RANCANG BANGUN TURBIN TESLA SEBAGAI TURBIN
AIR DAN ANALISA PERBANDINGAN VARIASI
JUMLAH DISK DAN JARAK ANTAR DISK
SKRIPSI
Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
OLEH :
DADI RIZALDI
(060401024)
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Turbin tesla merupakan turbin yang memiliki bentuk yang unik dan sifat yang khusus. Adapun sifat yang dimiliki oleh Turbin Tesla adalah mempunyai putaran yang sangat tinggi dalam bentuk yang kecil serta fluida yang beragam dengan memanfaatkan viskositas dan laju aliran fluida dalam gesekan ruang tertentu menjadikan kelebihan turbin tesla, tetapi turbin tesla mempunyai kelemahan yaitu torsi yang rendah. Umumnya turbin tesla menggunakan uap atau udara bertekanan sebagai media penggeraknya, namun pada rancang bangun ini dicoba untuk aplikasi fluida air dengan head ketinggian sebagai tinggi air jatuhnya. Penelitian ini melewati tahap studi literatur untuk menghitung secara teoritis, tahap perancangan turbin, perancangan poros, perancangan bantalan, perancangan mur dan baut serta performansi turbin tesla yang meliputi putaran, torsi, daya dan efisiensi turbin tesla. Hasil perhitungan secara teoritis didapatkan bahwa untuk turbin tesla dengan tebal dan jarak disk yang berbeda menghasilkan putaran 400 rpm dan daya sebesar 7,519 W serta efisiensi 27,89 %. Sedangkan untuk turbin tesla dengan tebal dan jarak disk yang sama menghasilkan putaran 420 rpm dan daya sebesar 9,418 W serta efisiensi 30,74 %.
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah
SWT karena atas berkat rahmat-NYA penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
Shalawat dan salam penulis ucapkan kepada Nabi Muhammad SAW sebagai
pemimpin dari suri tauladan dalam hidup. Skripsi ini berjudul “Rancang Bangun
Turbin Tesla Sebagai Turbin Air Dan Analisa Perbandingan Variasi Jumlah Disk
dan Jarak Antar Disk”.
Penulis juga tidak lupa mengucapkan terima kasih kepada semua
pihak yang telah memberikan dukungan, bantuan, bimbingan, serta saran selama
penulis menyelesaikan skripsi ini. Pada kesempatan ini penulis ingin
mengucapkan terima kasih kepada :
1. Ayahanda Hardja Suhardja, Ibunda Sri Widari, Kakanda Sari Dewi Sundari
serta Abangda Yadi Suhendro yang tak pernah putus memberikan kasih
sayang, dukungan, doa dan semangat serta moral dan materil bagi penulis.
2. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, M.T, selaku dosen pemimbing. Terima kasih
untuk semua hal yang telah Bapak berikan selama membimbing saya. Terima
kasih juga untuk saran, komentar, dukungan, perhatian, kesabaran, dan waktu
yang Bapak curahkan kepada saya.
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku ketua Departemen Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Terima kasih atas
kesempatan yang diberikan kepada saya sehingga saya dapat melanjutkan
4. Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku dekan Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara. Terima kasih juga kepada Bapak sehingga saya
dapat aktif kembali sebagai mahasiswa di Departemen Teknik Mesin
Universitas Sumatera Utara.
5. Seluruh staf pengajar, Asisten Laboratorium dan pegawai administrasi pada
Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang
telah memberikan bekal pengetahuan kepada saya hingga akhir masa studi.
6. Buat teman seperjuangan saya, Yeni Sembiring, Saur Malau (Tesla Grup)
serta Heri Wibowo, terima kasih atas bantuan, semangat, masukan dan
dorongan yang kalian berikan selama dalam bimbingan.
7. Bang Andriyan selaku Asisten Laboratorium Mesin Fluida serta Kak Enny
selaku staf di Laboratorium Mesin Fluida, terima kasih atas bantuan, masukan
dan dukungannya selama penulis berada di Laboratorium Mesin Fluida.
8. Semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi ini yang tidak
bias penulis sebutkan namanya satu per satu.
Sebagai manusia yang masih belajar, penulis menyadari bahwa dalam
penulisan skripsi ini masih banyak kekurangan. Oleh Karena itu, penulis mohon
maaf bila terdapat kesalahan dan kekurangan dalam perancangan dan penelitian
serta perhitungan dalam skripsi ini. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi berbagai
pihak yang berkepentingan dan kemajuan ilmu pengetahuan.
Medan, November 2015
DAFTAR ISI
ABSTRAK ……… i
KATA PENGANTAR ………. ii
DAFTAR ISI ………. iv
DAFTAR TABEL ……… vii
DAFTAR GAMBAR ……… viii
DAFTAR SIMBOL ……….. x
AKSARA YUNANI ……….. xi
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ……… 1
1.2 Maksud dan Tujuan Perancangan ………... 2
1.3 Batasan Masalah ………. 2
1.4 Sistematika Penulisan ………. 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Umum Turbin Tesla ……… 4
2.2 Hukum Mekanika Fluida ……… 6
2.2.1 Sifat Fluida Air ………. 6
2.2.2 Aliran Fluida ………. 8
2.2.3 Persamaan Aliran Fluida ……….. 10
2.3 Turbin Tesla ……… 14
2.3.1 Sejarah Turbin Tesla ………. 14
2.3.2 Bagian-Bagian Turbin Tesla ………... 16
2.3.3 Cara Kerja Turbin Tesla ……… 19
2.3.4 Keunggulan Turbin Tesla ………... 21
2.3.5 Metode Perhitungan ……….. 22
2.4 Dasar Pemilihan Turbin……… 26
2.4.1 Perencanaan Turbin ……….. 26
2.4.2 Perencanaan Poros ……… 29
2.4.3 Perencanaan Bantalan ………... 35
2.4.4 Perencanaan Mur danBaut ………... 40
BAB III METODOLOGI DAN ALAT PENELITIAN 3.1 Konsep Dasar Perancangan Dan Penelitian ……… 46
3.1.1 Umum ……… 46
3.1.2 Rancang Bangun Turbin Tesla ……….. 46
3.1.3 Rancang Bangun Instalasi Perpipaan ………… 48
3.2 Peralatan Pengujian ………. 50
3.2.1 Hand Tachometer ……….. 50
3.2.2 Meteran ……….. 51
3.2.3 Pompa Pengumpan ……… 52
BAB IV DATA HASIL PENELITIAN DAN ANALISA
4.1 Data Hasil Perhitungan ……… 56
4.1.1 Perhitungan Pada Instalasi Pipa ……… 56
4.1.2 Perhitungan Pada Turbin Tesla ……… 56
4.1.3 Perhitungan Pada Poros ……… 60
4.1.4 Perhitungan Pada Bantalan ………... 63
4.1.5 Perhitungan Pada Mur Dan Baut ……….. 65
4.2 Analisa Data ……….. 66
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ……….. 70
5.2 Saran ……… 70
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Faktor-faktor koreksi daya (fc) ……… 33
Tabel 2.2. Data spesifikas bantalan ……….. 38
Tabel 2.3. Faktor-faktor V, X, Y dan Xo, Yo ………... 40
Tabel 2.4. Dimensi Ukuran standar ulir kasar metris (JIS B 0205) ……… 44
Tabel 4.1. Tabel pengujian dan perhitungan turbin tesla dengan tebal dan
jarak disk yang berbeda ……….………. 66
Tabel 4.2. Tabel pengujian dan perhitungan turbin tesla dengan tebal dan
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Turbin tesla yang pertama dibuat……….…………. 5
Gambar 2.2. Turbin tesla menggunakan udara bertekanan….………….. 5
Gambar 2.3. Aliran laminar……….. 9
Gambar 2.4. Aliran turbulen………... 9
Gambar 2.5. Lajualiran massa ……….……….... 11
Gambar 2.6. Diagram bernoulli untuk turbin air...……… 12
Gambar 2.7. Nikola Tesla ………. 15
Gambar 2.8. Pengaplikasian tesla pada turbin uap ..……… 15
Gambar 2.9. Bagian-bagian dari tubin tesla ………. 16
Gambar 2.10. Piringan (disk) turbin ………... 17
Gambar 2.11. Celah (space) ………... 17
Gambar 2.12. Poros (shaft) ……… 18
Gambar 2.13. Nosel ………... 18
Gambar 2.14. Rumah turbin (casing)………. 19
Gambar 2.15. Viskositas fluida pada dua plat ………..………. 20
Gambar 2.16. Laju aliran fluida yang bekerja pada turbin ……..……….. 21
Gambar 2.17. Perbandingan efisiensi……….. 22
Gambar 2.18. Sistem kordinat yang digunakan di seluruh analisis ……... 24
Gambar 2.19. Pelumasan bantalan luncur ……….. 37
Gambar 2.20. Macam-macam bantalan gelinding ……… 39
Gambar 2.21. Baut penjepit ……… 42
Gambar 2.23. Macam-macam mur ……… 43
Gambar 3.1. Turbin tesla sebelum dirakit ……… 47
Gambar 3.2. Turbin tesla setelah dirakit ………. 47
Gambar 3.3. Instalasi pipa untuk turbin tesla ………. 50
Gambar 3.4. Hand Tachometer ………... 51
Gambar 3.5. Meteran ……….. 51
Gambar 3.6. Pompa Pengumpan ………. 57
Gambar 4.1. Poros ………... 61
Gambar 4.2. Komponen bantalan gelinding ……… 64
Gambar 4.3. Grafik hubungan putaran vs torsi ……… 67
Gambar 4.4. Grafik hubungan putaran vs efisiensi ………. 67
Gambar 4.5. Grafik hubungan putaran vs daya …..………. 68
DAFTAR SIMBOL
SIMBOL ARTI SATUAN
m Massa kg
g Kecepatan gravitasi bumi = 9,81 m/detik
z Selisih ketinggian m
v Kecepatan aliran m/detik
AKSARA YUNANI
LAMBANG ARTI SATUAN
� Efisiensi turbin %
Ω Kecepatan sudut rpm
ω Kecepatan sudut rad/detik
γ (gamma) Berat Jenis N/m3
