Perhitungan Dimensi Turbin Air

2.4. Perhitungan Dimensi Turbin Air

2.4.1. Dasar perhitungan turbin air

Untuk merancang suatu turbin air pada suatu lokasi tertentu, diperlukan data-data lokasi minimal sebagai berikut:  Head  Debit air

Gambar 1. Grafik pemilihan jenis turbin [4] dan selanjutnya perhitungan dasarnya dimulai dari:

a. Menghitung daya turbin, N

generator

N = [Q x H x ή t x ρ)/75] (HP)

Turbin

b. Menghitung putaran spesifik turbin, berdasarkan satuan debit, n q

poros

n q  3 / 4 (rpm) (3)

c. Menghitung putaran spesifik turbin, berdasarkan satuan

sudu pengarah

daya, n s

n s  5 / 4 (rpm) (4)

H Berdasarkan Gambar 4, jika harga nq didapat, maka Head

propeler

dapat diketahui dan dipilih jumlah sudu jalan, dan harga kecepatan spesifik tangensialnya.

Draft tube

Gambar 2. Diagram skematik turbin air

2.2. Pengukuran debit dan tinggi jatuh air

Pada instalasi yang sudah terpasang, dan disesuaikan kondisi aktual di lapangan, pengukuran debit aliran yang praktis dan mungkin dilaksanakan adalah dengan teknik bendungan seperti ditunjukkan pada Gambar 3.

Dengan metoda tersebut, menurut [1] besarnya debit aliran Q dapat didekati dengan hubungan:

Q = 1,84 LH 3 (m /s)

Gambar 4. Grafik untuk menentukan dimensi sudu.

21 Juni 2012, Surabaya, Indonesia

d. Kecepatan tangensial sudu turbin, U 1 s. Sudut air keluar turbin,  2 U 1 = U* 1. √(2.g .H) (m/s) (5)

e. Kecepatan tagensial pada poros naaf turbin, U n  2 = arc tan(C 2 /U 1 )

U n = U* n . √(2.g .H) (m/s) (6)

t. Perencanaan Sudu Pengarah

f. Kecepatan tangensial pada sudu bagian tengah turbin.

 Jumlah Sudu Pengarah, Z 1

U T = (Un+U 1 )/2 (m/s)

Menurut [7] jumlah sudu pengarah dapat dihitung

g. Diameter luar sudu, D L dengan rumus sebagai berikut :

60 . U

1 = 0,25 ( D L ) 1 +(4÷6) (21)

D L = (m)

 Jarak Tusuk, t'

 . n Menurut [7] jarak tusuk dapat dihitung dengan rumus

h. Diameter naaf pada sudu jalan, D n sebagai berikut :

D n = 0.425. D L (m) (9)

t’ =(D L /Z 1 ). 3,14 (22)

i. Diameter bagian tengah sudu jalan, D T  Kecepatan meridian pada sisi keluar, Cm'

Menurut [7] kecepatan meridian sisi keluar dapat j. Diamter luar sudu pengarah. (1,2*D L ).

D T = (D L +D n )/2 (m)

dihitung dengan rumus sebagai berikut

Cm' = Q/(3,14.D L . υ) ( m/det ) (23) k. Tinggi sudu pengarah.

D Lsp =1,2 * D L (m)

 Sudut Keluar Sudu Pengarah, ά'

B o = Q/(D L .π.C m pengarah . τo) (m)

Menurut [7] sudut keluar sudu pengarah dapat l. Kecepatan meridian dalam kondisi actual.

dihitung dengan rumus sebagai berikut :

(24) m. Effisiensi turbin, ŋt

C 2m =C 2 = Q/A (m 3 /s)

Tan ά'= (cm’/C u ’ )

Cu’= Cu1 .(R e /R 1e )

η t . g. H = U1 (Cu 1 -Cu 2 ), Cu 2 =0

 Jari-jari Kelengkungan Sudu Pengarah (Ps)

η t = N/(H.Q.g. ρ) % (14)

Menurut [7] jari-jari kelengkungan sudu pengarah n. Kecepatan masuk/keluar air arak tegak lurus, Cu

C u =( η t.

dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:

Ps =k o DI (25) o. Kecepatan mutlak/absolut air keluar sudu berdasarkan

g. H)/U (m/s)

u. Tempat air jatuh pada sudut pengarah

segitiga kecepatan. 2 2 H le =C 1 ² / 2g (m)

C 1 = √((C 2 ) + (C u ) ) (m/s)

v. Tinggi jatuh air pada roda jalan

(27) w. Tinggi air jatuh dalam pipa isap 2

H la =(W 2 ²-W 1 ² ) / 2g (m)

(28) x. Jumlah energi pada tinggi jatuh bagian tengah roda jalan

H s =C 2m / 2g (m)

(29) y. Tinggi tekanan rendah dalam pipa

z. Gaya Tangensial (F)

F = D .π .B .Cm .ρ (W μ2 –W μ1 ) (kg m/s²); (N) (31)

aa. Gaya Geser Axial ( S )

S=( ρ/2) . (W 2 ²-W 1 ²) . D m . π . B. (N) (32)

2.4.2. Perhitungan Poros

a. Daya Rencana, Pd Menurut [10] daya yang direncanakan dapat dihitung

Gambar 5. Sketsa segitiga kecepatan dengan menggunakan rumus sebagai berikut:

(33) Pada Gambar 5 diatas, bagan segitigan kecepatan dapat di-

Pd = fc . P (kW)

b. Torsi Rencana, T

buat profil sudu jalan, dimana daerah leher poros terdapat Menurut [10] torsi rencana dapat dihitung dengan

sudut  1 dan  2 yang besar kelengkungannya adalah le-

menggunakan rumus sebagai berikut:

(34) bih besar daripada pertambahan jarak keluarnya. Makin

T = 9,74 x l0 5 x pd/n (kg/mm)

c. Tegangan Geser Pada Poros yang diijinkan,  a

keluar bentuk profil makin menjadi ramping. Semua sudut

untuk sudu bentuknya dipilin. Menurut [ 10 ] tegangan geser poros yang diijinkan dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:

p. Kecepatan relatif air masuk

W 1 = √((U 1 ) 2 – (C 1 ) 2 ) (m/s)

 a

q. Kecepatan relatif air keluar.

sf

xsf 2

(35) W 2 =

d. Diameter Poros, ds r. Sudut air masuk turbin,  1 Diameter poros dapat dihitung dengan menggunakan  rumus sebagai berikut:

√((U 2

1 ) + (C ) 2 2 ) (m/s)

1 = arc tan(C 1 /W 1 )

ds = [(5,1/ σa) x K t xC xT (1/3) b ] (36)

21 Juni 2012, Surabaya, Indonesia

3. HASIL PERHITUNGAN DAN RANCANGAN

Tabel 2. Hasil perhitungan rancangan turbin (lanjutan)