Uji Eksperimental Turbin Kaplan Analisa Perbandingan Variasi Jumlah Sudu Pada Sudut Guide Vane 45

UJI EKSPERIMENTAL TURBIN KAPLAN

ANALISA PERBANDINGAN VARIASI JUMLAH

SUDU PADA SUDUT GUIDE VANE 45

0

SKRIPSI

Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

DAVID PERMADI NAINGGOLAN NIM. 090401071

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

ABSTRAK

Tingginya pertumbuhan permintaan akan tenaga listrik tidak dapat diimbangi oleh pertumbuhan penyediaan tenaga listrik dan telah menyebabkan timbulnya kondisi krisis penyediaan tenaga listrik di beberapa daerah, yang hal ini menyebabkan terhambatnya perkembangan ekonomi daerah tersebut dan nasional. Untuk mengimbangi pertumbuhan penyediaan tenaga listrik maka dibangun pembangkit listrik dengan skala mikro hidro

Berdasarkan pemikiran tersebut, maka dilakukan pengujian pada turbin kaplan skala mikro hidro dengan memanfaatkan sumber energi yang terbarukan. Tujuan pengujian ini untuk mengetahui kapasitas daya listrik yang dihasilkan oleh turbin kaplan dengan memanfaatkan aliran air dari reservoir yang dialirkan oleh pompa dengan kapasitas air (Q) sebesar 0,0528 m3/menit dan head instalasi (H) sebesar 1 meter. 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 variasi jumlah sudu yang akan diuji pada sudut guide vane 450 adalah berjumlah 4, 5 dan 6. Dari pengujian turbin kaplan ini diperoleh daya listrik yang dihasilkan oleh alternator tanpa beban pada sudu 4 sebesar 3,024 Watt, pada sudu 5 sebesar 4,532 Watt, dan pada sudu 6 sebesar 4,3068 Watt.

ABSTRACT

The high growth in demand for electricity can not be offset by growth in electricity supply has led to a crisis of electricity supply in some regions, this led to delays in the area of economic development and national levels. To compensate for the growth of the electric power supply then built power plants with micro-scale hydro

Based on the idea, then be tested on kaplan water turbine micro hydro with utilize renewable energy sources. 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 water capacity (Q) by 0.0528 m3/minute and installation head (H) by 1 meter. 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 testing variation number of blade at angle guide vane 450 to be tested is 4, 5 and 6. from testing Kaplan turbine is obtained power generated by the altenator without a load at an blade of 4 by 3,024 Watts, at an blade of 5by 4,532 Watts, and at an blade of 6 by 4,3068 Watts.

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 Analisa

Perbandingan Variasi Jumlah Sudu Pada Sudut Guide Vane 450”

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, Ir. B. Nainggolan dan E. R. Sinaga Amd. 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. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Kakak – kakak tercinta, Santi Erwina Nainggolan SE, dr. Dina Sartika Nainggolan, Nova Yanti Nainggolan ST, yang telah memberikan dukungan dan motivasi serta doa kepada penulis.

6. Rekan-rekan penulis, David Harold Manurung, Jan Simalungun Purba dan Jannes Tampubolon yang selalu memberikan motivasi hingga skripsi ini dapat terselesaikan.

7. Anita Ribca Sihombing, seorang spesial bagi penulis yang telah banyak memberikan dukungan, doa dan motivasi selama penyusunan skripsi ini. 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, Desember 2014

David Permadi Nainggolan

DAFTAR ISI

1.5 Manfaat Penelitian... 6

1.6 Keluaran Skripsi... 7

1.7 Sistematika Penulisan... 7

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Potensi Tenaga Air... 9

2.2 Sejarah Turbin Air... 11

2.3 Klasifikasi Turbin Air... 13

2.3.1 Turbin Impuls... 13

2.3.1.1 Turbin Pelton... 14

2.3.1.2 Turbin Turgo... 14

2.3.2 Turbin Reaksi... 16

2.5 Seleksi Awal Jenis Turbin... 26

2.6 Altenator... 29

2.7 Sabuk Dan Puli... 31

2.7.1 Jenis Gerakan Pada Sabuk... 31

2.7.2 Perbandingan Kecepatan Puli... 33

2.7.3 Efisiensi Puli... 34

2.8 Daya Listrik... 34

3.4.5 Instalasi Rangkaian Lampu... 44

3.4.6 Pompa... 45

3.5 Pelaksanaan Pengujian... 46

BAB IV ANALISA DATA DAN HASIL PENGUJIAN 4.1 Perhitungan Dimensi Dasar Turbin Kaplan... 51

4.1.1 Kapasitas Aktual dan Head Efektif Instalasi... 51

4.1.2 Dimensi Dasar Turbin Kaplan………... 52

4.1.3 Dimensi Runner Blade……....………... 54

4.2 Perhitungan Efisiensi Turbin Kaplan Dengan 4 Runner Blade Dan Sudut Guide Vane Sebesar 45o…... 56

4.2.1 Arus, tegangan, dan putaran... 56

4.2.2 Analisa daya dan putaran altenator pemberian beban.... 57

4.2.3 Pengujian Torsi – Putaran Berbeban... 60

4.2.4 Efisiensi daya turbin dan efisiensi daya altenator... 62

4.2.5 Efisiensi puli... 63

4.3 Perhitungan Efisiensi Turbin Kaplan Dengan 5 Runner Blade Dan Sudut Guide Vane Sebesar 45o …... 64

4.3.1 Arus, tegangan, dan putaran... 64

4.3.2 Analisa daya dan putaran altenator pemberian beban... 65

4.3.3 Pengujian Torsi – Putaran Berbeban... 68

4.3.4 Efisiensi daya turbin dan efisiensi daya altenator... 69

4.3.5 Efisiensi puli... 71

4.4.1 Arus, tegangan, dan putaran... 72 4.4.2 Analisa daya dan putaran altenator pemberian beban... 73 4.4.3 Pengujian Torsi – Putaran Berbeban... 76 4.4.4 Efisiensi daya turbin dan efisiensi daya altenator... 77 4.4.5. Efisiensi puli... 79

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan... 80 5.2 Saran... 81

DAFTAR NOTASI

Ep Energi Potensial joule

Q Kapasitas Aliran/Debit Air m3/s

T Torsi Nm

t Waktu s

Ub Kecepatan tepi diameter boss m/s

U Kecepatan tepi diameter luar m/s

Uwb Kecepatan pusaran air diameter boss m/s

Uw Kecepatan pusaran air diameter luar m/s

V Tegangan Listrik volt

Vf Kecepatan Aliran Air m/s

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Turbin Pelton... 14

Gambar 2.2 Turbin Turgo... 15

Gambar 2.3 Turbin Ossberger Atau Turbin Crossflow (Turbin Michell-Banki).. 16

Gambar 2.4 Turbin Francis... 17

Gambar 2.10 Elemen dasar turbin Kaplan... 23

Gambar 2.11 Segitiga Kecepatan Masuk dan Keluar Runner Blade…... 24

Gambar 2.12 Grafik Perbandingan Karakteristik Turbin... 26

Gambar 2.13.Alternator... 29

Gambar 2.14 Sabuk terbuka………... 32

Gambar 2.15 Gerakan Membelit atau Melingkar Pada Sabuk... 32

Gambar 2.16 Gerakan Dengan Puli Pengarah…... 33

Gambar 3.1 Instalasi turbin Kaplan... 39

Gambar 3.2 Hand Tachometer... 40

Gambar 3.3 Clamp Meter... 41

Gambar 3.4 Multimeter... 43

Gambar 3.5 Altenator ………... 44

Gambar 3.7 Pompa... 46 Gambar 4.1 Instalasi Pipa………... 52 Gambar 4.2 Segitiga Kecepatan Masuk dan Keluar Runner Blade……... 56 Gambar 4.3 Grafik Perubahan daya pada Alternator terhadap penambahan beban

pada 4 runner blade………... 59 Gambar 4.4 Grafik Perubahan putaran altenator terhadap penambahan beban

lampu pada 4 runner blade………... 77 Gambar 4.5 Grafik torsi vs putaran pada 4 runner blade .……… 61 Gambar 4.6 Grafik Perubahan daya pada Alternator terhadap penambahan beban

pada 5 runner blade ………... 67 Gambar 4.7 Grafik Perubahan putaran altenator terhadap penambahan beban

lampu pada 5 runner blade ……… 68 Gambar 4.8 Grafik torsi vs putaran pada 5 runner blade ..…….……….. 69 Gambar 4.9 Grafik Perubahan daya pada alternator terhadap penambahan beban

pada 6 runner blade ….………. 75 Gambar 4.10 Grafik Perubahan putaran altenator terhadap penambahan beban

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Jenis-jenis turbin air dan kisaran kecepatan spesifiknya (Ns)... 27

Tabel 2.2 Perbedaan altenator dengan generator... 30

Tabel 3.1 Jangkauan dan akurasi Clamp meter... 41

Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Kapasitas Aktualisasi... 51

Tabel 4.2 Hasil percobaan dan daya yang dihasilkan alternator pada 4 runner blade……….….. 59

Tabel 4.3 Hasil pengujian torsi dan putaran berbeban pada 4 runner blade ….. 61

Tabel 4.4 Hasil percobaan dan daya yang dihasilkan alternator pada 5 runner blade………... 66

Tabel 4.5 Hasil pengujian torsi dan putaran berbeban pada 5 runner blade... 69

Tabel 4.6 Hasil percobaan dan daya yang dihasilkan alternator pada 6 runner blade ……….... 74