RANCANG BANGUN TURBIN VORTEX DENGAN CASING BERPENAMPANG SPIRAL YANG MENGGUNAKAN SUDU DIAMETER 32 CM PADA 3 VARIASI JARAK ANTARA SUDU DAN SALURAN KELUAR
RANCANG BANGUN TURBIN VORTEX DENGAN CASING BERPENAMPANG SPIRAL YANG MENGGUNAKAN SUDU DIAMETER 32 CM PADA 3
VARIASI JARAK ANTARA SUDU DAN SALURAN KELUAR SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
BELLY BOYKING SIHALOHO 090421058 PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
KATA PENGANTAR
Puji Syukur Penulis Panjatkan kehadirat 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 menggunakan Sudu berdiameter 32cm pada 3 variasi jarak antara Sudu dan saluran keluar”.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan Strata-1 (S1) Ekstensi pada Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyelesaikan Skripsi ini tidak sedikit kesulitan 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 Utara dan selaku dosen pembimbing, yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis.
3. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus ST.MT dan Bapak Ir. Halim Nasution Msc Selaku dosen pembanding I dan II yang telah memberikan saran dan arahan dalam penyelesain skripsi ini.
4. Kedua orang tua penulis, W.Sihaloho dan R.Simanihuruk.SPd yang tidak pernah putus-putusnya memberikan dukungan, doa, moril serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis.
5. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis kuliah.
6. Seluruh Saudara penulis, Gompar P Sihaloho.SP, Dewi Yuli Sihaloho.AMKeb, Jimmy Sihaloho, Pandi Sihaloho, Cepry Sihaloho yang selalu saling membantu demi mencapai cita-cita.
7. Rekan-rekan satu tim kerja, Bayu, Endi, Gibran, Stefanus, dan Musa yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan saran dan kritik.
8. Seluruh rekan mahasiswa Ekstensi angkatan 2009 yang telah bersama-sama melewati masa-masa selama kuliah di teknik Mesin Universitas Sumatra Utara.
9. Kepada Abangda Lilik yang selama ini telah memberikan nasehat dan masukan yang membuat penulis semakin bersemangat didalam menyelesaikan Skripsi ini.
Penulis meyakini bahwa tulisan ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima saran, usul, dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca. Terima Kasih .
Medan, 1 Februari 2014 Penulis
Belly Boyking Sihaloho
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ............................................................................... i DAFTAR ISI ............................................................................................ iii DAFTAR GAMBAR .............................................................................. viii DAFTAR TABEL ..................................................................................... x DAFTAR NOTASI................................................................................... xi ABSTRAK ............................................................................................... xii
2.2 Mesin-Mesin Fluida ...................................................................... 7
2.6.1 Klasifikasi Berdasarkan Ketinggian Jatuh Air ..................... 17
2.6 Klasifikasi Turbin....................................................................... 17
2.5.2 Turbin Reaksi .................................................................. 14
2.5.1 Turbin Impuls ..................................................................... 11
2.5 Jenis-Jenis Turbin Air.................................................................. 10
2.4 Komponen – Komponen Turbin .................................................... 9
2.3 Pengertian Turbin Air .................................................................... 7
2.1 Potensi Energi Air ......................................................................... 6
BAB I PENDAHULUAN
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
1.6 Sistematika Penulisan .................................................................... 4
1.5 Metodologi Perancangan ............................................................... 3
1.4 Batasan Masalah............................................................................ 3
1.3 Manfaat Perancangan .................................................................... 3
1.2 Tujuan Perancangan ...................................................................... 2
1.1 Latar Belakang .............................................................................. 1
2.6.2 Klasifikasi Berdasarkan Kecepatan Spesifik Turbin ............ 18
2.6.3 Klasifikasi Berdasarkan Arah Aliran Fluida ........................ 20
2.7 Turbin Vortex (Pusaran Air) ....................................................... 20
2.7.1 Cara Kerja Turbin Vortex ................................................... 21
2.7.2 Komponen Utama Turbin Vortex ........................................ 22
2.7.3 Keunggulan Turbin Vortex ................................................. 22
2.7.4 Pengaruh Turbin Vortex Pada Lingkungan .......................... 22
2.7.5 Pengembangan Turbin Vortex di Air Sungai ....................... 24
2.8 Aliran Vortex ............................................................................. 26
2.8.1 Aliran Vortex Bebas ........................................................... 26
2.8.2 Aliran Vortex Paksa ............................................................ 27
.........................................................27
2.8.3 Aliran Vortex Kombinasi
2.9 Penampang Air ........................................................................... 28
2.10 Lubang Masuk( Inlet area) ........................................................ 29
BAB III METODOLOGI DAN ALAT PENELITIAN
3.1 Umum ........................................................................................ 30
3.2 Rancang Bangun Instalasi .......................................................... 31
3.2.1 Rumah Turbin (Cesing) ...................................................... 31
3.2.2 Poros Turbin ....................................................................... 31
3.2.3 Sudu Turbin ........................................................................ 31
3.2.4 Bantalan (bearing) .............................................................. 33
3.2.5 Dudukan Turbin .................................................................. 33
3.2.6 Saluran Buang .................................................................... 34
3.2.7 Talanng ............................................................................... 34
3.3 Peralatan pengujian .................................................................... 34
3.3.1 Hand Tachometer................................................................ 34
3.3.2 Timbangan Pegas ................................................................ 35
3.3.3 Pulley ................................................................................. 35
3.3.4 Pompa................................................................................. 36
3.4 Pelaksanaan Pengujian ............................................................... 37
3.5 Penentuan Debit Aliran Air ........................................................ 41
3.6 Penentuan Kecepatan Aliran Air Pada Penampang ..................... 42
3.7 Analisa Segitiga Kecepatan ........................................................ 43
3.7.1 Analisa Segitiga Kecepatan Pada Sisi Masuk ...................... 46
3.7.2 Analisa Segitiga Kecepatan Pada Sisi Keluar ...................... 47
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1 Perhitungan Efisiensi Turbin Vortex Casing Berpenampang Spiral Dengan Diameter Saluran Buang 6 cm (Dengan Ketinggian Antara Sudu Dengan Saluran Buang 2,4,6 cm) ......................................................................... 49
4.1.1 Efisiensi Turbin Vortex Dengan Jarak Antara Sudu Dengan Saluran Buang Ketinggian 2 cm ......................................... 50
4.1.2 Efisiensi Turbin Vortex Dengan Jarak Antara Sudu Dengan Saluran Buang Ketinggian 4 cm ......................................... 53
4.1.3 Efisiensi Turbin Vortex Dengan Jarak Antara Sudu Dengan Saluran Buang Ketinggian 6 cm ......................................... 56
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ................................................................................ 59
5.2 Saran .......................................................................................... 60
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
28 Gambar 2.11 Beberapa Tipe Lubang Masuk (inlet area)
35 Gambar 3.8 Pulley
35 Gambar 3.7 Timbangan Pegas
34 Gambar 3.6 Hand Tachometer
33 Gambar 3.5 Instalasi Turbin Vortex tampak Depan
33 Gambar 3.4 Dudukan Turbin
33 Gambar 3.3 Bantalan (bearing)
31 Gambar 3.2 Sudu Turbin Vortex
29 Gambar 3.1 Casing Spiral
25 Gambar 2.10 Tipe – Tipe Vortex
Halaman
24 Gambar 2.9 Gravitation Water Vortex Power Plants
22 Gambar 2.8 Gravitasi Air Pembangkit Listrik Pusaran Sebagai Bio Reaktor
17 Gambar 2.7 Rumah Turbin Vortex
16 Gambar 2.6 Turbin Vortex
15 Gambar 2.5 Turbin Francis
14 Gambar 2.4 Turbin Kaplan dengan sudu jalan yang dapat diatur
12 Gambar 2.3 Turbin Crossflow
12 Gambar 2.2 Turbin Pelton
Gambar 2.1 Sudu Turbin Pelton36
Gambar 3.9 Pompa Pengumpan36 Gambar 3.10 Instalasi Penampang
42 Gambar 3.11 Segitiga Kecepatan Pada Konstruksi Roda Jalan
44 Gambar 3.12 Segitiga Kecepatan Pada Sisi Masuk dan Sisi Keluar
48 Gambar 4.1 Grafik Torsi vs Efisiensi Pada Jarak Sudu Dengan Saluran Keluar Ketinggian 2 cm
51 Gambar 4.2 Grafik Torsi vs Putaran Pada Jarak Sudu Dengan Saluran Keluar Ketinggian 2 cm
52 Gambar 4.3 Grafik Putaran vs Daya Turbin Pada Jarak Sudu Dengan Saluran Keluar Ketinggian 2 cm
52 Gambar 4.4 Grafik Torsi vs Efisiensi Pada Jarak Sudu Dengan Saluran Keluar Ketinggian 4 cm
54 Gambar 4.5 Grafik Torsi vs Putaran Pada Jarak Sudu Dengan Saluran Keluar Ketinggian 4 cm
55 Gambar 4.6 Grafik Putaran vs Daya Turbin Pada Jarak Sudu Dengan Saluran Keluar Ketinggian 4 cm
55 Gambar 4.7 Grafik Torsi vs Efisiensi Pada Jarak Sudu Dengan Saluran Keluar Ketinggian 6 cm
57 Gambar 4.8 Grafik Torsi vs Putaran Pada Jarak Sudu Dengan Saluran Keluar Ketinggian 6 cm
58 Gambar 4.9 Grafik Putaran vs Daya Turbin Pada Jarak Sudu Dengan Saluran Keluar Ketinggian 6 cm
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Klasifikasi Turbin Air Berdasarkan Tinggi Jatuh Air18 Tabel 2.2 Klasifikasi Berdasarkan Putaran Spesifik
19 Tabel 2.3 Klasifikasi Berdasarkan Arah Aliran Fluida
20 Tabel 3.1 Percobaan Aliran Debit Air Berdasarkan Tekanan Pompa Air
41 Tabel 4.1 Nilai Laju Aliran Massa Lubang buang 6 cm Ketinggian 2,4,6cm
49 Tabel 4.2 Hasil perhitungan percobaan pada jarak antara sudu dengan Saluran buang ketinggian 2 cm
51 Tabel 4.3 Hasil perhitungan percobaan pada jarak antara sudu dengan saluran buang ketinggian 4cm
54 Tabel 4.4 Hasil perhitungan percobaan pada jarak antara sudu dengan lubang buang ketinggain 6cm
57
DAFTAR NOTASI
(m) k Koefisien Losses L Panjang (Jarak Antara Sudu) (m) n Putaran Operasi (rpm) n
V Kecepatan (m/s) z Jumlah Sudu
/s) t Tebal Sudu Roda Jalan (m) U Kecepatan Tangensial (m/s)
3
(Watt) Q Debit Aliran (m
Putaran Spesifik (rpm) N Jumlah Sudu P Daya
s
Lambang Arti
A Luas (m)
t
D t Diameter Turbin (m) D p Diameter Poros (m) f Koefisien F
2 Diameter Roda Jalan Sisi Keluar (m)
D
1 Diameter Roda Jalan Sisi Masuk (m)
b Lebar Penampang (m) D
SATUAN
Gaya Tekanan (N) F r Gaya Radial (N) F a Gaya Aksial (N) g konstanta Gravitasi (9,81 m/s) H Head
ABSTRAK
Energi pada saat sekarang ini semakin berkurang akibat penggunaanenergi fosil secara berlebihan di semua bidang. Ilmuan 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 memanfaatkan aliran sungai dengan mengubahnya menjadi aliran vortex. Tujuan dari perancangan ini adalah untuk melihat pengaruh tinggi sudu turbin terhadap performansi turbin.
3 Turbin vortex ini dirancang dengan debit air 0.0052 m /s dan kecepatan air
1.44 m/s menggunakan casing berpenampang spiral berbahan akrilik dengan sudu berbahan seng. Hasil dari perancangan 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,spiral,akrilik.