Uji Performansi Turbin Vortex Dengan Pengaruh Variasi Dimensi Sudu Dan Analisa Perbandingan Menggunakan Variasi Saluran BuangSyahril

(1)

UJI PERFORMANSI TURBIN VORTEX MENGGUNAKAN

VARIASI DIMENSI SUDU 1 & 3 DAN LUAS SALURAN

BUANG SERTA KETINGGIAN DARI DASAR CASING

TERHADAP PRESTASI TURBIN VORTEX

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

SAUDARA VERY NANDO SIHOMBING

NIM. 080401094

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

ABSTRAK

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 3 dimensi sudu yang berbeda dengan bentuk

casing lingkaran dan memiliki 3 variasi saluran buang. Penelitian ini dilakukan

dengan memanfaatkan pompa sebagai sirkulator air dan menggunakan talang

sebagai saluran masuk rumah turbin. Hasil penelitian menunjukkan bahwa sudu

dengan ukuran ke-2 memiliki efisiensi lebih tinggi dibandingkan dengan ukuran

sudu yang lainnya dengan diameter saluran buang 7cm.

(3)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadiran Tuhan Yang Maha Esa atas berkat

dan karunia-Nya penulis akhirnya dapat menyelesaikan skripsi ini dengan judul

“UJI PERFORMANSI TURBIN VORTEX DENGAN PENGARUH

VARIASI DIMENSI SUDU DAN ANALISA PERBANDINGAN

MENGGUNAKAN VARIASI SALURAN BUANG”.

Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan

stara-1 (S1) pada Departement Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi

penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa dan bantuan dari berbagai pihak

akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Oleh karena itu dengan penuh ketulusan hati

penulis mengucapkan terima kasih kepada :

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

dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi

kepada penulis.

2. Bapak Dr. Ing. Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departement

Teknik Mesin Universitas Sumatra Utara.

3. Bapak Ir. A. Halim Nasution, MSc selaku dosen pembanding I dan

Bapak Tulus B. Sitorus, ST.MT selaku dosen pembanding II yang

memberi masukan kepada penulis.

4. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departement Teknik Mesin

yang telah berjasa membimbing serta membantu segala keperluan

(4)

5. Kedua orangtua penulis, P. Sihombing dan U. Butar-butar yang sangat

berjasa, yang memberikan kasih sayang yang tak terhingga dan doa

kepada penulis.

6. Saudara kandung penulis Jenny Riana Sihombing, Adventina

Sihombing dan Leonard Sihombing yang selalu memberikan

dukungan.

7. Rekan seperjuangan Ferdy J. Marpaung, Irham Raft Seguin, Faisal

Hajj yang telah bersama-sama untuk menyelesaikan skripsi ini.

8. Teman-teman dari Tim HORAS, Tim PELTON, Tim NACA, Tim

Hidram, Inkubator Team, Solar Dryer Team, dan M60 Group yang

turut membantu dan mendukung untuk menyelesaikan skripsi ini.

9. Rekan-rekan mahasiswa stambuk 2008 yang tidak mungkin disebutkan

satu-persatu, para abang senior dan adik-adik junior semua yang telah

mendukung dan memberi semangat kepada penulis.

Penulis menyadari bahwa mungkin ada beberapa kesalahan dan kekeliruan

dalam penulisan skripsi ini. Oleh karena itu penulis akan sangat berterima kasih

dan dengan senang hati menerima kritik dan saran yang membangun untuk

memperbaiki skripsi ini untuk kepentingan ilmu pengetahuan.Semoga tulisan ini

dapat memberi manfaat kepada pembaca dan akhir kata Penulis mengucapkan

banyak terima kasih.

Medan, September 2013

(5)

DAFTAR ISI

ASBSTRAK ...i

KATA PENGANTAR ...ii

DAFTAR ISI ...iv

DAFTAR TABEL ...vii

DAFTAR GAMBAR ...ix

DAFTAR SIMBOL ...xiii

AKSARA YUNANI ...xiv

BAB I PENDAHULUAN ...1

1.1. Latar Belakang ...1

1.2. Tujuan Penelitian ...2

1.3. Manfaat Penelitian ...3

1.4. Batasan Masalah ...3

1.5. Metodologi Penelitian ...3

1.6. Sistematika Penulisan ...4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...6

2.1. Fluida ...6

2.2. Klasifikasi Fluida ...7

2.2.1. Fluida Statis dan Fluida Dinamis ...8

(6)

2.2.3. Aliran Seperated dan Unseperated ...10

2.2.4. Aliran Laminar dan Aliran Turbulen ...12

2.2.5. Aliran Vortex ...13

2.3. Turbin Air ...17

2.4. Klasifikasi Turbin Air ...20

2.4.1. Turbin Impuls ...22

2.4.2. Turbin Reaksi ...24

2.4.3. Perbandingan Karakteristik Turbin Air ...27

2.4.4. Performansi dan Efisiensi Turbin ...29

BAB III METODOLOGI DAN ALAT PENELITIAN ...31

3.1. Umum ...31

3.2. Rancang Bangun Instalasi...32

3.3. Pengujian Turbin Vortex ...37

3.4. Peralatan Pengujian ...38

3.4.1. Hand Tachometer ...38

3.4.2. Timbangan Pegas ...38

3.4.3. Pulley ...39

3.4.4. Gelas Ukur ...40

3.4.5. Flow Meter ...40

3.4.6. Pompa Pengumpan ...41

3.5. Pelaksanaan Pengujian ...42

(7)

BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA ...46

4.1. Perhitungan efisiensi turbin vortex pada luas saluran buang 5,5 cm (bukaan katup 30°, 60°, dan 90°) dengan menggunakan 4 sudu ...46

4.1.1. Efisiensi turbin vortex bukaan katup 30° ...47

4.2. Perhitungan efisiensi turbin vortex pada luas saluran buang 6 cm (bukaan katup 30°, 60°, dan 90°) dengan menggunakan 4 sudu ...51

IV.2.1. Efisiensi turbin vortex bukaan katup 30°...51

IV.3. Perhitungan efisiensi turbin vortex pada luas saluran buang 7 cm (bukaan katup 30°, 60°, dan 90°) dengan menggunakan 4 sudu...64

IV.4. Grafik perbandingan hasil pengujian turbin vortex menggunakan saluran buang 5,5 cm pada bukaan katup 30°, 60° dan 90°...75

IV.4.1. Perbandingan efisiensi turbin dengan torsi...75

IV.4.2. Perbandingan putaran turbin dengan torsi...76

IV.4.3. Perbandingan putaran dengan daya turbin...77

(8)

saluran buang 6 cm pada bukaan katup 30°, 60° dan 90°...78

IV.6. Grafik perbandingan hasil pengujian turbin vortex menggunakan saluran buang 7 cm pada bukaan katup 30°, 60° dan 90°...81

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...84

V.1. Kesimpulan...84

V.2. Saran...85

DAFTAR PUSTAKA

(9)

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

(10)

referensi untuk memanfaatkan aliran sungai dengan mengubahnya menjadi aliran

vortex.

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

melihatpengaruh tinggi sudu turbin terhadap performansi turbin.

I.2. Tujuan Penelitian

Tujuan dari pelaksanaan dan penulisan laporan ini adalah untuk

mengetahui pengaruh luas saluran buang dan jarak sudu dari dasar

casingterhadap:

1. Torsi dan putaran poros maksimum yang dihasilkan turbin.

2. Daya optimal turbin yang dihasilkan.

(11)

I.3. Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dari penelitian ini adalah menambah pengetahuan bahwa

aliran sungai pun dapat dimanfaatkan menjadi energi listrik secara optimal.

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.

2. Tipe sudu yang digunakan adalah lengkung.

3. Diameter dan lebar turbin.

4. Jumlah sudu yang digunakan adalah 4

5. Tinggi sudu turbin adalah 78,3cm.

I.5. Metodologi Penelitian

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.

(12)

a) Membaca dan mempelajari buku-buku literatur untuk dapat

mengetahui dasar teori yang berhubungan dengan permasalahan

yang dibahas.

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 masalahdan 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 mengenaiFluida, Hukum Bernoulli, Aliran vortex,

Turbin air,Klasifikasi Turbin air dan performansi dan efisiensi.

BAB III : METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini berisi tentang beberapa tahapan persiapan sebelum pengujian,

(13)

BAB IV : PENGOLAHAN DATA DAN ANALISA DATA

Bab ini berisi tentang pembahasan dari data-data yang diperoleh yakni

analisatorsi turbin, daya turbin dan efisiensi turbin

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil analisa dan saran untuk

penyempurnaan hasil penelitian untuk penelitian berikutnya.

DAFTAR PUSTAKA