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
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.
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
DAFTAR ISI
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
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
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
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ... 59
5.2 Saran ... 60 DAFTAR PUSTAKA
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
Gambar 3.7 Timbangan Pegas 35
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
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
DAFTAR NOTASI
D2 Diameter Roda Jalan Sisi Keluar (m)
Dt Diameter Turbin (m)
g konstanta Gravitasi (9,81 m/s)
H Head (m)
k Koefisien Losses
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.