PROPOSAL TUGAS AKHIR
PEMBUATAN TURBIN
VORTEX
DENGAN SUDU
BERBENTUK SPIRAL SEBAGAI UPAYA UNTUK
MENINGKATKAN EFISIENSI
Disusun oleh :
AGUS EKO SETYONO
(3.22.14.2.01)
ANDI YULIAN
(3.22.14.0.05)
FAIZ AJI WICAKSONO
(3.22.14.0.10)
VENNY VENTRIOLLA
(3.22.14.2.21)
PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI
JURUSAN TEKNIK MESIN
HALAMAN PERSETUJUAN
1. Judul Tugas Akhir : Pembuatan Turbin Vortex Dengan sudu Berbentuk Spiral Sebagai Upaya Untuk Meningkatkan Efisiensi
2. Pelaksana : a. Nama :
1. Agus Eko Setyono NIM. 3.22.14.2.01/KE3C 2. Andi Yuliyan NIM. 3.22.14.0.05/KE3A 3. Faiz Aji Wicaksono NIM. 3.22.14.0.10/KE3A 4. Venny Ventriolla NIM. 3.22.14.2.21/KE3C b. Program studi : Teknik Konversi Energi
c. Jurusan : Teknik Mesin 3. Pembimbing :
a. Pembimbing I : Drs. Bono S.T, M.Eng, b. Pembimbing II : Ir. Gatot Suwoto M.T,
Semarang, 5 Desember 2016
Pelaksana :
Pelaksana I Pelaksana II Pelaksana III Pelaksana IV
Agus Eko Setyono Andi Yuliyan Faiz Aji Wicaksono Venny Ventriolla NIM. 3.22.14.2.01 NIM. 3.22.14.0.05 NIM. 3.22.14.0.10 NIM. 3.22.14.2.21
Menyetujui :
Pembimbing I Pembimbing II
Drs. Bono S.T, M.Eng, Ir. Gatot Suwoto M.T, NIP. 195903231986031004 NIP.196109061988031001
Mengetahui,
Ketua Program Studi Teknik Konversi Energi
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 JUDUL PROGRAM TUGAS AKHIR
Pembuatan Pengembangan Turbin Vortex Dengan sudu Berbentuk Spiral Sebagai Upaya Untuk Meningkatkan Efisiensi
2.1 LATAR BELAKANG
Energi pada saat sekarang ini semakin berkurang akibat penggunaan energi fosil secara berlebihan disemua bidang, ilmuwan diseluruh dunia menyadari hal ini dan mencoba berbagai energi alternatif. Salah satu sumber energi yang banyak dilakukan penelitian adalah arus air. Penggunaan berbagai macam turbin semakin maju. Indonesia adalah negara agraris dengan potensi sumber daya air terbesar ke 5 didunia. Potensi sumber daya air yang sangat melimpah dengan jumlah total sekitar 3.200 miliar m³/tahun (Kirmanto, Djoko. 2012). Sehingga turbin air lebih diutamakan dari pada turbin angin karena angin di Indonesia relatif kurang stabil.
Indonesia. Hal ini menjadi referensi untuk memanfaatkan dengan mengubahnya menjadi aliran vortex (pusaran air).
Turbin vortex adalah salah satu jenis turbin mikrohidro yang menggunakan pusaran air sebagai penggerak sudunya. Turbin vortex memiliki head yang relatif rendah 0,7 m – 3m dengan debit 50L/s (Mohanan, Anjali M. 2016). Turbin jenis ini sangat cocok digunakan untuk aliran sungai, karena kebanyakan sungai memiliki head yang rendah. Berdasarkan uraian diatas, dalam penelitian ini akan dilakukan pengembangan turbin air vortex dengan bentuk sudu flat dan turbin vortex dengan bentuk sudu spiral sehingga kita dapat mengetahui perbedaan kinerjanya dan dapat memanfaatkan aliran air yang memiliki tinggi jatuh (head) yang rendah dengan efisiensi yang maksimal.
3.1 PERUMUSAN MASALAH
Perumusan masalah dalam penelitian ini adalah apakah bentuk aliran air yang kita rekayasa menjadi vortex dan bentuk sudu yang dimodifikasi dengan bentuk spiral dengan basis turbin vortex dapat meningkatkan efisiensi, untuk menjawab pertanyaan tersebut, dalam penelitian ini akan dibuat 2 model turbin air tipe turbin vortex dengan sudu berbentuk flat dan tipe turbin vortex dengan sudu berbentuk spiral. Kedua model tersebut di uji kinerjanya dan dibandingkan berdasarkan karakteristik efisiensi yang dihasilkan.
4.1 TUJUAN
a. Tujuan
Tujuan utama penelitian ini adalah mengembangkan desain turbin air tipe vortex yang telah ada dengan variasi sudu berbentuk spiral. Untuk mencapai tujuan utama tersebut dirumuskan tujuan khusus sebagai berikut :
1. Merekayasa model turbin vortex dan pengembangannya (Dengan bentuk sudu spiral).
2. Melakukan uji kinerja model turbin vortex yang telah dibuat (turbin air tipe vortex dan turbin dengan bentuk sudu spiral)
b. Manfaat
Manfaat dari penelitian pembuatan Turbin Vortex Dengan sudu Berbentuk Spiral adalah :
1. Mengurangi ketergantungan sumber energi berbasis fosil.
2. Hasil penelitian dapat diterapkan dilokasi yang memiliki potensi aliran sungai dan dapat dingunakan sebagai pembangkit listrik tenaga air dengan head (tinggi jatuh air) yang rendah.
3. Dapat dimanfaatkan oleh masyarakat sebagai sumber energi alternatif.
5.1 LUARAN YANG DIHARAPKAN
Target luaran dari Tugas Akhir (TA) ini adalah menghasilkan sebuah model turbin air Vortex dengan sudu berbentuk spiral sebagai upaya untuk meningkatkan effisiensi.
6.1 KEGUNAAN
Kegunaan pembuatan Tugas Akhir (TA) dengan judul Turbin Air Vortex dengan sudu berbentuk spiral sebagai upaya untuk meningkatkan efisiensi adalah :
1. Hasil Tugas Akhir (TA) ini dapat langsung diterapkan di lokasi yang memiliki potensi aliran sungai dan dapat berguna sebagai pembangkit listrik tenaga air maupun menggerakkan beban lain seperti pompa irigasi.
2. Dapat dingunakan untuk alat praktikum pengujian Turbin Vortex. 3. Mengurangi ketergantungan sumber energi berbasis fosil.
4. Dapat dimanfaatkan oleh masyarakat sebagai sumber energi alternatif sehingga meningkatkan kerjasama antara pihak institusi dengan masyarakat pengguna dan masyarakat umum dengan harapan turbin ini sangat bermanfaat bagi daerah yang memiliki potensi.
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 KONSEP TURBIN VORTEX SUDU SPIRAL
Turbin vortex merupakan turbin yang memanfaatkan pusaran air sebagai media perantara energi terhadap sumbu vertikal. Turbin air ini dioperasikan pada daerah yang memiliki tinggi jatuh (head) rendah dan memanfaatkan pusaran grafitasi air sehingga akan menimbulkan perbedaan tekanan air dengan bagian sumbu (zotloeterer). Efisiensi maksimum yang dihasilkan sebesar 15,1%. Efisiensi tersebut didapat menggunakan blade yang paling besar, inflow maksimal 25 cm, dan besarnya gaya sama dengan 60% dari gaya maksimal yang digunakan (Power, Christine dkk. 2016). Tangki sirkulasi dengan diameter 1 m, menggunakan outlet 0.2 m, beroperasi dengan head 0.4 m, dapat menghasilkan daya maksimal 60 W dan efisiensi system 30 % (Wanchat, Sujate dkk. 2013) Sistem PLTA pusaran air adalah sebuah teknologi baru yang memanfaatkan energi yang terkandung dalam pusaran air yang besar dengan diciptakan melalui perbedaan head rendah disungai. Cara kerja turbin vortex yaitu :
1. Air sungai dari tepi sungai disalurkan dan dibawa ke tangki sirkulasi. Tangki sirkulasi ini memiliki suatu lubang lingkaran pada dasarnya.
2. Tekanan rendah pada lubang dasar tangki dan kecepatan air pada titik masuk tangki sirkulasi mempengaruhi kekuatan aliran vortex.
3. Energi potensial seluruhnya diubah menjadi energi kinetik rotasi diinti vortex yang selanjutnya diekstraksi melalui turbin sumbu vertikal.
4. Air kemudian kembali kesungai melalui saluran keluar.
Gambar 2.1 Model saluran pusaran air (vortex) besarta turbin vortex
Untuk mengetahui kinerja dari turbin vortex, dapat digunakan rumus – rumus perhitungan daya dan efisiensi sistem.
Perhitungan Daya 1. Daya Kinetik (Pk)
Daya kinetik adalah energi yang secara efektif diterima oleh air dari pompa (penggerak).
Pk = ½ ρ Q c2 (Watt) ...(01)
Dimana ρ merupakan massa jenis air (kg/m3), Q merupakan debit (m3/s), c merupakan kecepatan aliran (m/s)
2. Daya Mekanik (Pm)
Daya mekanik adalah daya yang dihasilkan oleh sudu (blade) turbin.
Pm=2πNT
60 (Watt) ...(02)
Dimana n adalah putaran turbin (rpm), T merupakan torsi (Nm)
3. Efisiensi
Secara umum efisiensi dapat didefinisikan sebagai perbandingan kerja yang dihasilkan dengan energi masukan. Efisiensi turbin, yaitu :
ηt = PmPk .100 ...(03)
BAB III
METODE PELAKSANAAN
Secara singkat, langkah - langkah penelitian dirangkum dalam bentuk flowchart seperti berikut :
Gambar 3.1 Langkah-langkah penelitian
3.2 URAIAN KEGIATAN 3.1.1 Uraian Kegiatan
Untuk mendapatkan pemahaman yang komprehensif, langkah-langkah penelitian diuraikan dalam uraian dibawah ini :
Persiapan
Penelusuran sumber pustaka dan materi penelitian
Studi Pustaka :
1. Turbin Vortex yang telah ada (bentuk sudu flat)
2. Saluran pusaran air (vortex) 3. Cara pengujian turbin Vortex
Desain Model Turbin Vortex dengan Sudu Spiral
Pembuatan 2 Model Turbin Vortex :
1. Turbin Vortex dengan sudu berbentuk flat 2. Turbin Vortex dengan sudu berbentuk spiral
Uji Kinerja Turbin Air Meliputi : 1) Variabel : bentuk sudu Flat dan Spiral 2)Data yang diambil : Torsi, Putaran,
kecepatan aliran, debit, beda tekanan aliran Analisa Data dan Pelaporan: Menyusun
1. Persiapan
Langkah ini dilakukan berdasarkan objek penelitian meliputi jurnal-jurnal dan artikel. Metode ini dilakukan dengan cara menelusuri di internet dan mempelajari buku-buku tentang turbin vortex yang telah ada d a r i p e r p u s t a k a a n .
2. Desain Model Turbin
Setelah melakukan studi pustaka kami mendapat beberapa sumber pustaka tentang model turbin yang akan kita buat sehingga kami dapat merancang desain model turbin yang akan dibuat. Turbin Vortex yang pertama memiliki 4 sudu dan berdiameter 48cm dan tinggi 60cm sedangkan yang kedua yaitu turbin dengan bentuk sudu spiral memiliki 4 sudu dan berdiameter 56cm.
3. Pembuatan Alat
Dalam pembuatan alat ini meliputi :
a. Pembuatan sudu flat Turbin Vortex dengan menggunakan bahan berupa plat stainless steel dengan panjang sudu 60cm dan lebar turbin 15,7cm. Sedangkan untuk turbin dengan sudu spiral juga menggunakan bahan yang sama dengan diameter sebesar 38cm. Dalam pembuatan model turbin, kami memerlukan ring diameter 30mm dan besi silinder diameter 10mm sebagai pemegang sudu turbin flat maupun spiral, beberapa bahan seperti mata bor untuk membuat lubang tempat baut, kikir untuk mengikis komponen yang berlebih, amplas kasar, amplas halus dan dempul untuk melakukan finishing dan selanjutnya dilakukan pengecatan.
c. Untuk pembuatan kerangka menggunakan baja profil 50x50 mm dengan jumlah 5 batang dan 40x40mm dengann jumlah 2 batang, juga dibutuhkan bearing dan bantalan untuk poros ST40 dengan diameter 16mm sebagai dudukan poros turbin agar tetap berputar. Diperlukan generator yang berguna untuk menghasilkan listrik dan mengukur torsi. Dalam pembuatan kerangka ini membutuhkan alat yaitu gerinda potong untuk memotong plat sesuai yang diinginkan dan direncanakan pada gambar, meteran untuk keperluan mengukur, dan setelah selesai proses pemotongan dan pengukuran maka menyatukan bagian per bagian dengan menggunakan mesin las listrik hingga membentuk kerangka yang sesuai dengan gambar yang direncanakan, setelah terbentuk kerangka tersebut dilakukan penggerindaan pada tempelan las, dalam pengerjaan penggerindaan dibutuhkan batu gerinda (selep), dan selanjutnya dilakukan pendempulan, dalam hal ini dibutuhkan dempul dan amplas. Setelah selesai mendempul dan merapikan dempulan kemudian dilakukan pengecatan.
d. Untuk membuat rekayasa aliran air kami menggunakan pompa air sentrifugal dengan head 17m dan debit 1200L/menit
e. Untuk pembuatan bak penampung air, saluran air, dan tangki sirkulasi kami menggunakan stainlees steel 220x80cm sebanyak2 buah, pipa poly vinyl chloride (PVC) diameter 4inch panjang 5meter dan diameter 2inch sepanjang 2meter, katub 2 buah diameter 4inch.
f. Untuk mendapatkan data-data yang diinginkan maka kami menggunakan generator untuk memperoleh torsi, tachometer untuk mengetahui kecepatan putaran turbin, neraca pegas digital (dinamometer) untuk mengukur besar torsi yang dihasilkan, pompa sentrifugal merupakan komponen yang berfungsi mengalirkan air dari bak penampung menuju tangki sirkulasi.
dalam ukuran A3, A2, dan A4 dalam pembuatan ini kami menggunakan jasa rental foto copy untuk penggandaan dokumen dan pembuatan soft cover.
h. Untuk dokumentasi diperlukan baterai alkaline ukuran sedang dengan jumlah 4 buah untuk kamera digital, CD R original untuk penyimpanan soft copy dan untuk pencetakan gambar kami menggunakan jasa studio foto.
4. Uji Kinerja Turbin (Pengambilan Data)
Dalam uji kinerja turbin, sebagai variabel adalah bentuk sudu Vortex d a n Tu r b i n dengan sudu berbentuk spiral. Dalam pengambilan data ini parameter yang diukur adalah torsi dari turbin menggunakan neraca pegas (dinamometer), putaran turbin menggunakan tachometer, besarnya debit yang didapat menggunakan tabung pitot. Diuji pada debit aliran konstan. Setelah semua pengujian selesai maka didapat data hasil kinerja dari kedua turbin dan selanjutnya dapat dibuat grafik karakteristik kinerja dari turbin tersebut
5. Analisa Data
Melakukan analisa data berdasarkan grafik karakteristik kinerja turbin air. Analisa dilakukan dengan cara membandingkan efisiensi maksimum turbin vortex yang telah ada dan spiral.
6. Tahapan Terakhir
Menyusun laporan akhir Tugas Akhir dan artikel TA.
3.3 GAMBAR DESAIN
3. 4.
Gambar 3.1. Model Turbin Vortex sudu bentuk Flat 3.2 Model Turbin Dengan Sudu bentuk Spiral 3.3 Penampang Turbin Vortex sudu bentuk Flat tampak atas 3.4 Penampang Turbin Vortex Sudu bentuk Spiral tampak atas
Gambar 5. Skema Saluran Pengujian Turbin
Keterangan :
1. Bak penampung air 2. Rangka
3. Turbin 4. Generator 5. Saluran air 6. Pipa air
7. Pompa sentrifugal
Tabel 1. Jadwal kegiatan Tugas Akhir
Jenis Kegiatan
Bulan 1 Bulan 2 Bulan 3 Bulan 4 Minggu Minggu Minggu Minggu 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 Persiapan :
1. Penelusuran sumber pustaka 2. Material Penelitian
Perencanaan desain
Pembuatan alat :
1. Turbin Vortex bentuk sudu Flat
2. Turbin bentuk sudu Spiral Pengujian Turbin (Pengambilan data)
Analisa data dan hasil akhir Tahapan Akhir
Tabel 2. Anggaran Biaya
Material PemakaianJustifikasi Kuantitas SatuanHarga
listrik 1 buah 2.630.000 2.630.000
Tabung Pitot mengukur beda
head, tekanan air 1 buah 60.000 60.000
SUB TOTAL (Rp) 4.340.000
poros turbin 2 meter 200.000 400.000
Ring diameter 30
turbin vortex 2 meter 50.000 100.000
Mur Baut M5x50 mm
menyatukan part-part pada alat uji (kerangka turbin)
Pengadaan laporan
baterai alkaline untuk kamera
digital 4 buah 10.000 40.000
kertas A4 80
1 Peralatan Penunjang Rp 4.340.000
2 Bahan Habis Pakai Rp 1.213.400
3 Lain – lain Rp 276.000
DAFTAR PUSTAKA
http://www.antaranews.com/berita/307705/baru-25-persen-potensi-air-termanfaatkan. 20 Oktober 2016
http://www.zotloeterer.com/welcome/gravitation-water-vortex-power-plants/configuration-function/ di akses 22 Oktober 2016
Marsudi, Djiteng. 2006. Pembangkitan Energi Listrik. Jakarta: Erlangga Mohanan, Anjali M. 2016. Power Generation With Simultaneous Aeration
Using A Gravity Vortex Turbine. International Journal of Scientific & Engeenering Research, Volume 7, Issue 2
Power, Christine dkk. 2016. A Parametric Experimental Investigation of the Operating Conditions of Gravitationel Vortex Hydropower (GVHP). Journal of Clean Energy Technologies, Vol. 4, No. 2
Ray Posdam J Sihombing dan Syahril Gultom, 2014. Analisa Efisiensi Turbin Voltex Dengan Casing Berpenampang Lingkaran Pada Sudu Berdiameter 56 Cm Untuk Variasi Jarak Sudu Dengan Saluran Keluar. Sumut.
