Perencanaan Serta Pembuatan Prototipe Turbin Air Terapung Bersudu Datar Dengan Memanfaatkan Kecepatan Aliran Air Sungai

(1)

Jhon Aryanto Glad Saragih : Perencanaan Serta Pembuatan Prototipe Turbin Air Terapung Bersudu Datar Dengan Memanfaatkan Kecepatan Aliran Air Sungai, 2009.

PERENCANAAN SERTA PEMBUATAN PROTOTIPE

TURBIN AIR TERAPUNG BERSUDU DATAR

DENGAN MEMANFAATKAN KECEPATAN

ALIRAN AIR SUNGAI

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

JHON ARYANTO GLAD SARAGIH NIM. 040401062

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa,

atas segala karunia dan anugerah-Nya yang senantiasa diberikan sehingga penulis

dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

Tugas Sarjana ini merupakan salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi

Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas

Sumatera Utara. Adapun Tugas Sarjana yang dipilih, diambil dari mata kuliah

Sistem Perpipaan, yaitu “Perencanaan serta pembuatan prototipe turbin air

terapung bersudu rata dengan memanfaatkan kecepatan aliran air sungai”.

Dalam penulisan Tugas Sarjana ini, penulis telah berupaya dengan segala

kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh

dari perkuliahan, menggunakan literatur serta bimbingan dan arahan dari Dosen

Pembimbing.

Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Ir.M. Syahril Gultom, MT sebagai dosen pembimbing yang telah

banyak meluangkan waktunya dan dengan sabar membimbing saya hingga

tugas ini dapat terselesaikan.

2. Bapak Prof. Dr. Ir. Farel H. Napitupulu, DEA sebagai dosen penguji 1

sidang tugas sarjana yang banyak membimbing dan memberi saran pada

penulis dalam menyelesaikan tugas sarjana ini.

3. Bapak Ir. Tekad Sitepu sebagai dosen penguji 2 sidang tugas sarjana yang

banyak membimbing dan memberi saran pada penulis dalam menyelesaikan

tugas sarjana ini.

4. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Tulus Burhanuddin

Sitorus, ST, MT, selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin,

Fakultas Teknik USU.

5. Kedua orang tua tercinta, P. Saragih dan R. br. Hutabarat, dan adik yang

saya sayangi (Herlinawati Saragih). Doa, canda tawa dan kasih sayang yang

(3)

6. Bapak Ir. Syahrul Abda, M.Sc. selaku dosen wali saya.

7. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Mesin Fakultas

Teknik USU.

8. Rekan-rekan Teknik Mesin, khususnya rekan-rekan stambuk 2004 yang

selalu memberikan semangat dan dukungan doanya kepada penulis.

9. Kelompok Kecil ( KK ) Joyful ( K’Eva, Raul, Firma, Ros ) dan P.D

maranatha yang terus membantu penulis dalam doa dan dukungannya dalam

menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

10. Rekan-rekan satu kost-kost an yang berada di jalan harmonika no.53 P.

Bulan yang selalu memberikan semangat kepada penulis dalam

menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

11. Serta semua pihak yang banyak membantu penulis dalam menyelesaikan

Tugas Sarjana ini.

Penulis menyadari bahwa Tugas Sarjana ini masih jauh dari sempurna,

oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun

demi penyempurnaan di masa mendatang.

“The fear of the LORD is the beginning of knowledge: but fools despise

wisdom and instruction” .

Akhir kata, penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita

semua.

Medan, Maret 2009

Penulis,

Jhon A G Saragih

(4)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

LEMBAR PENGESAHAN DARI DOSEN PEMBIMBING ... ii

LEMBAR PENGESAHAN DARI DOSEN PEMBANDING ... iii

SPESIFIKASI TUGAS ... iv

LEMBAR EVALUASI SEMINAR SKRIPSI ... v

KATA PENGANTAR ... vi

DAFTAR ISI ... viii

DAFTAR TABEL ... x

DAFTAR GAMBAR ... xi

DAFTAR SIMBOL ... xiii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan Perencanaan ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 3

2.1 Sudu-Sudu Turbin ... 3

2.2 Turbin Air... 4

2.2.1 Turbin Reaksi ... 4

2.2.2 Turbin Impuls ... 6

2.3 Klasifikasi Turbin Air ... 10

2.3.1 Berdasarkan Tinggi Tekan ... 10

(5)

2.3.3 Berdasarkan Tenaga Yang Dihasilkan ... 11

2.3.4 Berdasarkan Kecepatan Spesifik ... 11

2.4 Penggerak/Pemutar Berbagai Macam Turbin ... 12

BAB III DASAR-DASAR PERENCANAAN ... 13

3.1 Dasar Pemilihan Jenis Prototipe ... 13

3.2 Penentuan Lokasi ... 13

3.3 Kondisi Dasar Sungai ... 15

3.4 Bentuk Aliran Sungai ... 15

3.5 Model Sudu Turbin ... 16

3.6 Penentuan Diameter Sudu Turbin ... 16

3.7 Model Turbin ... 16

BAB IV ANALISA PERENCANAAN TURBIN ... 20

4.1 Rancangan I ... 20

4.2 Rancangan II ... 24

4.3 Rancangan III ... 28

4.4 Analisa Daya Turbin Yang Dihasilkan ... 32

BAB V KESIMPULAN... 39

DAFTAR PUSTAKA ... 40

(6)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Jenis Turbin Berdasarkan Arah Aliran 10

(7)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Turbin Francis 5

Gambar 2.2 Sketsa Turbin Francis 5

Gambar 2.3 Turbin Kaplan 6

Gambar 2.4 Turbin Pelton 7

Gambar 2.5a Sudu Turbin Pelton 8

Gambar 2.5b Nosel 8

Gambar 2.6 Turbin Crossflow 9

Gambar 2.7 Penggerak/Pemutar Berbagai Macam Turbin 12

Gambar 3.1 Pengukuran Kecepatan Aliran Air 14

Gambar 3.2 Model Turbin Yang Dirancang 17

Gambar 4.1 Analisa Kecepatan Pada Sisi Masuk Titik Pengujian I 20

Gambar 4.2 Analisa Kecepatan Pada Sisi Keluar Titik Pengujian I 22

Gambar 4.3 Segitiga Kecepatan Pada Sisi Keluar Titik Pengujian I 22

Gambar 4.4 Analisa Kecepatan Pada Sisi Masuk Titik Pengujian II 24

Gambar 4.5 Analisa Kecepatan Pada Sisi Keluar Titik Pengujian II 26

(8)

Gambar 4.7 Analisa Kecepatan Pada Sisi Masuk Titik Pengujian III 28

Gambar 4.8 Analisa Kecepatan Pada Sisi Keluar Titik Pengujian III 30

(9)

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan

π

Satuan

A Luas permukaan m2

C Kecepatan Absolut Fluida m/s

D Diameter m

n Putaran rpm

r Jari-jari ( radius ) m

U Kecepatan Tangensial m/s

W Kecepatan Relatif m/s

Pi

α Sudut Aliran ( sudut antara C dengan U ) 0

β Sudut Sudu ( sudut antara W dengan U ) 0

ω Kecepatan Sudut rad/s

F Gaya N

.

m Laju aliran massa kg/s

Q Kapasitas Aliran m /3 s

v Kecepatan aliran fluida m/s

ρ Densitas air kg/m 3

T Torsi ( momen punter ) Nm

(10)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Potensi tenaga air merupakan salah satu dari sumber energi baru

terbarukan yang murah dan ramah lingkungan. Potensi tersebut sampai saat ini

belum dimanfaatkan secara maksimal untuk memenuhi kebutuhan tenaga listrik di

pedesaan, khususnya untuk desa-desa terpencil yang belum terlistriki dan belum

terjangkau oleh jaringan listrik PT. PLN (Persero) karena alasan teknis dan

ekonomis. Kebutuhan tenaga listrik bagi desa-desa terpencil dengan tingkat

konsumsi listrik yang masih rendah memerlukan kapasitas pembangkit yang

relatif kecil. Hal ini dapat dipenuhi dengan memanfaatkan potensi tenaga air yang

ada dan terletak disekitar mereka. Aliran sungai dan saluran irigasi dengan debit

yang cukup besar juga dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik dengan

kapasitas kecil ini. Prinsip kerja turbin ini didukung oleh sudu-sudu yang ada pada

turbin. Sudu-sudu ini berfungsi untuk mengatur tekanan arus air sungai agar dapat

memutar turbin. Gerakan turbin rnenimbulkan energi putar yang diteruskan ke

poros, kemudian diteruskan transmisi percepatan dan akhirnya untuk memutar

dinamo pembangkit listrik. Bentuk sudu sangat mempengaruhi besarnya energi

(11)

mengenai perencanaan model sudu yang terbaik untuk menghasilkan energi yang

maksimal.

1.2 Tujuan Perencanaan

Adapun tujuan dari perencanaan ini adalah untuk membuat sudu datar

untuk prototipe turbin air terapung yang memanfaatkan kecepatan aliran air

sungai.

1.3 Batasan Masalah

Adapun batasan masalah yang dibahas dalam skripsi ini adalah

perencanaan diameter dan lebar turbin, perencanaan model serta jumlah sudu

(12)

BAB I I

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sudu-Sudu Turbin

Roda turbin yang berputar pada bagian permukaannya terdapat sudu-sudu,

karena sudu-sudu tersebut bergerak bersama-sama dengan roda turbin, maka

sudu-sudu tersebut dinamakan sudu gerak atau sudu jalan. Pada sebuah roda

turbin mungkin terdapat beberpa sudu gerak, setiap baris sudu terdiri dari

sudu-sudu yang disusun melingkar roda turbin, masing-masing dengan bentuk dan

ukuran yang sama. Turbin dengan satu baris sudu gerak dinamakan turbin

bertingkat tunggal dan turbin dengan beberapa baris sudu gerak dinamakan turbin

bertingkat ganda. Pada turbin bertingkat ganda, fluida bekerja mengalir melalui

baris sudu yang pertama, kemudian baris kedua, ketiga dan seterusnya.

Fluida kerja pada turbin bertingkat ganda sebelum mengalir dari satu sudu gerak

ke sudu gerak yang lainnya akan melalui baris sudu-sudu yang bersatu dengan

rumah turbin. Sudu yang bersatu dengan rumah turbin dan tidak bergerak

berputar, dinamakan sudu tetap. Sudu tetap berfungsi mengarahkan aliran fluida

kerja masuk ke dalam sudu gerak dan dapat juga berfungsi sebagai nosel. Didalam

turbin bertingkat ganda, proses ekspansi dari fluida kerja dilakukan secara

(13)

dari satu baris sudu tetap dan satu baris sudu gerak. Tujuan penggunaan turbin

bertingkat ganda adalah untuk menaikkan efisiensi. Celah diantara puncak sudu

gerak dan rumah turbin harus dibuat sesempit mungkin agar energi fluida dapat

sebanyak-banyaknya diubah menjadi kerja berguna.

2.2 Turbin Air

Menurt M.M Dandekar, K.N Sharma [6] turbin air merupakan jenis mesin

fluida yang fungsi utamanya adalah mengubah energi air menjadi tenaga listrik.

Turbin air dapat dibagi menjadi dua kelompok yaitu turbin reaksi dan turbin

impuls [11], dimana secara garis besarnya dapat dijelaskan sebagai berikut:

2.2.1 Turbin Reaksi

Pada turbin reaksi, energi yang tersedia pada saluran masuk hanya

sebagian saja yang dirubah menjadi energi kinetik sedangkan sisanya tetap dalam

bentuk energi tekan. Ketika air mengalir melalui roda gerak / runner terjadi

perubahan energi tekan menjadi energi kinetik secara berangsur-angsur. Tekanan

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

soda gerak/runner dalam hal ini harus tertutup dari udara luar dan seluruhnya

(14)

Beberapa contoh dari Turbin Reaksi adalah :

 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 pad 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 2.1 Turbin Francis Gambar 2.2. Sketsa TurbinFrancis

(15)

 Turbin Kaplan & Propeller

Turbin Kaplan dan propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial. Turbin

ini tersusun dari propeller seperti pada perahu.. Propeller tersebut biasanya

mempunyai tiga hingga enam sudu.

Gambar 2.3. Turbin Kaplan Sumber.

2.2.2 Turbin Impuls

Pada turbin impuls energi potensial air dirubah menjadi energi kinetik

pada nosel. Air keluar nosel yang mempunyai kecepatan tinggi membentur

sudu turbin. Setelah membentur sudu turbin arah kecepatan aliran berubah

sehingga terjadi perubahan momentum ( impuls ). Akibatnya roda turbin

(16)

yang keluar dari nosel tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir

sekitarnya.

Beberapa contoh dari turbin impuls adalah :

 Turbin Pelton

Turbin pelton merupakan turbin impuls. Turbin Pelton terdiri dari satu set

sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang disemprotkan dari satu atau lebih

alat yang disebut nosel. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang

paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head

tinggi.

Gambar 2.4 Turbin 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.

(17)

Gambar 2.5a. Sudu Turbin Pelton

Sumber:

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 2.5b Nosel

(18)

 Turbin Crossflow

Salah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin

Michell-Banki yang merupakan penemunya. Selain itu juga disebut Turbin

Osberger yang merupakan perusahaan yang memproduksi turbin crossflow.

Turbin crossflow dapat dioperasikan pada debit 20 litres/sec hingga 10 m3/sec dan

head antara 1 s/d 200 m. 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.

Gambar 2.6. Turbin Crossflow

(19)

2.3 Klasifikasi Turbin Air

2.3.1 Berdasarkan Tinggi Tekan ( head )

Berdasarkan tinggi tekan (head) [7] turbin dapat diklasifikasikan menjadi:

1. Turbin Tinggi Tekan (head) Rendah

adalah turbin yang dapat bekerja pada head 2-15 m. Turbin Kaplan adalah

contoh turbin yang dipergunakan untuk head rendah.

2. Turbin Tinggi Tekan (head) Menengah

adalah turbin yang dapat bekerja pada head 16-70 m. Turbin Francis adalah

contoh turbin yang dipergunakan untuk head menengah.

3. Turbin Tinggi Tekan (head) Tinggi

adalah turbin yang dapat bekerja pada head 71-500 m. Turbin Pelton adalah

contoh turbin yang dipergunakan untuk head tinggi.

4. Turbin Tinggi Tekan (head) Sangat Tinggi

adalah turbin yang dapat bekerja pada head >500 m. Turbin Pelton dengan

berbagai macam penyesuaian adalah contoh turbin yang dipergunakan untuk

head sangat tinggi.

2.3.2 Berdasarkan Arah Aliran

Tabel 2.1 [8] adalah ringkasan dari arah aliran yang umumnya terjadi pada

turbin yang biasa dipergunakan.

Tabel 2.1

(20)

Francis Radial atau Gabungan

Pelton Tangensial

Kaplan Aksial

Deriaz Diagonal

2.3.3 Berdasarkan Tenaga Yang Dihasilkan

Besar tenaga kuda (P) yang dihasilkan oleh sebuah turbin dapat dinyatakan

sebagai berikut [9] :

wQhη_o

75

=

Ρ ...(2.1)

dimana:

o

η = daya guna/efisiensi menyeluruh dari turbin

Q = debit ( 3 )

s m

h = tinggi tekan efektif

w = satuan berat dari air, dimana dalam keadaan normal diambil 1000 3 m kg

Dengan angka daya guna turbin saat ini kir-kira diambil 90%, maka rumus

di atas dapat ditulis secara kasar sebagai :

Ρ=12Qh ...(2.2)

Tenaga yang dikelurakan, bagaimanapun akan tergantung pada Q maupun h.

Turbin Pelton menghasilkan tenaga > 330.000 dk, Turbin Kaplan > 150.000 dk

dan Turbin Francis > 820.000 dk.

2.3.4 Berdasarkan Kecepatan Spesifik

Tabel 2.2 [10] adalah ringkasan dari kecepatan spesifik yang umumnya

terjadi pada turbin yang biasa dipergunakan.

(21)

Kecepatan Spesifik Jenis Turbin

10 – 35 Pelton dengan 1 nosel

35 – 60 Pelton dengan 2 atau beberapa nosel

60 – 300 Francis

300 – 1000 Kaplan

2.4 Penggerak/Pemutar Berbagai Macam Turbin

Gambar 2.7 Penggerak/pemutar dari berbagai macam turbin.

Masing-masing turbin terdiri dari sebuah penggerak/runner dengan

bilah-bilah lengkung atau sudu-sudu yang disusun begitu rupa sehingga air dapat

mengalir melalui sudu-sudu ini. Sudu-sudu ini membelokkan air menuju keluar

(22)

BAB III

DASAR - DASAR PERENCANAAN

3.1 Dasar Pemilihan Jenis Prototipe

Adapun dasar pemilihan jenis prototipe ini termasuk dalam jenis turbin

antara lain :

 Menurut Fritz Dietzel (1990), putaran kincir air kecil, yaitu berkisar antara

2 – 12 rpm, jika lebih dari itu dinamakan turbin. Sedangkan prototipe ini

direncanakan putarannya ±40 rpm. Oleh sebab itu, prototipe ini termasuk

dalam kategori turbin.

 Aliran air yang masuk turbin tekanannya adalah sama dengan tekanan

atmosfir sekitarnya sehingga dapat dikelompokkan dalam turbin impuls,

hanya saja pada prototipe ini tidak terdapat nosel seperti pada turbin impuls

pada umumnya.

3.2 Penentuan Lokasi

Adapun lokasi yang dipilih sebagai dasar dalam perencanaan dan

pembuatan prototipe turbin air terapung ini adalah Sungai Namo Sira-Sira yang

terletak di desa Namo Tating, Kecematan Sei Bingai Kabupaten Langkat.

(23)

Sira-Jhon Aryanto Glad Saragih : Perencanaan Serta Pembuatan Prototipe Turbin Air Terapung Bersudu Datar Dengan Memanfaatkan Kecepatan Aliran Air Sungai, 2009.

1

2

3

5

4

sira memiliki kedalaman ±1,5m .Disamping itu Sungai Namo Sira-sira juga

merupakan saluran irigasi sehingga lebar sungai tidak terlalu besar ( ±2m ).

Berdasarkan pengukuran yang telah dilakukan dengan menggunakan alat ukur

rotatometer diperoleh data-data kecepatan aliran air Sungai Namo Sira-Sira

sebagai berikut :

Gambar 3.1 Pengukuran Kecepatan Aliran Sungai Namo Sira-Sira

Berdasarkan data-data diatas maka ditetapkanlah besarnya kecepatan aliran

air Sungai Namo Sira-Sira adalah :

(24)

3.3 Kondisi dasar sungai

Lokasi intake harus memiliki dasar sungai yang relatif stabil, apalagi bila

bangunan intake tersebut tanpa bendungan (intake dam). Dasar sungai yang tidak

stabil inudah mengalami erosi sehingga permukaan dasar sungai lebih rendah

dibandingkan dasar bangunan intake; hal ini akan menghambat aliran air

memasuki intake.

Dasar sungai berupa lapisan lempeng batuan merupakan tempat yang stabil.

Tempat di mana kemiringan sungainya kecil, umumnya memiliki dasar sungai

yang relatif stabil. Pada kondisi yang tidak memungkinkan diperoleh lokasi intake

dengan dasar sungai yang relatif stabil dan erosi pada dasar sungai memungkinkan

teladi, maka konstruksi bangunan intake dilengkapi dengan bendungan untuk

menjaga ketinggian dasar sungai di sekitar intake.

3.4 Bentuk aliran sungai

Salah satu permasalahan yang sering terjadi adalah kerusakan pada

bangunan intake yang disebabkan oleh banjir. Hal tersebut sering terjadi pada

intake yang ditempatkan pada sisi luar sungai. Pada bagian sisi luar sungai mudah

erosi serta rawan terhadap banjir. Batu-batuan, batang pohon serta berbagai

material yang terbawa banjir akan mengarah pada bagian tersebut. Sementara itu

(25)

sedimentasi, schingga tidak cocok untuk lokasi intake. Lokasi intake yang baik

terletak sepanjang bagian sungai yang relatif lurus, di mana aliran akan terdorong

memasuki intake secara alami dengan membawa beban (bed load) yang kecil.

3.5 Model Sudu Turbin

Berdasarkan pada percobaan yang telah dilakukan dengan miniatur model

sudu lengkung, miniatur model sudu datar dengan bentuk persegi, persegi panjang

maupun jajaran genjang di Sungai Namo Sira-sira maka ditentukanlah model sudu

yang digunakan untuk prototipe turbin air terapung adalah berbentuk datar. Hal ini

dilakukan untuk mengetahui perbandingan daya yang dihasilkan oleh sudu datar

dan sudu lengkung.

3.6 Penentuan diameter sudu turbin

Dalam penelitian ini, penentuan diameter sudu turbin ditentukan

berdasarkan besarnya lebar sungai dimana sungai Namo Sira-sira yang terletak di

desa Namo Tating, kecamatan Sei Bingai kabupaten Langkat memiliki lebar

sebesar

3.7 Model Turbin

Sebelum prototipe turbin air terapung dibuat, maka terlebih dahulu

dilakukan perancangan model turbin. Adapun perancangan model turbin untuk

(26)

Gambar 3.2 Model Turbin Yang dirancang

1. Rancangan I

 Turbin

- Diameter Turbin : 75 cm disesuaikan dengan lebar

- Lebar Turbin : 50 cm sungai Namo Sira-sira

- Bahan Turbin : Baja ST-37 dengan tebal 2 mm

 Sudu Turbin

- Model Sudu : Datar

- Jumlah Sudu : 12 buah

(27)

- Lebar Sudu : 16 cm

- Bahan Sudu : Baja ST-37 dengan tebal 2 mm

 Berat Total : ±38kg

2. Rancangan II

 Turbin

 Sudu Turbin

- Panjang Sudu : 50 cm ( sesuai dengan lebar turbin )

3. Rancangan III

 Turbin

 Sudu Turbin

(28)

Adapun maksud dari dilakukannya perancangan ukuran utama turbin ini

sampai 3 kali adalah untuk mengetahui rancangan turbin dengan spesifikasi mana

yang paling ideal untuk prototipe turbin air terapung dengan memanfaatkan

(29)

BAB IV

ANALISA PERENCANAAN TURBIN

4.1 Rancangan I

4.1.1 Analisa Segitiga Kecepatan Turbin Air

 Analisa Kecepatan Pada Sisi Masuk

C1 U1

1

Gambar 4.1 Analisa Kecepatan Pada Sisi Masuk

Dari gambar diatas diketahui bahwa :

1

C : Kecepatan Absolut Fluida Masuk

1

U : Kecepatan Tangensial / Kecepatan Keliling Sudu Turbin yang arahnya

searah dengan arah putaran turbin.

1

(30)

Adapun nilai dari C = ₁ 1,75m /s ( diperoleh dengan menggunakan rotatometer )

D : diameter turbin air yang direncanakan ( 0,75 m )

n : putaran turbin air yang dihasilkan ( 27 rpm )

Maka harga W dapat dicari dengan menggunakan persamaan [3] : 1

(31)

 Analisa Segitiga Kecepatan Pada Sisi Keluar

U2

W2

C2

Gambar 4.2 Analisa Kecepatan Pada Sisi Keluar

Dari gambar diatas, dapat diperoleh gambar segitiga kecepatan pada sisi keluar

sebaga berikut :

Gambar 4.3 Segitiga Kecepatan Pada Sisi Keluar

U

2

W

2

(32)

2

C : Kecepatan Absolut Fluida Keluar

2

W : Kecepatan Relatif Fluida terhadap Sudu Turbin

Maka harga W dapat dicari dengan menggunakan persamaan [3] : 2

Jadi besar kecepatan relatif fluida terhadap sudu kincir pada sisi keluar

(33)

Berdasarkan gambar 4.3 besar sudut antara W dengan ₂ U ( ₂ β₂ ) dapat

dihitung dengan menggunakan persamaan :

2

4.2 Rancangan II

4.2.1 Analisa Segitiga Kecepatan Turbin Air

(34)

Gambar 4.4 Analisa Kecepatan Pada Sisi Masuk

1

dan U dapat dicari dengan persamaan [2] : ₁

U = ₁

60

n D × ×

π

...(4.5)

Dimana :

Sehingga :

C1 U1

(35)

U = 1 m s

Maka harga W dapat dicari dengan menggunakan persamaan [3] : ₁

α

Jadi besar kecepatan relatif fluida terhadap sudu turbin pada sisi masuk

adalah 0,58 m/s.

 Analisa Segitiga Kecepatan Pada Sisi Keluar

C2

U2 W2

(36)

sebagai berikut :

2

(37)

0

dihitung dengan menggunakan persamaan :

2

4.3 Analisa Rancangan III

(38)

 Analisa Kecepatan Pada Sisi Masuk

Gambar 4.7Analisa Kecepatan Pada Sisi Masuk

1

dan U dapat dicari dengan persamaan [2] : ₁

U = 1

60

n D × ×

π

...(4.9)

Dimana :

C1 U1

(39)

Sehingga :

Maka harga W dapat dicari dengan menggunakan persamaan [3] : ₁

α

Jadi besar kecepatan relatif fluida terhadap sudu turbin pada sisi masuk

adalah 0,85 m/s.

(40)

C2

U2 W2

Gambar 4.8 Analisa Kecepatan Pada Sisi Keluar

sebagai berikut :

2

U

2

W

2

(41)

Maka harga W dapat dicari dengan menggunakan persamaan [3] : ₂

α

dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

(42)

73

4.4 Analisa Daya Turbin Yang dihasilkan

Adapun langkah – langkah yang digunakan dalam menganalisa daya turbin

yang dihasilkan oleh prototipe turbin air terapung bersudu datar adalah sebagai

berikut :

1. Tentukan kecepatan linear ( kecepatan tangensial ) turbin air berdasarkan

analisa segitiga kecepatan.

2. Dari langkah 1, diperoleh besar kecepatan sudut turbin dengan menggunakan

persamaan

4. Dari langkah 3, diperoleh besar momen puntir ( torsi ) pada turbin air dengan

menggunakan persamaan Τ=F×r

5.Tentukan daya turbin air dengan menggunakan persamaan Ρ=Τ×ω

 Analisa Daya Turbin Yang Dihasilkan Untuk Rancangan I

- Kecepatan Aliran : v = 1,75m /s

- Putaran Turbin : n = 27rpm

(43)

U =

Untuk menghitung kecepatan sudut turbin dapat digunakan persamaan [4]

(44)

sehingga :

F =139,748kg/s×1,75m/s

F =244,559N

 Torsi pada Turbin

Untuk menghitung torsi pada turbin dapat digunakan persamaan [5] :

Τ= F×r...(4.15)

Τ= F×r

Τ=244,559N×0,375m

Τ=91,709Nm

 Daya Turbin

Besarnya daya yang dihasilkan turbin dapat dicari dengan persamaan :

P = T×ω...(4.16)

Ρ=91,709Nm×2,82/s

Ρ=258,62w

 Analisa Daya Turbin Yang Dihasilkan Untuk Rancangan II

(45)

 Kecepatan Linear / Tangansial ( U)

Untuk menghitung kecepatan sudut turbin dapat digunakan persamaan [4]

yaitu:

Besar gaya pada turbin dapat dicari dengan persamaan [1] yaitu :

(46)

m 122,28kg/s .

=

sehingga :

F =122,28kg/s×1,75m/s

F =213,99N

 Torsi pada Turbin \

Untuk menghitung torsi pada turbin dapat digunakan persamaan [5] :

Τ= F×r...(4.19)

Τ= F×r

Τ=213,99N×0,375m

Τ=80,24Nm

 Daya Turbin

Besarnya daya yang dihasilkan turbin dapat dicari dengan persamaan :

P = T×ω...(4.20)

Ρ=80,24Nm×3,12/s

Ρ=250,34w

 Analisa Daya Turbin Yang Dihasilkan Untuk Rancangan III

(47)

 Kecepatan Linear / Tangansial ( U)

Untuk menghitung kecepatan sudut turbin dapat digunakan persamaan [4]

yaitu:

Besar gaya pada turbin dapat dicari dengan persamaan [1] yaitu :

(48)

m 157,21kg/s .

=

sehingga :

F =157,21kg/s×1,75m/s

F =275,1175N

 Torsi pada Turbin

Untuk menghitung torsi pada turbin dapat digunakan persamaan [5] :

Τ= F×r...(4.23)

Τ= F×r

Τ=275,1175N×0,375m

Τ=103,169Nm

 Daya Turbin

Besarnya daya yang dihasilkan turbin dapat dicari dengan persamaan :

P = T×ω...(4.24)

Ρ=103,169Nm×2,4/s

Ρ=247,6056w

BAB V

(49)

Dari hasil seluruh perhitungan/analisa yang telah dilakukan, maka hasil

perencanaan yang paling ideal untuk prototipe turbin air terapung dengan

memanfaatkan kecepatan arus aliran sungai Namo Sira-Sira adalah :

1. Turbin

- Diameter Turbin : 75 cm

- Lebar Turbin : 50 cm

- Putaran Turbin : 27 rpm

- Daya Turbin : 258,62 w

2. Sudu Turbin

- Model Sudu : datar

- Panjang Sudu : 50 cm ( sesuai dengan lebar turbin )

3. Berat Total : ±38kg

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Fritz Dietzel, Dakso Sriyono. Turbin Pompa dan Kompressor. Erlangga.

(50)

[2]. Fritz Dietzel, Dakso Sriyono. Turbin Pompa dan Kompressor. Erlangga.

Jakarta.1990,hal 22.

[3]. Ir. Jero Wacik S, Ir. Suardhana Linggih. Ringkasan Fisika. Ganeca Excat.

Bandung.1985,hal 22.

[6]. M.M. Dandekar, K.N. Sharma. Pembangkit Listrik Tenaga Air. UI. Press

[10]. R.S Khurmi. A Text Book Of Hydraulic Machiner. S.Chand & Company

LTD. Ram Nagar,New Delhi.1984,hal 841.

[11]. http:// water turbine-wikipedia,the free encyclopedia.html.

[12]. http://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/layman2.pdf

[13]. http://lingolex.com/bilc/engine.html

[14]. http://en.wikipedia.org/wiki/francis turbin

[15]. http://en.wikipedia.org/wiki/kaplan turbin