Uji Eksperimental Turbin Kaplan Dengan 5 Runner Blade Dan Analisa Perbandingan Variasi Sudut Guide Vane.

(1)

UJI EKSPERIMENTAL TURBIN KAPLAN DENGAN 5

RUNNER BLADE DAN ANALISA PERBANDINGAN

VARIASI SUDUT GUIDE VANE

SKRIPSI

Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

JAN SIMALUNGUN PURBA NIM. 090401038

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

ABSTRACK

The power plant micro hydro scale is a installation power plant which

has a small capacity and contruction instalation required budget funds relative

small than with budget construction a PLTA. The power plant micro hidro scale

very efficient used for demand electricity in a household cause budget funds a

relatively small. Finally be expected that efficiency from kaplan water turbine

used will increase and all problem electrical energy crisis can overcome so that

all people can get compliance of the requerement electrical energy. Based on the

idea, then be tested on kaplan water turbine micro hydro with utilize renewable

energy sources. In this testing be used generator for producing electric to turn on

the bulb circuit. Purpose of this test for know capacity electric power generated

by kaplan turbine with utilize water flow from reservoir which flowed by the pump

with capasity 0,0528 m3/minute as simulation of the flow of the river.Runner blade is one main component in instalation testing the kaplan turbine, outer diameter

runner blade which used in this testing by 16 cm. In this testingguide vane tobe

tested is the angle 300, 450 dan 600. Of the kaplan turbine testing obtained by electric current produced by alternator with power 1,850 Watt in the angle

steguring bllade water (guide vane) 300, in the angle steguring bllade water (guide vane) 450 of 4,532 watt and in the angle steguring bllade water(guide vane) 600 of 3,969Watt.

(3)

ABSTRAK

Pembangkit listrik skala mikrohidro merupakan sebuah instalasi

pembangkit listrik yang memiliki kapasitas kecil dan dalam pembangunan

instalasinya dibutuhkan anggaran dana yang relatif kecil dibandingkan dengan

anggaran pembangunan sebuah PLTA. Pembangkit listrik dengan skala mikro

hidro sangat efisien digunakan untuk kebutuhan listrik dalam sebuah rumah

tangga karena anggaran dana yang relative kecil. Pada akhirnya diharapkan bahwa

efisiensi dari turbin kaplan yang digunakan akan semakin meningkat dan semua

masalah krisis energi listrik dapat diatasi sehingga semua orang bisa mendapatkan

pemenuhan atas kebutuhan energi listrik. _{Berdasarkan pemikiran tersebut, maka}

dilakukan pengujian pada turbin kaplan skala mikro hidro dengan memanfaatkan

sumber energi yang terbarukan. _{Pada pengujian ini digunakan generator sebagai}

penghasil listrik untuk menghidupkan rangkaian bola lampu. Tujuan pengujian ini

untuk mengetahui kapasitas daya listrik yang dihasilkan oleh turbin kaplan dengan

memanfaatkan aliran air dari reservoir yang di alirkan oleh pompa dengan

kapasitas 0,0528 m3/menit sebagai simulasi dari aliran sungai. Runner blade

merupakan salah satu komponen utama dalam instalasi pegujian turbin kaplan,

diameter luar runner blade yang akan digunakan dalam pengujian ini sebesar 16

cm. Pada pengujian ini sudu pengarah air (guide vane )yang akan di uji adalah

dengan sudut 300, 450 dan 600. Dari pengujian turbin kaplan ini diperoleh arus

listrik yang dihasilkan oleh generator dengan daya sebesar 1,850 Watt pada sudut

guide vane 300, pada sudut guide vane 450 sebesar 4,532 Watt dan pada sudut

guide vane 600 sebesar 3,969 Watt.

(4)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas

segala limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan

skripsi yang berjudul “Uji Eksperimental Turbin Kaplan Dengan 5 Runner Blade Dan Analisa Perbandingan Variasi Sudut Guide Vane”

Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan

Strata-1 (S1) Fakultas Teknik Departemen Teknik Mesin di Universitas Sumatera

Utara pada sub bidang Energi Air.

Dalam menyelesaikan skripsi ini penulis banyak menerima bimbingan dan

dorongan berupa pemikiran, tenaga, semangat, motivasi serta waktu dari berbagai

pihak. Untuk itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

1. Kedua orang tua penulis, I. Purba dan B. Saragih. yang selalu memberikan

dukungan dan semangat, baik berupa materi, doa, serta motivasi demi

terselesainya penulisan skripsi ini.

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

banyak memberikan bimbingannya kepada penulis dalam menyelesaikan

skripsi ini.

3. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST, MT selaku dosen penguji 1 yang

telah banyak memberikan ilmu dan meluangkan waktunya dalam

membimbing penulis selama masa penyelesaian skripsi ini.

4. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST, MT selaku dosen penguji 2 yang

telah banyak memberikan ilmu dan meluangkan waktunya dalam

(5)

5. Bapak DR. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik

Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

6. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin yang

telah membantu keperluan penulis selama kuliah hingga selesainya

penulisan skripsi ini.

7. Rekan-rekan penulis, David Harold Manurung, David Permadi Nainggolan

dan Jannes Tampubolon yang selalu memberikan motivasi hingga skripsi

ini dapat terselesaikan.

8. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin khususnya stambuk 2009 yang

telah banyak memberikan bantuan, baik berupa jasa dan waktunya hingga

penyelesaian skripsi ini.

Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan skripsi ini.

Oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang sifatnya membangun

demi kesempurnaan skripsi ini.

Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga skripsi ini dapat

bermanfaat bagi yang membacanya.

Medan, Januari 2015

Jan Simalungun Purba

(6)

DAFTAR ISI

DAFTAR SIMBOL... xiii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1

1.2 Tujuan Penelitian... 3

1.3 Manfaat Penelitian... 3

1.4 Batasan Masalah... 3

1.5 Metodologi Penelitian... 4

1.6 Keluaran Skripsi... 5

1.7 Sistematika Penulisan... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1Potensi Tenaga Air... 7

2.2Sejarah Turbin Air... 8

2.3Klasifikasi Turbin Air... 9

(7)

2.3.1.1 Turbin Pelton... 10

2.3.1.2 Turbin Turgo... 11

2.3.1.3 Turbin Ossberger Atau Turbin Crossflow... 12

2.3.2 Turbin Reaksi... 13

2.3.2.1 Turbin Francis... 13

2.4Karakteristik Turbin... 23

2.5Seleksi Awal Jenis Turbin... 24

2.6Generator Listrik... 27

2.7Sabuk Dan Puli... 27

2.7.1 Jenis Gerakan Pada Sabuk... 28

2.7.2 Perbandingan Kecepatan Puli... 30

2.7.3 Efisiensi Puli... 31

2.8Daya Listrik... 31

BAB III METODOLOGI DAN ALAT PENELITIAN 3.1 Umum... 32

3.2 Waktu dan Tempat Penelitian... 34

3.3 Peralatan Pengujian... 34

(8)

3.3.2 Pompa... 34

3.3.3 Hand Tachometer... 35

3.3.4 Clamp Meter... 36

3.3.5 Multimeter... 38

3.3.6 Instalasi Rangkaian Lampu... 38

3.4 Spesifikasi dan Perlengkapan Turbin Kaplan... 39

3.5 Rancang Bangun Instalasi... 42

3.6 Pelaksanaan Pengujian... 42

3.7 Flowchart Uji Ekperimental... 45

BAB IV ANALISA DATA DAN HASIL PENGUJIAN 4.1 Perhitungan Dimensi Dasar Turbin Kaplan... 46

4.1.1 Kapasitas Aktual dan Head Efektif Instalasi... 46

4.1.2 Dimensi Dasar Turbin Kaplan………... 47

4.2 Data Hasil Pengujian Turbin Kaplan Dengan 5 Runner Blade Dan Sudut Guide Vane Sebesar 30o…... 52

4.2.1 Arus, tegangan, dan putaran... 52

(9)

4.2.3 Pengujian torsi putaran berbeban... 56

4.2.4 Efisiensi daya turbin dan efisiensi daya alternator... 57

4.2.5 Efisiensi Puli... 59

4.3 Data Hasil pengujian Turbin Kaplan Dengan 5 Runner Blade Dan Sudut Guide Vane Sebesar 45o …... 59

4.3.2 Analisa daya dan putaran altenator... 60

4.3.4 Efisiensi daya turbin dan efisiensi daya altenator... 64

4.3.5 Efisiensi puli... 66

4.4 Data Hasil Pengujian Turbin Kaplan Dengan 6 Runner Blade Dan Sudut Guide Vane Sebesar 60o... 67

4.4.2 Analisa daya dan putaran altenator... 68

4.4.4 Efisiensi daya turbin dan efisiensi daya altenator... 72

4.4.5. Efisiensi puli... 74

(10)

5.1 Kesimpulan... 75

5.2 Saran... 76

(11)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Turbin pelton... 11

Gambar 2.2 Turbin Turgo... 12

Gambar 2.3 Turbin Osberger... 13

Gambar 2.4 Turbin Francis... 14

Gambar 2.5 Turbin kaplan... 15

Gambar 2.6 Rumah Turbin... 16

Gambar 2.7 Guide Vane ... 17

Gambar 2.8 Runner Blade ... 18

Gambar 2.9 Draft Tube ... 19

Gambar 2.10 Elemen dasar turbin Kaplan... 20

Gambar 2.11 Segitiga kecepatan... 21

Gambar 2.12 Grafik perbandingan karakteristik turbin... 23

Gambar 2.13 Generator Listrik... 27

Gambar 2.14 Sabuk terbuka... 28

Gambar 2.15 Gerakan membelit atau melingkar pada sabuk... 29

Gambar 2.16 Gerakan dengan puli pengarah... 30

(12)

Gambar 3.2 Pompa ... 35

Gambar 3.3 Hand Tachometer... 36

Gambar 3.4 Clamp Meter... 36

Gambar 3.5 Multimeter... 38

Gambar 3.6 Rangkaian Lampu... 39

Gambar 3.7 Runner Blade... 39

Gambar 3.8 Poros... 40

Gambar 3.9 Sabuk... 41

Gambar 3.10 Puli... 41

Gambar 3.11 Turbin kaplan setelah siap instalasi... 42

Gambar 4.1 Instalasi pipa... 47

Gambar 4.2 Segitiga Kecepatan... 51

Gambar 4.3 Grafik perubahan daya Alternator terhadap penambahan beban lampu pada sudut guide vane 300... 55

Gambar 4.4 Grafik perubahan putaran altenator terhadap penambahan beban lampu pada sudut guide vane 300... 55

Gambar 4.5 Grafik torsi vs putaran... 57

(13)

Gambar 4.7 Grafik perubahan putaran altenator terhadap penambahan beban

lampu pada sudut guide vane 450... 63

Gambar 4.9 Grafik perubahan daya Alternator terhadap penambahan beban

Gambar 4.10 Grafik perubahan putaran altenator terhadap penambahan beban

(14)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Jenis-jenis turbin air dan kisaran kecepatan spesifiknya ... 25

Tabel 3.1 Jangkauan dan akurasi clamp meter... 37

Tabel 4.1 Hasil pengukuran kapasitas aktual instalasi ... 46

Tabel 4.2 Hasil percobaan dan daya yang dihasilkan alternator pada sudut guide

vane 300... 54

Tabel 4.3 Hasil pengujian torsi dan putaran berbeban... 56

vane 450... 61

Tabel 4.5 Hasil pengujian torsi dan putaran berbeban... 64

vane 600... 69

(15)

DAFTAR SIMBOL

SIMBOL ARTI SATUAN

Q Kapasitas Aliran/Debit Air m3/s

A Luas Penampang m2

D Diameter m

m Massa kg

E Energi Kinetik joule

P Daya watt

Ns Kecepatan Spesifik rpm

v Kecepatan m/s

K Koefisien Kerugian Pipa -

g Percepatan Gravitasi m/s2

Hd Head discharge m

Hs Head suction m

Heff Head Effektif m

hf Head Loses Mayor m

hm Head Loses Minor m

(16)

λ Jarak Vertikal Runner m

d Diameter Hub m

mpt Massa Turbin kg

malt Massa Altenator kg

Dpt Diameter Poros Turbin m

Dalt Diameter Poros Altenator m

T Waktu s

n Putaran rpm

I Kuat Arus ampere

L Panjang Pipa m

n Putaran rpm

Pair Daya Air watt

PA Daya Altenator Hasil Pengujian watt

V Tegangan Listrik volt