Laporan Turbin Kaplan

(1)

BAB I BAB I

PENDAHULUAN PENDAHULUAN

A.

A. Latar BelakangLatar Belakang

Sebagai mahasiswa/i program studi Teknik Konversi Energi, prioritas utama kami ialah Sebagai mahasiswa/i program studi Teknik Konversi Energi, prioritas utama kami ialah sistem operasi pembangkit diataranya PLTU, PLTD, PLTG, PLTGU, dan PLTA. Operasi sistem operasi pembangkit diataranya PLTU, PLTD, PLTG, PLTGU, dan PLTA. Operasi pembangkit tentunya membutuhkan komponen untuk sisitem pengoperasiannya, salag t

pembangkit tentunya membutuhkan komponen untuk sisitem pengoperasiannya, salag t aunyaaunya ialah turbin. Kami diharapkan untuk memahami sistem kerja turbin yang nantinya akan ialah turbin. Kami diharapkan untuk memahami sistem kerja turbin yang nantinya akan digunakan pada pembangkit, dan yang akan di bahas pada praktikum ini adalah turbin air, digunakan pada pembangkit, dan yang akan di bahas pada praktikum ini adalah turbin air, dan yang menjadi fokus ialah pompa aliran aksial.

dan yang menjadi fokus ialah pompa aliran aksial.

B.

B. TujuanTujuan 1.

1. Mahasiswa/i mampu memahami fungsi pompa aliran aksialMahasiswa/i mampu memahami fungsi pompa aliran aksial 2.

2. Mahasiswa/i mampu membuat gambar schematic alat ukur yang digunakan untukMahasiswa/i mampu membuat gambar schematic alat ukur yang digunakan untuk praktikum

praktikum 3.

3. Mahasiswa/i mampu membuat daftar semua lambangMahasiswa/i mampu membuat daftar semua lambang 4.

4. Mahasiswa/i mampu membaca alat ukurMahasiswa/i mampu membaca alat ukur 5.

5. Mahasiswa/i mampu membaca dan menghitung Head, Torsi, Daya, Efisiensi untukMahasiswa/i mampu membaca dan menghitung Head, Torsi, Daya, Efisiensi untuk perbedaan kondisi performa pompa

perbedaan kondisi performa pompa 6.

6. Mahasiswa/i mampu membuat kurva karakteristik pompaMahasiswa/i mampu membuat kurva karakteristik pompa 7.

(2)

BAB II DASAR TEORI

A. Pompa

Pompa adalah peralatan mekanik yang mengubah energi mekanik menjadi energi hidrolik. Pompa membuat perbedaan tekanan diantara sisi inlet pompa, dimana tekanan berada di bawah tekanan atmosfir pada sisi outlet. Perbedaan tekanan ini memberikan perbedaan head.

Pompa aksial juga disebut pompa propeler. Pompa ini menghasilkan sebagian besar tekanan dari propeler dan gaya lifting dari sudu terhadap fluida. Pompa ini biasa digunakan di sistem drainase dan irigasi. Pompa aksial digunakan pada sistem-sistem yang membutuhkan debit aliran fluida tinggi, dengan besar head yang rendah. Pompa jenis ini banyak digunakan pada sistem irigasi, pompa penanggulangan banjir, dan di pembangkit listrik tenaga uap

digunakan untuk mensupply air laut sebagai media pendingin di kondensor.

 Menghitung Daya Hidrolik (D_h)

V_A V₁ V N V2 V₁ > V₂ P₁ + ρgh₁ + 1 2 ρV1 2 = P₂ + ρgh₂ + 1 2 ρV2 2 P₂ – P₁ =1 2

ρ (

V1 2 - V₂2) > 0 P₂ > P₁ ΔP = 1 2

ρ

V 2 Dimana P = F

(3)

ΔF = ΔP x A ΔF = 1 2

ρ

V 2 A Selanjutnya W = F x s D = W t = F  s t = F x V D = 1 2

ρ

V 2 A V D_h= Q x ρ x g x H Dimana :

Q = laju aliran fluida (m3/s)

ρ = Masa Jenis fluida (kg/m3)

g = Percepatan Gravitasi ( m/s2)

H = Head (m)

Apabila kapasitas, masa jenis dan percepatan gravitasi telah terdapat pada spesifikasi dan telah diketahui, maka yang dicari yaitu Head (H), berikut adalah rumus perhitungan Head (H) :

H = H_s + H_d

H = h_a+ Δh_p + H_{f total}+ v



2g

Dimana :

H = Head total pompa (m)

H_s = Head statis pompa (m) , Head statis adalah perbedaan ketinggian (elevasi) dari sisi keluar (akhir proses) pompa dengan sisi hisap pompa.

H_d = Head statis pompa (m)

H_d=

(

1 1

−

1 2

) ×

 2

(4)

 Menghitung Daya Poros (D_s) W_s= τ x θ D_s = W t = θ t D_s = τ x ω Dimana, ω = 2πT  2 6 =   Sehingga D_s =       Dimana: D_s = Daya poros (kW)

ω = Kecepatan angular (rad/s)

τ = Torsi (Nm)  m x g x l D_s = τ x π x n 30 Dimana: N = (rpm) F = Gaya (N) l = Panjang lengan (m) m = Massa (kg)

Menghitung efisiensi pompa :

η = Dh D_S X 100% Dimana, η = Efisiensi pompa (%) D_h = Daya Hidrolik (Kw) D_s = Daya Poros (Kw)

(5)

Gambar 2.1 Karakteristik dan Perbedaan Pompa Aksial dan Pompa Sentrifugal

B. Turbin Kaplan

Turbin Kaplan adalah Turbin Air, jenis baling baling, yang memiliki pisau atau sirip, yang dapat disesuaikan. Turbin ini dikembangkan pada tahun 1913 oleh Profesor Austria Viktor Kaplan, yang dikombinasikan bilah baling-baling otomatis yang dapat disesuaikan, dengan gerbang gawang otomatis yang juga dapat disesuaikan, untuk dapat mencapai efisiensi melalui berbagai tingkat aliran dan air.

Turbin Kaplan merupakan Evolusi dari Turbin Francis. Penemuan yang memungkinkan produksi listrik yang efisien di negara tertentu, yang memiliki head yang relatif rendah, yang

(6)

Gambar 2.2 Bagian turbin kaplan

Head Kaplan berkisar 10 - 70 meter dan Output Daya 5-120 MW. Diameter Runner adalah antara 2 dan 8 meter. Kecepatan putar Runner turbin adalah 79-429 rpm. Turbin Kaplan saat ini sudah banyak digunakan di seluruh dunia dalam High Flow, Low Head.

Sesuai dengan persamaan euler, maka makin kecil tinggi air jatuh yang tersedia,makin sedikit belokannya aliran air di dalam sudu jalan. Dengan bertambahnya kapasitas air yang masuk ke dalam turbin, maka akan bertambah besar pula luas penampang salauran yang dilalui air, dan selain itu kecepatan putar yang demikian bisa ditentukan lebih tinggi. Kecepatan spesifik bertambah,kelengkungan sudu, jumlah sudu, dan belokan aliran air di dalam sudu berkurang.

Pada permulaan sekali disaat pengembang pusat tenaga sungai, turbinnya menggunakan roda baling-baling dengan sudu-sudu tetap yang dituang.

Untuk tempat pusat listrik tenaga sungai harus dihitung lebih dahulu besarnya perubahan tinggi air jatuhnya sepanjang tahun. Dan aliran sungai tersebut bisa diatur dengan memakai bendungan. Makin besar kapasitas air yang mengalir pada saat air tinggi, akan makin tinggi air jatuh yang bisa dimamfaatkan, karena tinggi permukaan air atas adalah konstan sedangkan air kelebihan pada permukaan air bawah akan naik.

Turbin yang bekerja pada kondisi tinggi air jauh yang berubah-ubah mempunyai kerugian, karena dalam perencanaan sudu turbin telah disesuaikan bahwa perpindahan energi

(7)

yang baik hanya terjadi pada titik normal yaitu pada kondisi perbandingan kecepatan dan tekanan yang tertentu. Bila terjadi penyimpangan yang besar baik ke atas maupun ke bawah, seperti yang terdapat pada pusat tenaga listrik sungai, randamen roda baling-balingnya turbin cepat atau lambat akan turun.

Keuntungan turbin baling-baling dibandingkan dengan turbin francis adalah kecepatan putarnya bisa dipilih lebih tinggi, dengan demikian roda turbin bisa dikopel langsung dengan

langsung dengan generator dan ukurannyapun lebih kecil.

Roda Jalan Turbin Kaplan : Kontruksi Dan Keadaan Aliran Air. Konstruksinya bisa dibedakan, sampai dengan alat pengarah pada hakekatnya sama dengan turbin francis dan pada leher poros terdapat sekitar 4 sampai 8 buah kipas sudu yang dapat diputar.

Gambar 2.3 Prinsip kerja turbin kaplan

Kipas sudu pada gambar Diatas ini sama seperti baling-baling atau sayap pesawat terbang yaitu membawa aliran dengan belokan yang hanya sedikit. Bila untuk pesawat terbang maksudnya adalah supaya dari gaya dorong yang ada bisa didapatkan gaya ke atas, dengan tahanan yang sedikit mungkin. Tetapi pada turbin kaplan maksudnya adalah untuk mendapatkan gaya tangensial yang bisa menghasilkan torsi pada pada poros.

(8)

8

 Menghitung Daya Hidrolik (D_h)

D_h= Q x ρ x g x H Dimana :

Q = laju aliran fluida (m3/s) ρ = Masa Jenis fluida (kg/m3) g = Percepatan Gravitasi ( m/s2) H = Head (m)

Apabila kapasitas, masa jenis dan percepatan gravitasi telah terdapat pada spesifikasi dan telah diketahui, maka yang dicari yaitu Head (H), berikut adalah rumus perhitungan Head (H) :

H = H_s + H_d

H = h_a+ Δh_p + H_{f total}+ v  2g

Dimana :

H = Head total pompa (m)

H_s = Head statis pompa (m) , Head statis adalah perbedaan ketinggian (elevasi) dari sisi keluar (akhir proses) pompa dengan sisi hisap pompa.

H_d = Head statis pompa (m)

H_d=

(

1 1

−

1 2

) ×

 2

 Menghitung Daya Poros (D_s)

W_s= τ x θ D_s =W t = θ t D_s= τ x ω D_s = Daya poros (kW)

(9)

τ = Torsi (Nm)  m x g x l

D_s = τ x π x n

30

Menghitung efisiensi turbin :

η = D D_h X 100% Dimana, η = Efisiensi turbin (%) D_h = Daya Hidrolik (Kw) D_s = Daya Poros (Kw)

(10)

BAB III

PROSEDUR PRAKTIKUM

A. Lokasi dan Waktu

Tanggal : 10 September 2014

Lokasi : Laboratorium Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Jakarta

B. Alat yang di butuhkan

Nama Alat Jumlah Gambar

1 Unit Turbin Kaplan 1 2 Alat Ukur ( Flow meter, Mano Meter, dll) 3 3 Papan Bola Lampu 1

(11)

4 Regulator Tegangan 1 5 Kabel 20 C. Langkah Kerja 1. Mempersiapkan alat

2. Buatlah rangkaian seperti gambar di bawah ini

S e r i e P a r a l e l Trafo Regulator Sumber AC 220 V Excitation Supply F i e l d E x c i t a t i o n Load Ke Beban V V A Input Voltage Output Voltage Output Current S1 S2 S3 L1 L2 L3 L4 L5 L6

(12)

3. Operasikan motor listrik, agar pompa mendapatkan daya 4. Atur sudut propeller pompa 1,8,15

5. Atur sudut propeller turbin 1,2,3 tiap satu propeller pompa

6. Atur tekanan Hi dan masukan beban pada pompa hingga posisi pompa seimbang. 7. Perhatikan dan catat data yang terbaca di alat ukur pada pompa,turbin,papan

beban,flow meter.

8. Atur kembali sudut propeller pompa dan turbin dengan sudut yang berbeda, lalu ulangi langkah 4-5

(13)

13

BAB IV

DATA DAN PERHITUNGAN HASIL PRAKTIKUM A. Data Praktikum No Posisition Sudut turbin (°)

Input (Pump) Output Turbine Flow Rate (l/s) Speed Pump (rpm) P1 (Mh2O) P2 (kg/cm2) Torque Speed Turbine (rpm) v Current P5 (Mh2O) P6 (Mh2O) 1 0.5 35 15,61 9700 0.2 0.6 0.7 1054 118 1.18 4.25 0.68 45 17.95 0.2 0.6 0.8 1018 110 1.1 4.25 0.68 55 18,31 0.25 0.6 0.7 978 105 1.05 4.25 0.68 2 2.5 35 15.69 9700 0.25 0.6 0.7 1071 120 1.18 4.4 0.68 45 17.56 0.25 0.6 0.8 1028 118 1.15 4.43 0.68 55 18.69 0.26 0.6 0.7 998 110 1.12 4.45 0.68 3 4.5 35 15.56 9800 0.26 0.6 0.8 1088 120 1.18 4.4 0.68 45 17.34 0.26 0.6 0.7 1044 119 1.15 4.42 0.68 55 18.26 0.28 0.6 0.7 1004 112 1.12 4.45 0.68 4 6.5 35 15.54 9600 0.3 0.6 0.8 1097 120 1.18 4.48 0.68 45 17.75 0.3 0.6 0.8 1068 119 1.15 4.45 0.68 55 18.48 0.3 0.6 0.8 1017 118 1.13 4.45 0.68

B. Data Hasil Pengolahan

 Pompa

No Posisition

Sudut turbin (°)

Input (Pump) Output Turbine Generator Flow Rate (l/s) Speed Pump (rpm) P1 (Mh2O) P2 (kg/cm2) Daya Hidrolik (KW) Torque Speed Turbine (rpm) v Current P5 (Mh2O) P6 (Mh2O) Daya Hidrolik Turbin (KW) Daya Mekanik Daya Listrik 1 0.5 35 0.01561 9700 2 60 905.38 0.7 1054 118 1.18 42.5 6.8 557.277 0.07722307 0.13924 45 0.01795 2 60 1041.1 0.8 1018 110 1.1 42.5 6.8 640.815 0.08524053 0.121 55 0.01831 2.5 60 1052.83 0.7 978 105 1.05 42.5 6.8 653.667 0.0716548 0.11025 2 2.5 35 0.01569 9700 2.5 60 902.175 0.7 1071 120 1.18 44 6.8 583.668 0.0784686 0.1416 45 0.01756 2.5 60 1009.7 0.8 1028 118 1.15 44.3 6.8 658.5 0.08607787 0.1357 55 0.01869 2.6 60 1072.81 0.7 998 110 1.12 44.5 6.8 704.613 0.07312013 0.1232 3 4.5 35 0.01556 9800 2.6 60 893.144 0.8 1088 120 1.18 44 6.8 578.832 0.09110187 0.1416 45 0.01734 2.6 60 995.316 0.7 1044 119 1.15 44.2 6.8 648.516 0.0764904 0.13685 55 0.01826 2.8 60 1044.47 0.7 1004 112 1.12 44.5 6.8 688.402 0.07355973 0.12544 4 6.5 35 0.01554 9600 3 60 885.78 0.8 1097 120 1.18 44.8 6.8 590.52 0.09185547 0.1416 45 0.01775 3 60 1011.75 0.8 1068 119 1.15 44.5 6.8 669.175 0.0894272 0.13685 55 0.01848 3 60 1053.36 0.8 1017 118 1.13 44.5 6.8 696.696 0.0851568 0.13334 Debit Q (l/s) x 10-3 = Q (m3/s) ω = 2 N/ 60

Head Pompa In (mH2O) x 10 = Head Pompa In (kPa) Pmekanik = τ x ω = (Watt) x 10-3 = (kW)

Head Pompa Out (kg/cm2) x 100 = Head Pompa Out (kPa) PListrik = V x I = (Watt) x 10-3= (kW)

(14)

14

B. Data Hasil Pengolahan

 Pompa

No Posisition

Sudut turbin (°)

Input (Pump) Output Turbine Generator Flow Rate (l/s) Speed Pump (rpm) P1 (Mh2O) P2 (kg/cm2) Daya Hidrolik (KW) Torque Speed Turbine (rpm) v Current P5 (Mh2O) P6 (Mh2O) Daya Hidrolik Turbin (KW) Daya Mekanik Daya Listrik 1 0.5 35 0.01561 9700 2 60 905.38 0.7 1054 118 1.18 42.5 6.8 557.277 0.07722307 0.13924 45 0.01795 2 60 1041.1 0.8 1018 110 1.1 42.5 6.8 640.815 0.08524053 0.121 55 0.01831 2.5 60 1052.83 0.7 978 105 1.05 42.5 6.8 653.667 0.0716548 0.11025 2 2.5 35 0.01569 9700 2.5 60 902.175 0.7 1071 120 1.18 44 6.8 583.668 0.0784686 0.1416 45 0.01756 2.5 60 1009.7 0.8 1028 118 1.15 44.3 6.8 658.5 0.08607787 0.1357 55 0.01869 2.6 60 1072.81 0.7 998 110 1.12 44.5 6.8 704.613 0.07312013 0.1232 3 4.5 35 0.01556 9800 2.6 60 893.144 0.8 1088 120 1.18 44 6.8 578.832 0.09110187 0.1416 45 0.01734 2.6 60 995.316 0.7 1044 119 1.15 44.2 6.8 648.516 0.0764904 0.13685 55 0.01826 2.8 60 1044.47 0.7 1004 112 1.12 44.5 6.8 688.402 0.07355973 0.12544 4 6.5 35 0.01554 9600 3 60 885.78 0.8 1097 120 1.18 44.8 6.8 590.52 0.09185547 0.1416 45 0.01775 3 60 1011.75 0.8 1068 119 1.15 44.5 6.8 669.175 0.0894272 0.13685 55 0.01848 3 60 1053.36 0.8 1017 118 1.13 44.5 6.8 696.696 0.0851568 0.13334 Debit Q (l/s) x 10-3 = Q (m3/s) ω = 2 N/ 60

Head Pompa In (mH2O) x 10 = Head Pompa In (kPa) Pmekanik = τ x ω = (Watt) x 10-3 = (kW)

Head Pompa Out (kg/cm2) x 100 = Head Pompa Out (kPa) PListrik = V x I = (Watt) x 10-3= (kW)

Menghitung Daya hidrolik Pompa pada ρ 1000 kg/m3; g = 9,81 m/s2

Ppompa = ρ x g x ∆H x Q = (kW

C. GRAFIK

Grafik Hubungan Antara Daya Hidrolik Pompa, Daya Hidrolik Turbin, Daya Mekanik, dan Daya Listrik terhadap Debit.

 Posisi Sudu Pompa 0.5 dan Sudu Turbin (35, 45, 55)

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0 200 400 600 800 1000 1200 0.01561 0.01795 0.01831 Debit ( mᶟ/s) D a y a M e k a n i k ( W a t t ) D a y a L i s t r i k ( W a t t ) D a y a P o m p a ( W a t t ) D a y a T u r b i n ( W a t t )

Grafik Daya terhadap Debit

Daya Pompa Daya Turbin Daya Mekanik Daya Listrik

Poly. (Daya Pompa) Poly. (Daya Turbin) Poly. (Daya Mekanik) Poly. (Daya Listrik)

(15)

C. GRAFIK

Grafik Hubungan Antara Daya Hidrolik Pompa, Daya Hidrolik Turbin, Daya Mekanik, dan Daya Listrik terhadap Debit.

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0 200 400 600 800 1000 1200 0.01561 0.01795 0.01831 Debit ( mᶟ/s) D a y a M e k a n i k ( W a t t ) D a y a L i s t r i k ( W a t t ) D a y a P o m p a ( W a t t ) D a y a T u r b i n ( W a t t )

Grafik Daya terhadap Debit

Poly. (Daya Pompa) Poly. (Daya Turbin) Poly. (Daya Mekanik) Poly. (Daya Listrik)

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0 200 400 600 800 1000 1200 0.01569 0.01756 0.01869 D a y a M e k a n i k ( W a t t ) D a y a L i s t r i k ( W a t t ) D a y a P o m p a ( W a t t ) D a y a T u r b i n ( W a t t ) Debit (mᶟ/s)

Grafik Daya Terhadap Debit

Poly. (Daya Pompa) Poly. (Daya Turbin) Poly. (Daya Mekanik) Expon. (Daya Listrik)

(16)

Grafik Daya Terhadap Debit

Poly. (Daya Pompa) Expon. (Daya Turbin) Poly. (Daya Turbin) Expon. (Daya Mekanik) Poly. (Daya Mekanik)

Grafik Daya Terhadap Turbin

Poly. (Daya Pompa) Expon. (Daya Turbin) Poly. (Daya Turbin) Expon. (Daya Mekanik) Poly. (Daya Mekanik)

(17)

BAB V KESIMPULAN

Berdasarkan analisa data dari praktikum yang telah kelompok kami lakukan, dapat ditarik kesimpulan, bahwa:

1. Jika debit air makin tinggi maka daya hidrolik yang dihasilkan akan semakin tinggi, daya poros akan semakin rendah karena head nya rendah

2. pompa axial dirancang untuk beroperasi dalam berbagai aplikasi yang memerlukan gerakan flow air yang tinggi pada tekanan discharge yang rendah oleh karena itu untuk pompa axial yang dicari flow nya , head nya akan rendah.

3. Hubungan antara variabel debit (Q) dan efisiensi (η) , berguna untuk menghitung pemakaian energi listrik ketika pompa beroperasi.

4. Efisiensi pompa akan meningkat bila penggunaan daya poros meningkat, sampai pada batas tertentu akan menurun setelah mencapai nilai maksimum tercapai

5. Fungsi turbin adalah mengubah energi ketinggian air menjadi daya putaran poros, oleh karena pada turbinnya adalah turbin kaplan maka headnya rendah dan daya putaran porosnya juga rendah.

6. Daya sangat tergantung pada besarnya torsi dan putaran. Besaran torsi berbanding terbalik dengan putaran turbin, debit air sangat berpengaruh terhadap torsi dan putaran.

7. Terjadi ketidakakuratan pada data karena torsi meter tidak berfungsi dengan baik.

Saran :

Sebelum mengoperasikan turbin air , sebaiknya lakukan kalibrasi alat ukur agar tidak terjadi kesalahan pengukuran.