Uji Performansi Turbin Vortex Dengan Pengaruh Variasi Dimensi Sudu Dan Analisa Perbandingan Menggunakan Variasi Saluran BuangSyahril
UJI PERFORMANSI TURBIN VORTEX MENGGUNAKAN
VARIASI DIMENSI SUDU 1 & 3 DAN LUAS SALURAN BUANG SERTA KETINGGIAN DARI DASAR CASING TERHADAP PRESTASI TURBIN VORTEX SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
SAUDARA VERY NANDO SIHOMBING NIM. 080401094 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
ABSTRAK
Turbin vortex adalah turbin yang memanfaatkan pusaran air sebagai penggerak sudu turbin dengan head yang rendah dan bisa digunakan pada aliran sungai. Pada penelitian ini digunakan 3 dimensi sudu yang berbeda dengan bentuk casing lingkaran dan memiliki 3 variasi saluran buang. Penelitian ini dilakukan dengan memanfaatkan pompa sebagai sirkulator air dan menggunakan talang sebagai saluran masuk rumah turbin. Hasil penelitian menunjukkan bahwa sudu dengan ukuran ke-2 memiliki efisiensi lebih tinggi dibandingkan dengan ukuran sudu yang lainnya dengan diameter saluran buang 7cm.
Kata kunci : Turbin vortex, variasi dimensi sudu, variasi saluran buang.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadiran Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan karunia-Nya penulis akhirnya dapat menyelesaikan skripsi ini dengan judul
“UJI PERFORMANSI TURBIN VORTEX DENGAN PENGARUH
VARIASI DIMENSI SUDU DAN ANALISA PERBANDINGAN MENGGUNAKAN VARIASI SALURAN BUANG”.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan stara-1 (S1) pada Departement Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa dan bantuan dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Oleh karena itu dengan penuh ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku dosen pembimbing, yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis.
2. Bapak Dr. Ing. Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departement Teknik Mesin Universitas Sumatra Utara.
3. Bapak Ir. A. Halim Nasution, MSc selaku dosen pembanding I dan Bapak Tulus B. Sitorus, ST.MT selaku dosen pembanding II yang memberi masukan kepada penulis.
4. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departement Teknik Mesin yang telah berjasa membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis kuliah.
5. Kedua orangtua penulis, P. Sihombing dan U. Butar-butar yang sangat berjasa, yang memberikan kasih sayang yang tak terhingga dan doa kepada penulis.
6. Saudara kandung penulis Jenny Riana Sihombing, Adventina Sihombing dan Leonard Sihombing yang selalu memberikan dukungan.
7. Rekan seperjuangan Ferdy J. Marpaung, Irham Raft Seguin, Faisal Hajj yang telah bersama-sama untuk menyelesaikan skripsi ini.
8. Teman-teman dari Tim HORAS, Tim PELTON, Tim NACA, Tim Hidram, Inkubator Team, Solar Dryer Team, dan M60 Group yang 9.
Rekan-rekan mahasiswa stambuk 2008 yang tidak mungkin disebutkan satu-persatu, para abang senior dan adik-adik junior semua yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis. Penulis menyadari bahwa mungkin ada beberapa kesalahan dan kekeliruan dalam penulisan skripsi ini. Oleh karena itu penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima kritik dan saran yang membangun untuk memperbaiki skripsi ini untuk kepentingan ilmu pengetahuan.Semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca dan akhir kata Penulis mengucapkan banyak terima kasih.
Medan, September 2013 Saudara Very Nando Sihombing
DAFTAR ISI
ASBSTRAK ............................................................................................................i KATA PENGANTAR ............................................................................................ii DAFTAR ISI .........................................................................................................iv DAFTAR TABEL ................................................................................................vii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ix DAFTAR SIMBOL ............................................................................................xiii AKSARA YUNANI ............................................................................................xivBAB I PENDAHULUAN ......................................................................................1
1.1. Latar Belakang .................................................................................................1
1.2. Tujuan Penelitian ..............................................................................................2
1.3. Manfaat Penelitian ...........................................................................................3
1.4. Batasan Masalah .............................................................................................3
1.5. Metodologi Penelitian ......................................................................................3
1.6. Sistematika Penulisan ......................................................................................4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...........................................................................6
2.1. Fluida ...............................................................................................................6
2.2. Klasifikasi Fluida .............................................................................................7
2.2.1. Fluida Statis dan Fluida Dinamis ...........................................................8
2.2.2. Aliran Viscous dan Inviscid ....................................................................8
2.2.3. Aliran Seperated dan Unseperated ......................................................10
2.2.4. Aliran Laminar dan Aliran Turbulen ....................................................12
2.2.5. Aliran Vortex .........................................................................................13
2.3. Turbin Air .......................................................................................................17
2.4. Klasifikasi Turbin Air .....................................................................................20
2.4.1. Turbin Impuls .......................................................................................22
2.4.2. Turbin Reaksi .......................................................................................24
2.4.3. Perbandingan Karakteristik Turbin Air ................................................27
2.4.4. Performansi dan Efisiensi Turbin .........................................................29
3.1. Umum .............................................................................................................31
3.2. Rancang Bangun Instalasi...............................................................................32
3.3. Pengujian Turbin Vortex .................................................................................37
3.4. Peralatan Pengujian ........................................................................................38
3.4.1. Hand Tachometer .................................................................................38
3.4.2. Timbangan Pegas .................................................................................38
3.4.3. Pulley ....................................................................................................39
3.4.4. Gelas Ukur ...........................................................................................40
3.4.5. Flow Meter ...........................................................................................40
3.4.6. Pompa Pengumpan ...............................................................................41
3.5. Pelaksanaan Pengujian ..................................................................................42 Flowchart Uji eksperimental turbin vortex ..........................................................44
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA ...............................................46
4.1. Perhitungan efisiensi turbin vortex pada luas saluran buang 5,5 cm (bukaan katup 30°, 60°, dan 90°) dengan menggunakan 4 sudu ...........................46
4.1.1. Efisiensi turbin vortex bukaan katup 30° .............................................47
4.1.2. Efisiensi turbin vortex bukaan katup 60° .............................................48
4.1.3. Efisiensi turbin vortex bukaan katup 90° .............................................49
4.2. Perhitungan efisiensi turbin vortex pada luas saluran buang 6 cm (bukaan katup 30°, 60°, dan 90°) dengan menggunakan 4 sudu ..........................51
IV.2.1. Efisiensi turbin vortex bukaan katup 30°...................................................51
IV.2.3. Efisiensi turbin vortex bukaan katup 90°...................................................60
IV.3. Perhitungan efisiensi turbin vortex pada luas saluran buang 7 cm (bukaan katup 30°, 60°, dan 90°) dengan menggunakan 4 sudu............................64
IV.3.1. Efisiensi turbin vortex bukaan katup 30°...................................................64
IV.3.2. Efisiensi turbin vortex bukaan katup 60°...................................................67
IV.3.3. Efisiensi turbin vortex bukaan katup 90°...................................................71
IV.4. Grafik perbandingan hasil pengujian turbin vortex menggunakan saluran buang 5,5 cm pada bukaan katup 30°, 60° dan 90°...................................75
IV.4.1. Perbandingan efisiensi turbin dengan torsi.................................................75
IV.4.2. Perbandingan putaran turbin dengan torsi..................................................76
IV.4.3. Perbandingan putaran dengan daya turbin.................................................77
IV.5. Grafik perbandingan hasil pengujian turbin vortex menggunakan
saluran buang 6 cm pada bukaan katup 30°, 60° dan 90°......................................78
IV.5.1. Perbandingan efisiensi turbin dengan torsi.................................................78
IV.5.2. Perbandingan putaran turbin dengan torsi..................................................79
IV.5.3. Perbandingan putaran dengan daya turbin.................................................80
IV.6. Grafik perbandingan hasil pengujian turbin vortex menggunakan saluran buang 7 cm pada bukaan katup 30°, 60° dan 90°......................................81
IV.6.1. Perbandingan efisiensi turbin dengan torsi.................................................81
IV.6.2. Perbandingan putaran turbin dengan torsi..................................................82
IV.6.3. Perbandingan putaran dengan daya turbin.................................................83
V.1. Kesimpulan....................................................................................................84 V.2. Saran.......................................................................................................................85 DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Saat ini penggunaan energi yang paling banyak digunakan di dunia adalah
sumber energi fosil. Penggunaan energi tersebut secara terus menerus yang mengarah pada krisis energi membuat banyak orang untuk mencari sumber energi alternatif. Salah satu sumber energi yang saat ini sedang banyak dilakukan penelitian adalah arus air. Alih fungsi turbin angin menjadi turbin air perlu dilakukan studi lebih lanjut tentangnya. Massa jenis air yang hampir 1000 kali lipat massa jenis udara menyebabkan gaya dan torsi yang mempengaruhi turbin semakin besar.
Pembangkit listrik tenaga air saat ini menjadi salah satu pilihan dalam memanfaatkan sumber energi terbarukan. Namun pemanfaatan yang ada masih menggunakan teknologi yang sedehana. Pembangkit Listrik jenis ini dalam proses pembuatannya sangat ekonomis namun masih dalam skala kecil. Artinya pembangkit-pembangkit ini hanya mampu mencukupi pemakaian energi listrik untuk sejumlah rumah saja. Jenis Pembangkit Listrik Tenaga Air ini sering disebut
Microhydro atau sering juga disebut Picohydro tergantung keluaran daya listrik yang dihasilkan.
Microhydro ataupun Picohydro yang dibuat biasanya memanfaatkan air
terjun dengan head jatuh yang besar. Sedangkan untuk aliran sungai dengan jatuh yang kecil belum termanfaatkan dengan optimal. Hal ini menjadi
head referensi untuk memanfaatkan aliran sungai dengan mengubahnya menjadi aliran vortex .
Seorang Peneliti dari Jerman Viktor Schauberger mengembangkan teknologi aliran vortex (pusaran) untuk diterapkan pada pemodelan turbin air.
Aliran vortex yang juga dikenal sebagai aliran pulsating atau pusaran dapat terjadi pada suatu fluida yang mengalir dalam suatu saluran yang mengalami perubahan mendadak. Fenomena aliran vortex sering kali dijumpai pada pemodelan sayap pesawat, aliran vortex cendrung dianggap sebagai suatu kerugian dalam suatu aliran fluida. Dalam penelitiannya Viktor Schauberger, memanfaatkan aliran irigasi yang kemudian diubah menjadi aliran vortex (pusaran), yang kemudian dimanfaatkan untuk menggerakkan sudu turbin. Dari penelitian ini didapatkan efisiensi sebesar 75 % dengan tinggi air jatuh 0,6 m. Namun pada penelitiannya Viktor Schauberger tidak menjelaskan pengaruh tinggi sudu turbin. Bertolak dari kondisi tersebut di atas maka penyusun melakukan penelitian untuk melihatpengaruh tinggi sudu turbin terhadap performansi turbin.
I.2. Tujuan Penelitian
Tujuan dari pelaksanaan dan penulisan laporan ini adalah untuk mengetahui pengaruh luas saluran buang dan jarak sudu dari dasar
casing terhadap: 1.
Torsi dan putaran poros maksimum yang dihasilkan turbin.
2. Daya optimal turbin yang dihasilkan.
3. Efisiensi turbin.
I.3. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah menambah pengetahuan bahwa aliran sungai pun dapat dimanfaatkan menjadi energi listrik secara optimal.
I.4. Batasan Masalah
Dalam penulisan laporan tugas akhir ini ada beberapa batasan masalah yang diberikan agar penelitian ini lebih terarah, yaitu:
1. Pengamatan kinerja turbin dianalisa terhadap aliran vortex.
2. Tipe sudu yang digunakan adalah lengkung.
3. Diameter dan lebar turbin.
4. Jumlah sudu yang digunakan adalah 4 5.
Tinggi sudu turbin adalah 78,3cm.
I.5. Metodologi Penelitian
Adapun metode pengumpulan data dalam skripsi ini adalah sebagai berikut: 1)
Pengujian Penulis melakukan pengujian langsung pada turbin air vortex untuk memperoleh data yang akan diolah.
2) Studi Pustaka a) Membaca dan mempelajari buku-buku literatur untuk dapat mengetahui dasar teori yang berhubungan dengan permasalahan yang dibahas.
b) Melakukan diskusi dengan dosen pembimbing dan sesama mahasiswa.
I.6. Sistematika Penulisan
Agar penyusunan skripsi ini dapat tersusun secara sistematis dan mempermudah pembaca memahami tulisan ini, maka skripsi ini dibagi dalam beberapa bagian, yaitu:
BAB I : PENDAHULUAN Bab ini menjelaskan pendahuluan tentang studi kasus dan pemecahan
masalah yang berisi antara lain :latar belakang, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalahdan sistematika penulisan.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA Bab ini berisi tentang dasar teori dari topik yang dikaji dan digunakan
sebagai landasan dalam memecahkan masalah dan menganalisis permasalahan tersebut meliputi penjelasan mengenaiFluida, Hukum Bernoulli, Aliran vortex, Turbin air,Klasifikasi Turbin air dan performansi dan efisiensi.
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN Bab ini berisi tentang beberapa tahapan persiapan sebelum pengujian, prosedur pengujian, dan diagram alir pengujian.
BAB IV : PENGOLAHAN DATA DAN ANALISA DATA Bab ini berisi tentang pembahasan dari data-data yang diperoleh yakni
analisatorsi turbin, daya turbin dan efisiensi turbin
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil analisa dan saran untuk penyempurnaan hasil penelitian untuk penelitian berikutnya. DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN