RANCANG BANGUN TURBIN VORTEX DENGAN CASING BERPENAMPANG SPIRAL YANG MENGGUNAKAN SUDU DIAMETER 46 CM PADA 3 VARIASI JARAK ANTARA SUDU DAN SALURAN KELUAR
RANCANG BANGUN TURBIN VORTEX DENGAN CASING BERPENAMPANG SPIRAL YANG MENGGUNAKAN SUDU DIAMETER 46 CM PADA 3 VARIASI JARAK ANTARA SUDU DAN SALURAN KELUAR SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
MUSA NIM. 100421052 PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2014
ABSTRAK
Energi pada saat sekarang ini semakin berkurang akibat penggunaan
energy fosil secara berlebihan di semua bidang, Ilmuwan di seluruh dunia menyadari hal ini dan mencoba berbagai energi alternatif. Salah satu sumber energi saat ini yang banyak dilakukan penelitian adalah arus air. Indonesia adalah Negara agraris yang menghasilkan air secara terus menerus, sehingga turbin air lebih diutamakan dari turbin angin karena angin di Indonesia relatif stabil.
Microhydro ataupun picohydro yang dibuat biasanya memanfaatkan air terjun dengan head jatuh yang besar, sedangkan untuk aliran sungai dengan head jatuh yang kecil dimanfaatkan dengan optimal. Hal ini menjadi referensi untuk memanfaatan aliran sungai dengan mengubahnya menjadi aliran vortex. Tujuan dari rancang bangun ini adalah untuk mendapatkan rancangan casing turbin vortex, rancangan poros, rancangan sudu dan bantalan serta bahan- yang sesuai.
Turbin Vortex ini dirancang dengan debit air 0.0052 dan kecepatan air 1.44 m/s. Menggunakan casing berpenampang lingkaran berbahan Akrilik, dengan sudu berbahan seng. Hasil dari rancang bangun ini diharapkan akan bermanfaat untuk pengguna turbin vortex, sehingga didapat turbin vortex yang aman pada saat digunakan.
Kata Kunci : Energi,arus air,turbin air,head,vortex,lingkaran,akrilik.
KATA PENGANTAR
Puji Syukur Penulis Panjatkan kehadiran Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-Nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul
“Rancang Bangun Turbin Vortex dengan Casing berpenampang Spiral yang menggunakansudu diameter 46cm pada 3 variasijarakantarasududansalurankeluar”.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan Strata-1 (S1)Ekstensipada Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyelesaikan Skripsi ini banyakkesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, Doa dan bantuan baik materiil, moril, maupun spirit dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk itu sebagai manusia yang harus tahu terimakasih, degan penuh ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih yang tak terhingga : 1.
Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 2 .Bapak Ir. M . Syahril Gultom,. MT. Selaku Sekretaris Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utaradanselakudosenpembimbing, yang denganpenuhdengankesabarantelahmemberikanbimbingandanmotivasikepada penulis.
3. Kepadaorang tua penulis,SABARUDDINdanSAHIDAT yang tidak pernah putus-putusnya memberikan dukungan, doa, moril serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis.
4. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis kuliah.
5. Seluruh Saudara penulis,yang selalu saling membantu demi mencapai cita- cita.
6.Rekan-rekan satu tim kerja,Bayu, Boy, Gibran, Stefanus, danEndiyang telah meluangkan waktunya untuk memberikan saran dan kritik.
7. Seluruhrekan mahasiswaEkstensi angkatan 2010yang telah bersama-sama melewati masa-masa selama kuliah di teknik Mesin Universitas Sumatra Utara.
8. KepadaAbangdaLilik yang selamainitelahmemberikannasehatdanmasukan yang membuatpenulissemakinbersemangatdidalammenyelesaikanSkripsiini.
9. Kepada Keluarga Besar Bengkel Las Putra Banjar yang telah bekerja sama dalam menyelesaikan rancangbangunturbin vortex.
Walaupun penulis sudah berupaya semaksimal mungkin, namun penulis menyadari bahwa Skripsi ini tidak luput dari kesalahan dan kekhilafan. Untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun untuk kesempurnaan Skripsi ini dan juga sebagai masukan bagi penulis.
Akhir kata, penulis berharap semoga Skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca atau siapa saja yang ingin mengambil isi bahan masukan ataupun sebagai pembanding.
Medan, 27 Maret 2014 Penulis, Musa 100421052
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR .....................................................................................i ABSTRAK .......................................................................................................iii DAFTAR ISI ...................................................................................................iv DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ viii DAFTAR TABEL ...........................................................................................x DAFTAR NOTASI ..........................................................................................xi
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang .................................................................................1
1.2 Tujuan Penelitian .............................................................................2
1.3 Manfaat Penelitian ...........................................................................2
1.4 Batasan Masalah ..............................................................................2
1.5 Metodologi Penelitian ......................................................................3
1.6 Sistematika Penulisan ......................................................................3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Potensi Energi Air .........................................................................5
2.2 Mesin – Mesin Fluida .....................................................................6
2.3 Pengertian Turbin Air .....................................................................6
2.4 Komponen – Komponen Turbin......................................................8
2.5 Jenis – Jenis Turbin ........................................................................9
2.5.1 Turbin Implus ..............................................................10
2.5.2 Turbin Reaksi ..............................................................13
2.2 Klafikasi Turbin ............................................................................16
2.6.1 Klasifikasi Berdasarkan Ketinggian Jatuh Air .......................16
2.6.2 Klasifikasi Berdasarkan Kecepatan Spesifikasi Turbin ..........17
2.6.3 Klasifikasi Berdasarkan Arah Aliran Fluida ......................... 18
2.7 Turbin Vortex (Pusaran Air ) ..........................................................18
2.7.1Cara Kerja Turbin Vortex ......................................................19
2.7.2 Komponen Utama Turbin Vortex .........................................20
2.7.3 Keunggulan Turbin Vortex ..................................................20
2.7.4 Pengaruh Turbin Vortex Pada Lingkungan ...........................21
2.7.5 Pengembangan Turbin .........................................................22
2.8 Aliran Vortex ...............................................................................24
2.8.1 Aliran Vortex Bebas .............................................................24
2.8.2 Aliran Vortex Paksa .............................................................25
2.8.3 Aliran Vortex Kombinasi .....................................................25
2.5 Penampang Air .............................................................................26
2.10 Saluran Masuk ( Inlet Area ) ........................................................26
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Umum ...........................................................................................28
3.2 Rancang Bangun Instalasi ..............................................................29
3.2.1 Rumah Turbin..........…………………………………………29
3.2.2 Poros Turbin.............………………………………………...30
3.2.3 Sudu Turbin..............………………………………………...30
3.2.4 Bantalan (Bearing)...........................................................…... 31
3.2.5 Dudukan Turbin.......………………………………………... 32
3.2.6 Saluran Buang.............……………………….……………... 32
3.2.7 Talang..........................………………………...…...……..... 32
3.3 Peralatan Pengujian ....................................................................... 33
3.3.1 Hand Tachometer...............………………….…………….... 33
3.3.2 Timbangan Pegas...............………………….…………….... 33
3.3.3 Pulley.................................………………….……………... 34
3.3.4 Pompa................................………………….……………... 35
3.4 Pelaksanaan Pengujian ................................................................. 35
3.5 Penentuan Debit Aliran Air ......................................................... 39
3.6 Analisa Segitiga Kecepatan ........................................................... 40
3.6.1 Analisa Segita Kecepatan Pada Sisi Masuk………………... 43
3.6.1 Analisa Segita Kecepatan Pada Sisi Keluar………………... 43
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1 Perhitungan Efisiensi Turbin Vortex Rumah Sudu (Casing) Berprnampang Spiral Dengan Diameter Buang 6 cm (Dengaan Ketinggian Antara Sudu Dengan Lubang Buang 2,4,6 cm) .......45
4.1.1 Efisiensi Turbin Vortex Dengan Jarak Antara Sudu dengan Lobang Buang Ketinggian 2 cm ..........................................46
4.1.2 Efisiensi Turbin Vortex Dengan Jarak Antara Sudu dengan Lobang Buang Ketinggian 4 cm ..........................................49
4.1.3 Efisiensi Turbin Vortex Dengan Jarak Antara Sudu dengan Lobang Buang Ketinggian 6 cm ..........................................53
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan .................................................................................57
5.2 Saran ...........................................................................................58
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 SuduTurbinPelton……………………………………….....
Gambar 3.2 SuduTurbin Vortex………………………………………... 3140 Gambar 3.11 Segitigakecepatanpadasisimasukdansisikeluar……….......
35 Gambar 3.10 Segitigakecepatanpadakonstruksirodajalan…………….....
Gambar 3.9 PompaPengumpan…………………………………………Gambar 3.8 Pulley………………………………………………………. 34Gambar 3.7 TimbanganPegar…………………………………………... 34Gambar 3.6 Hand Tachometer………………………………………….. 3332 Gambar 3.5 InstalasiTurbin Vortex…………………………………….. 32
Gambar 3.3 Bantalan……………………………………………………. 31 Gambar 3.4 DudukanTurbin…………………………………………….Gambar 3.1 RumahTurbin (casing) spiral……………………………… 2910 Gambar 2.2 TurbinPelton…………………………………………….....
Gambar 2.11 Beberapa tipe saluran masuk………………………………. 2723 Gambar 2.10 Tipe-tipe Vortex…………………………………………… 26
Gambar 2.9 Grafitasi Pembangkit Listrik Pusaran Air…………………Gambar 2.8 PembangkitListrikPusaran Air sebagai Bio-Reaktor…….. 22Gambar 2.7 RumahTurbin Vortex……………………………………... 2015 Gambar 2.6 Turbin Vortex……………………………………………… 15
14 Gambar 2.5 Turbin Francis……………………………………………..
12 Gambar 2.4 Turbin Kaplan……………………………………………...
11 Gambar 2.3 TurbinCrossflow…………………………………………...
44
Gambar 4.1 Grafik Torsi vs Efisiensi pada jarak sudu dengan saluran keluar ketinggian 2 cm ………………………………….47 Gambar 4.2 Grafik Torsi vs kecepatan sudut( ω) pada jarak sudu dengan saluran keluar ketinggian 2 cm………………….
48 Gambar 4.3 Grafik kecepatan sudut ( ω) vs daya turbin pada jarak sudu dengan saluran keluar ketinggian 2 cm………….....
49 Gambar 4.4 Grafik torsi vs efisiensi pada jarak sudu dengan saluran keluar ketinggian 4 cm ……………………………………
51 Gambar 4.5 Grafik torsi vs kecepatan sudut ( ω) pada jarak sudu dengan saluran keluar ketinggian 4 cm……………………
51 Gambar 4.6 Grafik kecepatan sudut ( ω) vs daya turbin pada jarak sudu dengan saluran keluar ketinggian 4 cm……………………
52 Gambar 4.7 Grafik torsi vs efisiensi pada jarak sudu dengan saluran keluar ketinggian 6 cm…………………………………….
54 Gambar 4.8 Grafik torsi vs kecepatan sudut ( ω) pada jarak sudu dengan saluran keluar ketinggian 6 cm……………………………
54 Gambar 4.9 Grafik kecepatan sudut ( ω) daya turbin pada jarak sudu dengan saluran keluar ketinggian 6 cm………………….
55
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Klasifikasi turbin air berdasarkan tinggi jatuh air…………… 16Tabel 2.2 Klasifikasi berdasarkan putaran spesifik ……………………… 18Tabel 2.3 Klasifikasi berdasarkan arah aliran fluida……………………... 18Tabel 3.1 Percobaanaliran debit air berdasarkan tekanan pompa air……. 39Tabel 4.1 Nilai laju aliran massa pada jarak antara sudu dan saluran kelur2,4,6 cm ……………………………………………………….. 45
Tabel 4.2 Hasil perhitungan percobaan pada jarak sudu antara suduDengan saluran keluar ketinggian 2 cm……………………….. 47
Tabel 4.3 Hasil perhitungan percobaan pada jarak sudu antara suduDengan saluran keluar ketinggian 4 cm……………………….. 50
Tabel 4.4 Hasil perhitungan percobaan pada jarak sudu antara suduDengan saluran keluar ketinggian 6 cm……………………….. 53