Pemeriksaan debit air di dalam tempat penampungan bawah.

2. Pemeriksaan pipa penghubung antara pompa pengumpan dan talang. 3. Pemeriksaan poros turbin vortex serta pemberian pelumas pada bearing. 4. Pemeriksaan tali dan pulley.

5. Pemeriksaan pompa pengumpan.

Setelah prosedur pemeriksaan terhadap beberapa instalasi dan peralatan di atas selesai dilakukan dan pemeriksaan dipastikan dalam kondisi standby, maka prosedur pengujian pun dapat dimulai. Adapun prosedur pengujian uji eksperimental turbin vortex dengan jumlah sudu 8 adalah sebagai berikut:

(51)

2. Dilakukan pengaturan jarak antara sudu ke outlet dimulai dari jarak 2 cm,4 cm dan 6 cm.

3. Pemasangan timbangan pegas untuk mengukur momen puntir. 4. Hidupkan pompa pengumpan.

5. Dilakukan monitoring terhadap ketinggian air di dalam tempat penampungan bawah.

6. Setelah ketinggian air di bak konstan, maka dilakukan pengujian serta pengambilan data terhadap:

a. Pengukuran putaran (rpm) pada poros Turbin Vortex dengan menggunakan Hand Tachometer.

b. Pengukuran momen puntir (kilogram) dengan menggunakan

Timbangan Pegas.

7. Pengukuran terhadap beberapa variabel di atas dilakukan terhadap ketinggian 2 cm,4 cm dan 6 cm dengan lobang buang (outlet) berdiameter 6 cm.

8. Setiap pengambilan data dilakukan sebanyak sepuluh kali untuk mendapatkan data pengujian yang lebih akurat.

Besaran-besaran yang diukur dan dicatat meliputi: 1. Putaran poros Turbin Vortex (rpm)

(52)

Dari besaran-besaran di atas dapat dihitung besaran turunan lainnya seperti:

(53)

Flowchart Uji eksperimental turbin vortex.

Survey tempat pengujian akan dilakukan

Rancang bangun instalasi Uji eksperimental turbin vortex

Pengambilan data hasil pengujian Pelaksanaan pengujian

Perhitungan dan analisa hasil

pengujian

Penulisan laporan hasil pengujian

Kesimpulan dan saran

Mulai

(54)

3.5 PENENTUAN DEBIT ALIRAN AIR

[image:54.595.195.427.210.447.2]

Debit aliran air dalam rancangan ini ditentukan berdasarkan tekanan pompa air serta luas penampang pipa. Dengan metode uji langsung sebanyak 10 kali.

Tabel 3.1 Percobaan Aliran Debit Air Berdasarkan Tekanan Pompa Air.

Percobaan Liter/Menit

1 312

2 315

3 313

4 312

5 312

6 307

7 306

8 307

9 312

10 312

Untuk mendapatkan nilai rata-rata debit air, dengan menggunakan rumus :

Q = q1 + q2 + q3 +...+ qn/10

Dimana :

Q = Debit rata-rata (m3/s)

Konversi satuan volume : ( 1 liter = 1 dm³ = 1.000 cm³ = 1.000.000 mm³ = 0.001 m)

Maka :

Q = 312 +315 +313+312+312+307+306+307+312+312/10

= 310,8 liter/menit ≈ 311 ℓ/m

(55)

= 5,2 dm3/s

= 0,0052 m3/s

3.6 PENENTUAN KECEPATAN ALIRAN AIR PADA PENAMPANG.

Fluida mengalir dengan kecepatan tertentu, penampang aliran air seperti gambar 3.2. Maka yang dimaksud dengan debit fluida adalah volum fluida yang mengalir persatuan waktu melalui suatu Penampang dengan luas penampang A dan dengan kecepatan v.

Panjang penampang dirancang sesuai dengan kondisi dan lokasi instalansi turbin, untuk mendapatkan panjang total penampang. Panjang penampang direncanakan 2 meter.

L1= 2 m

y A = b . y

[image:55.595.175.487.343.508.2]

b

Gambar 3.10 Instalansi Penampang

Dimana :

L1 = Penampang aliran air ( 2 m)

b = Lebar penampang air ( 0.12 m2)

y = Tinggi air ( 0.03 m)

Maka panajang total penampang adalah :

Ltotal = L1= 2 m

(56)

Luas penampang :

A = b . y

= 0.12 . 0.03 = 0.0036 m2

Kecepatan aliran air pada penampang :

V = Q

A

Dimana :

Q = Debir aliran air ( 0,0052 m3/s)

A = Luas Penampang (0,0036 m)

V = Q

A

= 0,0051

0.0036 = 1,44 m/s

Maka dalam perancangan ini didapat kecepatan air pada penampang 1.44 m/s.

3.7 ANALISA SEGITIGA KECEPATAN

(57)
[image:57.595.118.507.86.398.2]

Gambar 3.11 Segitiga Kecepatan Pada Kontruksi Roda jalan

Keterangan gambar :

U = Kecepatan sekeliling roda jalan

V = Kecepatan absolud fluida

Vw = Kecepatan air memutar roda jalan

Vr = Kecepatan relatif fluida

Vf = Kecepatan aliran

α

= Sudut yang dibuat oleh kecepatan absolud dengan kecepatan tangensial
(58)

V2, Vw2,Vr2, Vf2,β dan ϕ = Nilai- nilai yang sesuai pada sisi keluar.

- Kecepatan segitiga pada inlet akan menjadi garis lurus di mana :

Vr1 = V1 – U1 = V1 – U

Vw1 = V1 α = 0 dan θ = 0

- Dari segitiga kecepatan pada outlet, dimana :

Vr2 = KVr1

Dimana, K = sudu gesekan co-efisien, sedikit kurang dari satu. Idealy ketika permukaan casing yang sangat halus dan kerugian energi akibat dampak di splitter diabaikan, k = 1

Kekuatan yang diberikan oleh air dalam arah gerakan diberikan sebagai

F = ρaV1(Vw1 + Vw2)

[ρ dan a adalah Kepadatan massa dan area (a = �

4 d 2

) respecitively]

Energi yang masuk pada inlet adalah dalam bentuk energi kinetik : 1

2mV1

Energi kinetik (E.K) dari penampang per kedua = 1

2(ρaV1)V1

Efisiensi hidrolik,

ɳ

h =

���� ���� ��� ������ �.�.��� ������

=

�� �1(��1+��2)� 1

2 (���1)�1

2

=

2(�1+�2)� �12

Dari inlet dan outlet segitiga kecepatan :

Vw1 = V1

(59)

Vw2 = Vr2 cos ϕ – u2 = Vr2 cos ϕ – u = KVr1 cos ϕ – u = K(V1 – u)

cos ϕ – u

Substitusikan nilai-nilai Vw1 and Vw2 :

ɳ

h =

2[�1+ �(�−�) cos ϕ−�]�

�12

=

2[(�1−�)(1+�cos ϕ)�]

�12

Efisiensi hidrolik akan maksimum untuk memberikan nilai V1: �

�� (ɳh) = 0

��

2(�1−�)(1+cosϕ)u

�12

= 0

2(1+�cos ϕ) �12

x �

�� (V1u – u2) = 0

2(1+�cos ϕ) �12

≠0 , �

�� (V1u – u2) = 0

V1 – 2u = 0 or u = �21

3.7.1 Analisa Segitiga Kecepatan Pada Sisi Masuk

- Kecepatan absolud pada sisi masuk (V1)

V1 = � �

V1 =

0,0052

0,0036 = 1,44 m/s

- Kecepatan sekeliling roda jalan pada sisi masuk (U1)

U1 = �1

2 = 0,72

- Kecepatan relatif pada sisi masuk (Vr1)

Vr1 = V1 – U

(60)

= 0,72 m/s

- Kecepatan air memutar roda jalan (Vw1)

Vw1 = V1 = 1,44 m/s

Karena air bergerak dalam arah yang sama seperti di baling-baling, Oleh karena itu segitiga kecepatan pada sisi masuk akan menjadi garis lurus, seperti pada gambar 3.4.

3.7.2 Analisa Segitiga Kecepatan Pada Sisi Keluar

Karena sudu licin, sehingga analisa segitiga pada sisi keluar :

- Kecepatan relatif pada sisi keluar (Vr2)

Vr2 = Vr1 = 0,72 m/s

- Kecepatan sekeliling roda pada sisi keluar (V2)

U2 = U1 = 0,72

- Kecepatan air memutar roda pada sisi keluar (Vw2)

Vw2 = Vr2 cos ϕ – u

= 0,72 cos 60 – 0,72

= - 0,36 m/s

- Kecepatan air keluar (Vf2)

Vf2 = V2 sin

ϕ

= 1,44 . sin 60 = 1,25 m/s

(61)
[image:61.595.212.414.82.373.2]
(62)

BAB IV

HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA

4.1 PERHITUNGAN EFISIENSI TURBIN VORTEX CASING

[image:62.595.118.507.276.755.2]

BERPENAMPANG SPIRAL DENGAN DIAMETER SALURAN BUANG 6 CM (DENGAN KETINGGIAN ANTARA SUDU DENGAN SALURAN BUANG 2, 4, 6 CM)

Tabel 4.1 Nilai Laju Aliran Massa pada jarak antara Sudu dan Saluran Buang 2, 4, 6 cm

Rumah Turbin Spiral

Diameter Sudu = 32 cm ,Do = 6 Cm Putaran (rpm) Tinggi air (Cm) Beban (Kg) Ketinggian 2 cm

29.8 44 0

23.7 43 0.1

18.3 42 0.2

16.2 41 0.3

13.8 40 0.4

11.9 38 0.5

9.5 37 0.6

6.4 36 0.7

3.1 35 0.8

0 33 1

Ketinggian 4 cm

28.1 40 0

27.3 39 0.1

26.5 39 0.2

24.9 38 0.3

22.3 38 0.4

19.2 37 0.5

16.5 35 0.6

14.7 33 0.7

9.8 32 0.8

0 30 1

Ketinggian 6 cm

26.7 39 0

24.2 38 0.2

21.3 37 0.4

19.8 35 0.6

16.5 34 0.8

(63)

10.6 30 1.1

8.8 29 1.2

0 27 1.3

4.1.1 EFISIENSI TURBIN VORTEX DENGAN JARAK ANTARA SUDU

DENGAN SALURAN BUANG KETINGGIAN 2 CM

Pair = 1 2 ṁv

2

Pair = 1

2. 5.2. (1.44 2)

��� = 5.39136 watt

Misalkan pada beban 0,5 kg maka torsinya ialah: τ =�.� yang mana F= m.g

= m.g.r

= 0,5.10.(0,09) = 0,45 Nm

Kecepatan Sudut (ω ) : ω = 2��

60

ω = 2�11.9 60

ω = 1.24553 rad/s

Maka daya turbin; PT = τ. ω

=0.45 Nm . 1.24553 rad/s = 0.5604 watt

Sehingga Efisiensi Turbin adalah �� = 5.39136 0.56049 x 100 %

(64)
[image:64.595.123.502.144.614.2]

Dengan cara yang sama maka di dapat data sebagai berikut : Tabel 4.2 Hasil perhitungan percobaan pada jarak antara sudu

dengan saluran buang ketingggian 2 cm Rumah Turbin Spiral

Ketinggian 2 cm

Sudu = 3 ,Do = 6 Cm Putaran (rad/s) Torsi (Nm) Daya Turbin (Watt) Daya Air

(Watt) Efisiensi (%)

3,119066667 0 0 5,39136 0

2,4806 0,09 0,223254 5,39136 4,140958868 1,9154 0,18 0,344772 5,39136 6,394898504 1,6956 0,27 0,457812 5,39136 8,491586538 1,4444 0,36 0,519984 5,39136 9,644764957 1,245533333 0,45 0,56049 5,39136 10,39607817 0,994333333 0,54 0,53694 5,39136 9,959268162 0,669866667 0,63 0,422016 5,39136 7,827635328 0,324466667 0,72 0,233616 5,39136 4,333155271

0 0,9 0 5,39136 0

Gambar 4.1 Grafik Torsi vs Efisiensi pada jarak sudu dengan saluran keluar Ketinggian 2cm.

Dari gambar 4.1 Torsi vs Efisiensi didapat hubungan antara efisiensi dengan torsi, dimana torsi yang digunakan mulai dari 0 sampai 0.9 Nm (turbin terhenti). Dari grafik di atas didapat data bahwa efisiensi maksimum turbin vortex pada ketinggian 2 cm jarak antara sudu dengan lubang buang

R² = 0,999

-2 0 2 4 6 8 10 12

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

ketinggian 2cm

ketinggian 2cm Poly. (ketinggian 2cm)

(65)
[image:65.595.139.504.101.316.2]

Gambar 4.2 Grafik Torsi vs Putaran pada jarak sudu dengan saluran keluar Ketinggian 2cm.

Dari gambar 4.2 Torsi vs Putaran, didapat hubungan antara putaran dengan torsi dimana torsi yang digunakan mulai dari 0 sampai 0.9 Nm (turbin berhenti). Sehingga didapat hasil grafik di atas adalah semakin besar torsi yang digunakan semakin kecil putaran yang diperoleh. Dan sebaliknya semakin kecil torsi yang digunakan semakin besar putaran yang diperoleh.

Gambar 4.3 Grafik Putaran vs Daya Turbin pada jarak sudu dengan saluran keluar

Ketinggian 2cm.

R² = 0,999 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

0 0,5 1

ketinggian 2cm

ketinggian 2cm Poly. (ketinggian 2cm)

Torsi Torsi (Nm) P u ta ra n (r a d /s)

R² = 0,999 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

0 1 2 3 4

ketinggian 2cm

ketinggian 2cm Poly. (ketinggian 2cm)

[image:65.595.146.501.499.716.2]
(66)

Dari gambar 4.3 Putaran vs Daya Turbin di dapat hubungan antara putaran turbin dengan daya turbin. Dari grafik di atas di dapat data bahwa daya turbin maksimum di dapat pada putaran 1.24553 rad/s.

4.1.2 EFISIENSI TURBIN VORTEX DENGAN JARAK ANTARA SUDU

DENGAN SALURAN BUANG KETINGGIAN 4 CM

Pair = 1 2 ṁv

2

Pair = 1

2. 5.2. (1.44 2)

��� = 5.39136 watt

Misalkan pada beban 0,7 kg maka di dapat Torsinya: τ =�.� yang mana F= m.g

= m.g.r

= (0,7kg)10 m/s (0,09m) = 0,63 Nm

Kecepatan Sudut (ω ) : ω = 2��

60

ω = 2�14.7 60

ω = 1.5386 rad/s

maka daya turbin; PT = τ . ω

= 0.63 Nm . 1.5386 rad/s = 0.9693 watt

Sehingga Efisiensi Turbin adalah : �� = 5.39136 0.09693 x 100 %

(67)
[image:67.595.121.509.137.545.2]

Tabel 4.3 Hasil perhitungan percobaan pada jarak antara sudu dengan saluran buang ketinggian 4 cm

Rumah Turbin Spiral

Ketinggian 4 cm

Sudu = 3 ,Do = 6 Cm

ω (rad/s) Torsi

(Nm)

Daya Turbin (Watt)

Daya Air

(Watt) Efisiensi (%)

2,941133333 0 0 5,39136 0

2,8574 0,09 0,257166 5,39136 4,769965278

2,773666667 0,18 0,49926 5,39136 9,260372151

2,6062 0,27 0,703674 5,39136 13,05188301

2,334066667 0,36 0,840264 5,39136 15,58538105

2,0096 0,45 0,90432 5,39136 16,77350427

1,727 0,54 0,93258 5,39136 17,29767628

1,5386 0,63 0,969318 5,39136 17,97909989

1,025733333 0,72 0,738528 5,39136 13,69836182

[image:67.595.125.501.377.598.2]

0 0,9 0 5,39136 0

Gambar 4.4 Grafik Torsi vs Efisiensi pada jarak antara sudu dengan saluran keluar

ketinggian 4 cm

Dari gambar 4.4 Torsi vs Efisiensi di dapat hubungan antara efisiensi dengan torsi, dimana torsi yang digunakan mulai dari 0 sampai 0,9 Nm (turbin berhenti). Dari grafik di atas didapat data bahwa efisiensi maksimum turbin vortex pada jarak antara sudu dengan lubang outlet ketinggian 4 cm adalah sebesar 17.9791 %.

R² = 0,997 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

0 0,5 1

ketinggian 4cm

ketinggian 4cm Poly. (ketinggian 4cm)

(68)
[image:68.595.136.490.85.285.2]

Gambar 4.5 Grafik Torsi vs Putaran pada jarak antara sudu dengan saluran keluar

ketinggian 4 cm.

Dari gambar 4.5 Torsi vs Putaran, di dapat hubungan antara putaran turbin dengan torsi, dimana torsi yang digunakan mulai dari 0 sampai 0,9 Nm (turbin berhenti). Sehingga didapat hasil dari grafik di atas adalah semakin besar torsi yang

digunakan semakin kecil putaran turbin yang diperoleh. Dan sebaliknya semakin kecil torsi yang digunakan semakin besar putaran turbin yang diperoleh.

Gambar 4.6 Grafik Putaran vs Daya Turbin pada jarak antara sudu dengan saluran keluar

ketinggian 4 cm

Dari gambar 4.6 Putaran vs Daya turbin di dapat hubungan antara putaran turbin dengan daya turbin. Dari grafik diatas di dapat data bahwa daya turbin maksimum di dapat pada putaran 1.5386 rad/s

.

R² = 0,999 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

0 0,5 1

ketinggian 4cm

ketinggian 4cm Poly. (ketinggian 4cm)

Torsi

P

ut

ar

an

R² = 0,999

-0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

0 1 2 3 4

[image:68.595.138.486.447.635.2]
(69)

4.1.3 EFISIENSI TURBIN VORTEX DENGAN JARAK ANTARA SUDU DENGAN SALURAN BUANG KETINGGIAN 6 CM

Pair = 1 2 ṁv

2

Pair = 1

2. 5.2. (1.44 2)

��� = 5.39136 watt

Misalkan pada beban 0,8 kg maka di dapat Torsinya: τ =�.� yang mana F= m.g

= m.g.r

= (0,8kg)10 m/s (0,09m) = 0,72 Nm

Kecepatan Sudut (ω ) : ω = 2��

60

ω = 2�16.5 60

ω = 1.727 rad/s

maka daya turbin; PT = τ . ω

= 0.72 Nm . 1.727 rad/s = 1.2434 watt

Sehingga Efisiensi Turbin adalah �� = 5.39136 0.12434 x 100 %

(70)
[image:70.595.116.506.140.518.2]

Tabel 4.4 Hasil perhitungan percobaan pada jarak antara sudu dengan saluran keluar ketinggian 6 cm

Rumah Turbin Spiral

Ketinggian 6 cm

Sudu = 3 ,Do = 6 Cm

ω (rad/s) Torsi (Nm) Daya Turbin

(Watt)

Daya Air

(Watt) Efisiensi (%)

2,7946 0 0 5,39136 0

2,532933333 0,18 0,455928 5,39136 8,456641738

2,2294 0,36 0,802584 5,39136 14,88648504

2,0724 0,54 1,119096 5,39136 20,75721154

1,727 0,72 1,24344 5,39136 23,06356838

1,5072 0,81 1,220832 5,39136 22,64423077

1,266466667 0,9 1,13982 5,39136 21,14160434

1,109466667 0,99 1,098372 5,39136 20,37281873 0,921066667 1,08 0,994752 5,39136 18,4508547

0 1,17 0 5,39136 0

Gambar 4.7 Grafik Torsi vs Efisiensi pada jarak antara sudu dengan saluran keluar

ketinggian 6 cm

Dari gambar 4.7 Torsi vs Efisiensi di dapat hubungan antara efisiensi dengan torsi, dimana torsi yang digunakan mulai dari 0 sampai 1,17 Nm (turbin berhenti). Dari grafik di atas didapat data bahwa efisiensi maksimum turbin vortex pada jarak antara sudu dengan lubang outlet ketinggian 6 cm adalah sebesar 23.063568

R² = 0,994

-5 0 5 10

Gambar

Gambar 2.1 Sudu Tubin Pelton
Gambar 2.3 Turbin Crossflow
Gambar 2.4 Turbin Kaplan dengan sudu jalan yang dapat diatur.
Gambar 2.5 Turbin Francis
+7

Referensi

Dokumen terkait

Turbin pusaran air (vortex) ini dioperasikan pada daerah yang memiliki head yang rendah dan memanfaatkan pusaran gravitasi air sehingga akan menimbulkan perbedaan tekanan air dengan

Turbin vortex adalah turbin yang memanfaatkan pusaran air sebagai penggerak sudu turbin dengan head yang rendah dan bisa digunakan pada aliran sungai.. Pada penelitian ini digunakan

Dari grafik di atas didapat data bahwa efisiensi maksimum turbin vortex pada jarak antara sudu dengan lubang outlet ketinggian 6 cm adalah sebesar 76.01503 %. Gambar 4.8

1. Torsi dan putaran poros maksimum yang dihasilkan turbin. Daya optimal turbin yang dihasilkan. Manfaat Penelitian. Adapun manfaat dari penelitian ini adalah menambah

impuls), dan turbin Francis dan turbin Kaplan (jenis reaksi) seperti yang banyak.. ditemukan saat sekarang, beberapa jenis turbin dengan kontruksi

Puji Syukur Penulis Panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-Nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul “Rancang Bangun Turbin

1. Pengamatan kinerja turbin dianalisa terhadap aliran vortex. Tipe sudu yang digunakan adalah lengkung. Diameter dan lebar turbin. Tinggi sudu turbin adalah 78,3cm.

Grafik pengaruh variasi kelengkungan sudut sudu terhadap efisiensi turbin reaksi aliran vortex pada kapasitas 8,069 L/s Berdasarkan gambar 9,terlihat pada kapasitas 8,069 L/s turbin