Turbin aliran silang dengan perbandingan L/D 1,25 dan busur sudu 90 derajat - USD Repository

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  i

  

TURBIN ALIRAN SILANG

DENGAN PERBANDINGAN L/D 1,25

° DAN BUSUR SUDU 90

TUGAS AKHIR

  Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Program Studi Teknik Mesin

  

Oleh :

Dedy Subastian

NIM : 055214072

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

  

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2012

  i

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  ii

  

THE CROSSFLOW TURBINE

WITH 1.25 RATIO OF L/D

°

  

AND 90 OF CENTRAL ANGLE

FINAL PAPER

  Presented as Fulfillment of the Requirements For the Degree of Sarjana Teknik

  In Mechanical Engineering Study Programme

  

By :

Dedy Subastian

Student Number : 055214072

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMME

  

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2012

  ii

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  iii iii

  

T U G A S A K H I R

TURBIN ALIRAN SILANG

DENGAN PERBANDINGAN L/D 1,25

DAN BUSUR SUDU 90

  °

  Oleh:

  

Dedy Subastian

NIM: 055214072

  Telah disetujui oleh: Pembimbing

  Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. tanggal 28 Mei 2012

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  iv

  

LEMBAR PENGESAHAN

TURBIN ALIRAN SILANG

DENGAN PERBANDINGAN L/D 1,25

  ° DAN BUSUR SUDU 90

  Dipersiapkan dan ditulis oleh Dedy Subastian

  NIM: 055214072 Telah dipertahankan di depan Panitia Penguji pada tanggal :

  15 Juni 2012 dan dinyatakan telah memenuhi syarat SUSUNAN PANITIA PENGUJI Ketua : Budi Sugiharto, S.T.,M.T.

  …………….

  Sekretaris : Ir. Rines, M.T. .

  ...…………..

  Pembimbing : Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. .

  …………….

  Yogyakarta, 15 Juni 2012 Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

  Dekan, Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. iv

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian dari karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka sebagaimana layaknya karya ilmiah.

  Yogyakarta, 21 juni 2012 Penulis,

  Dedy Subastian v

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  vi

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma: Nama : Dedy Subastian Nomor Mahasiswa : 055214072

  Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul:

TURBIN ALIRAN SILANG DENGAN PERBANDINGAN L/D 1,25 DAN

  °

BUSUR SUDU 90

  Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta izin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan saya buat dengan sebenarnya.

  Dibuat di Yogyakarta, Pada tanggal, 21 Juni 2012 Yang menyatakan, (Dedy Subastian) vi

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  vii vii

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk mencapai derajat

  Sarjana (S1) pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Isi Tugas Akhir ini adalah mengenai unjuk kerja sebuah turbin aliran silang yang menggunakan sudu dari belah pipa dengan jumlah sudu 18 buah.

  Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini tidak lepas dari doa dan dukungan dari banyak orang. Tanpa bantuan mereka tidak mungkin penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Atas segala saran, bimbingan, dukungan, dan bantuan, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1.

  Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. ketua program studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

  3. I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T. Dosen Pembimbing Akademik.

  4. Seluruh dosen dan staf Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah memberikan berbagai ilmu dan membantu selama proses belajar di Jurusan Teknik Mesin.

  5. Bapak, Ibu, dan kedua adik saya Felix Wigit Yan Sukmawan dan Tomas Yolius Putranto serta seluruh keluarga yang telah memberi dukungan baik moril maupun materiil.

  6. Para sahabat dan kekasihku Theodora Retno Sis Utami yang selalu memberi motivasi dan semangat.

  7. Seluruh teman-teman mahasiswa angkatan 2004, 2005 dan 2006 yang telah memberi dukungan dan bantuan baik pikiran maupun tenaga.

  8. Kepada keluarga Ignatius Joko Pitoyo, S.T. yang telah memberi dukungan dan membantu selama pembuatan Tugas Akhir.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  viii

9. Kepada keluarga Andreas Agus Prasetya Wibowo yang telah memberi dukungan dan membantu selama pembuatan Tugas Akhir.

  Penulis menyadari sepenuhnya bahwa penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Maka dari itu dengan kerendahan hati penulis menerima segala kritik dan saran yang membangun. Akhirnya penulis mengucapkan terima kasih dan semoga Tugas Akhir tentang perancangan turbin aliran silang ini dapat bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.

  Yogyakarta, 21 Juni 2012 Penulis viii

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  ix

  

INTISARI

  Turbin aliran silang banyak digunakan untuk pembangkit listrik tenaga mikrohidro. Pada umumnya turbin aliran silang menggunakan sudu terbuat dari plat yang dilengkungkan. Peneliti melihat bahwa sudu turbit dari plat yang dilengkungkan merupakan cara yang kurang efisien karena plat mempunyai sifat yang sulit dilengkungkan.

  Peralatan yang digunakan adalah sebuah turbin aliran silang. Sudu turbin dibuat dari pipa dengan diameter 2 inch. Diameter runner adalah 156 mm dengan panjang runner 196 mm, dengan perbandingan L/D 1,25. Jumlah sudu pada runner

  °

  18 buah dan busur sudu 90 . Penelitian dilakukan dengan memvariasikan debit yaitu 6,8 L/s, 7,6 L/s, dan 8,1 L/s dan tinggi nosel 7 mm, 10 mm, 14 mm dan head 3 m. Untuk menghasilkan listrik, turbin dihubungkan dengan motor listrik. Pengukuran daya yang dihasilkan turbin dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan generator pada kondisi generator diberi variasi pembebanan dari 20 watt, 30 watt, 40 watt, 50 watt, 60 watt, sampai dengan 200 watt. Pada setiap pembeban, putaran turbin diukur dengan tachometer.

  o

  Turbin Aliran Silang dengan busur sudu 90 dan jumlah sudu 18 mampu menghasilkan daya maksimum sebesar 20 watt dan memiliki efisiensi 10 %. Hasil tersebut didapat pada variasi tinggi nosel 7 mm.

  Kata kunci : turbin aliran silang, bilah pipa.

  ix

  x x

  5 2.2 TURBIN AIR ..................................................................

  15 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  13 2.5 PERANCANGAN TURBIN ALIRAN SILANG ...........

  10 2.4 PERGERAKAN AIR TURBIN ALIRAN SILANG .......

  9 2.3.1 Bagian Turbin Aliran Silang ...............................

  8 2.3 TURBIN ALIRAN SILANG ..........................................

  8 2.2.2 Jenis-Jenis Turbin Air .........................................

  8 2.2.1 Definisi Turbin Air ..............................................

  5 2.1 TINJAUAN PUSTAKA .................................................

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .................................................................................. i

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ....................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ..................................................................... iv

HALAMAN PERNYATAAN ..................................................................... v

HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ............................................ vi

KATA PENGANTAR ................................................................................. vii

  4 BAB II. DASAR TEORI........................................................................

  3 1.3.2 MANFAAT ................................................................

  3 1.3.1 TUJUAN .....................................................................

  3 1.3 TUJUAN DAN MANFAAT ...............................................

  1 1.2 RUMUSAN MASALAH ....................................................

  1 1.1 LATAR BELAKANG .........................................................

  

INTISARI .................................................................................................... ix

DAFTAR ISI ................................................................................................ x

DAFTAR TABEL ....................................................................................... xiii

DAFTAR GAMBAR ................................................................................... xiv

DAFTAR GRAFIK……………………………………………………….. xv

DAFTAR LAMBANG ................................................................................ xvi

BAB I. PENDAHULUAN .....................................................................

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  xi

  2.5.1 Segitiga Kecepatan ..............................................

  15 2.5.2 Perhitungan Dimensi Turbin ...............................

  17 BAB III. METODE PENELITIAN........................................................

  25 3.1 DIAGRAM ALIR PENELITIAN ...................................

  25 3.2 BAHAN DAN PERALATAN PENELITIAN ................

  25 3.2.1 Bahan Penelitian..................................................

  25 3.2.2 Alat Penelitian .....................................................

  26 3.3 LANGKAH-LANGKAH PENELITIAN ALAT ............

  26 3.3.1 Persiapan Alat .....................................................

  26 3.3.2 Variabel yang Diukur ..........................................

  28 3.3.3 Variabel yang Divariasi.......................................

  29 3.3.4 Pengambilan Data ...............................................

  29 3.3.5 Pengolahan dan Analisis Data .............................

  30 3.4 PEMBUATAN ALAT ....................................................

  30 3.4.1 Desain Alat ..........................................................

  30 3.4.2 Rancangan Turbin Aliran Silang .........................

  31 3.4.3 Pembuatan Turbin ...............................................

  37 3.4.3.1 Pembuatan Rumah Turbin....................

  37 3.4.3.2 Pembuatan Roda Jalan (runner) ...........

  38 3.4.3.3 Perakitan Turbin Aliran Silang ............

  40

  3.4.3.4 Langkah-Langkah Pemasangan Turbin Aliran Silang ............................

  40 BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ......................

  41 4.1 DATA PENELITIAN .....................................................

  41 4.2 HASIL PENELITIAN .....................................................

  42

  4.2.1 Grafik Hubungan Putaran Turbin dan Daya Output Motor DC .......................................

  45

  4.2.2 Grafik Hubungan Putaran Turbin dan Efisiensi Total .....................................................

  47 4.3 PEMBAHASAN .............................................................

  50 xi

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  xii

  BAB V. PENUTUP ................................................................................

  53 5.1 KESIMPULAN ...................................................................

  53 5.2 SARAN ................................................................................

  53 DAFTAR PUSTAKA

  LAMPIRAN

  xii

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  xiii xiii

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Pengelompokan Turbin

  9 Tabel 4.1 Data penelitian dengan debit 6,8 L/s (tinggi nosel 7 mm) dan head 3 m

  41 Tabel 4.2 Data penelitian dengan debit 7,8 L/s (tinggi nosel 10 mm) dan head 3 m

  41 Tabel 4.3 Data penelitian dengan debit 8,1 L/s (tinggi nosel 14 mm) dan head 3 m

  42 Tabel 4.4 Hasil perhitungan data dengan debit 6 ,8 L/s (tinggi nosel 7 mm) dan head 3 m

  43 Tabel 4.5 Hasil perhitungan data dengan debit 7,8 L/s (tinggi nosel 10 mm) dan head 3 m 44

Tabel 4.6 Hasil perhitungan dengan debit 8,1 L/s (tinggi nosel 14 mm) dan head 3 m

  44 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  15 Gambar 2.10 Segitiga kecepatan pada turbin crossflow

  27 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  27 Gambar 3.2 Rangkaian listrik

  21 Gambar 3.1 Skema alat penelitian

  20 Gambar 2.14 Alur pancaran air

  19 Gambar 2.13 Jarak antar sudu

  17 Gambar 2.12 Kelengkungan sudu

  16 Gambar 2.11 Gabungan segitiga kecepatan pada turbin aliran silang

  xiv xiv

  

DAFTAR GAMBAR

  13 Gambar 2.8 Aliran pergerakan air pada turbin crossflow

  12 Gambar 2.7 Bagian-bagian motor induksi

  11 Gambar 2.6 Rumah Turbin

  11 Gambar 2.5 Alat Pengarah

  9 Gambar 2.4 Runner

  7 Gambar 2.3 Turbin Crossflow

  7 Gambar 2.2 Grafik hubungan putaran turbin dengan daya

Gambar 2.1 Grafik hubungan putaran turbin dengan efisiensi

  15 Gambar 2.9 Defleksi pada pergerakan air pada turbin crossflow

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  xv

DAFTAR GRAFIK

Gambar 4.1 Grafik hubungan putaran turbin dan daya output motor dc untuk debit 6,8 L/s (tinggi nosel 7 mm) dan head 3 m

  45 Gambar 4.2 Grafik hubungan putaran turbin dan daya output motor dc untuk debit 7,6 L/s ( tinggi nosel 10 mm) dan head 3m 45

Gambar 4.3 Grafik hubungan putaran turbin dan daya output motor dc untuk debit 8,1 L/s (tinggi nosel14 mm) dan head 3 m

  46 Gambar 4.4 Grafik hubungan putaran turbin dan daya output motor dc

  46 Gambar 4.5 Grafik hubungan putaran turbin dan efisiensi total untuk debit 6,8 L/s (tinggi nosel 7 mm) dan head 3 m

  47 Gambar 4.6 Grafik hubungan putaran turbin dan efisiensi total untuk debit 7,6 L/s (tinggi nosel 10 mm) dan head 3 m

  48 Gambar 4.7 Grafik hubungan putaran turbin dan efisiensi total untuk debit 8,1 L/s (tinggi nosel 14 mm) dan head 3 m

  48 Gambar 4.8 Grafik hubungan putaran turbin dan efisiensi total

  49 xv

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  =

  Jarak antar sudu pancaran air masuk (m) s

  2 =

  Jarak antar sudu pancaran air keluar (m) t

  =

  Jarak antar sudu (m) n

  =

  Jumlah sudu (buah) y

  1 =

  Jarak pancaran dari poros (m) y

  2 =

  Jarak pancaran dari keliling dalam (m) A

  Penampang nosel (m) s

  H

  =

  Tinggi pancaran air nosel (m) N

  =

  Kecepatan putar (rpm)

  ∆ =

  Sudut pusat sudu jalan (°) P in

  =

  Daya yang tersedia (W) P out

  =

  Daya yang dihasilkan generator (W) d s

  =

  Diameter minimal poros (mm)

  1 =

  xvi xvi

DAFTAR LAMBANG

  2

  Diameter turbin (m) L

  =

  Head (m)

  Q

  =

  Debit (m

  3

  /detik)

  η =

  Efisiensi turbin (%)

  D

  1 =

  =

  Kekuatan tarik bahan (kg/mm

  Panjang turbin (m)

  ρ =

  Jari-jari kelengkungan sudu turbin (m)

  α =

  Sudut masuk (°)

  β ^{1 =}

  Sudut keluar (°)

  σ A =

  Tegangan geser yang diijinkan (kg/mm

  2

  )

  σ B =

  ) s

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB I PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

  Setelah pulih dari krisis moneter pada tahun 1998, Indonesia mengalami lonjakan hebat dalam konsumsi energi. Dari tahun 2000 hingga tahun 2004 konsumsi energi primer Indonesia meningkat sebesar 5,2 % per tahunnya. Peningkatan ini cukup signifikan apabila dibandingkan dengan peningkatan kebutuhan energi pada tahun 1995 hingga tahun 2000, yakni sebesar 2,9 % pertahun. Dengan keadaan yang seperti ini, diperkirakan kebutuhan listrik indonesia akan terus bertambah sebesar 4,6 % setiap tahunnya, hingga diperkirakan mencapai tiga kali lipat pada tahun 2030.

  Hal ini sangat mengkhawatirkan manusia karena ketersediaan sumber energi yang tidak dapat diperbarui akhir-akhir ini mulai menipis dan mahalnya energi bahan bakar fosil dan efek buruk hasil pembakaran dari bahan bakar fosil berupa polutan yang berpotensi merusak ozon dan potensi pemanasan global.

  Untuk mengatasi hal itu maka dikembangkan berbagai bentuk energi alternatif dengan memanfatkan energi alam berupa energi surya, air, dan angin.

  Air merupakan salah satu sumber daya alam yang tidak terbatas jumlahnya. Air juga memiliki potensi yang sangat besar dan dapat digunakan sebagai sumber energi yang dapat menggantikan penggunaan energi fosil. Air merupakan sumber energi yang bersih karena tidak menghasilkan polutan, selain itu air juga tidak mempunyai potensi merusak ozon maupun potensi pemanasan global.

  1

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Dari data yang dikeluarkan oleh Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia, pemanfaatan energi air di Indonesia masih sangat kecil, baru sekitar 25 % dari potensi yang bisa mencapai 75000 MW. Di Indonesia terdapat 1315 kawasan yang berpotensi menjadi sumber energi tenaga air, dan daerah-daerah tersebut tersebar di seluruh kepulauan Indonesia. Daerah-daerah yang diprediksi memiliki potensi tersebut, antara lain : Papua 22371 MW, Kalimantan 21611 MW, Sumatera 15804 MW, Sulawesi 10203 MW, Jawa 4531 MW, Nusa Tenggara (Bali, NTB dan NTT) 674 MW dan Maluku 430 MW. Data- data di atas merupakan sumber pembangkit tenaga air dengan kapasitas besar, belum termasuk sumber-sumber pembangkit tenaga air dengan kapasitas kecil. Untuk memanfaatkan potensi tersebut diperlukan suatu teknologi terapan agar masyarakat kecil dapat menyediakan energi listrik secara swadaya.

  Pembangkit listrik tenaga air menggunakan turbin sebagai alat untuk mengkonversi potensi energi air menjadi energi mekanik untuk memutar generator listrik. Untuk daya yang kecil (microhydro/picohydro), turbin aliran silang (crossflow) banyak digunakan. Sudu turbin crossflow biasanya dibuat dari plat yang dilengkungkan. Pembuatan sudu tersebut tentu saja tidak mudah, apalagi bagi masyarakat. Geometri sudu turbin crossflow sebenarnya sama dengan geometri pipa yang dibelah dengan besar sudut busur tertentu. Oleh karena itu, sudu turbin dapat dibuat dari pipa yang dibelah, sehingga pembuatannya lebih mudah. Pembuatan runner yang mudah akan membuat biaya yang dikeluarkan menjadi lebih murah. Masyarakat akan dapat membuat sendiri sehingga masyarakat dapat berswadaya energi listrik. Sampai sekarang ini pemanfaatan pipa dibelah sebagai sudu turbin crossflow tidak banyak dilakukan sehingga

  2

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  informasi mengenai unjuk kerjanya kurang diketahui.

  Unjuk kerja sebuah turbin crossflow sangat dipengaruhi oleh banyak parameter antara lain adalah jumlah sudu, sudut pancaran air masuk, sudut keluar, posisi pancaran air masuk, lintasan aliran air di dalam turbin, rasio lebar dan diameter turbin, rasio diameter dan diameter luar serta manufaktur runner maupun nosel.

  1.2 RUMUSAN MASALAH

  Informasi tentang unjuk kerja turbin crossflow dengan sudu dibuat dari pipa yang dibelah tidak diketahui. Pada penelitian ini akan dibuat turbin crossflow dengan sudu dari pipa yang dibelah. Turbin aliran silang dengan perbandingan L/D

  o

  1,25 dan busur sudu 90 dirancang untuk memanfaatkan tenaga air yang memiliki head 3 meter. Untuk beban generatornya adalah 20 W, 30W, 40W, sampai 200W.

  o

  Sudu turbin dibuat dari pipa yang berdiameter 2 inch dan dibelah dengan sudut 90 dan jumlah sudu 18 buah.

  1.3 TUJUAN DAN MANFAAT

1.3.1 Tujuan a.

  Membuat turbin crossflow dengan menggunakan sudu dari pipa yang dibelah untuk pembangkit listrik agar mudah dibuat oleh masyarakat.

  b.

  Untuk mengetahui daya dan efesiensi turbin crossflow yang besar busur sudunya 90º dan jumlah sudu 18 buah.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

1.3.2 Manfaat a.

  Menambah kepustakaan teknologi pembangkit listrik tenaga air mikrohidro.

  b.

  Diterapkan di masyarakat yang berada dekat sumber air dan belum mendapat pasokan listrik sehingga dapat menyediakan energi listrik secara swadaya.

  c.

  Mengurangi ketergantungan terhadap minyak bumi yang semakin menipis dan mahal.

  d.

  Mengurangi polusi dan pemanasan global.

  e.

  Membangun kepedulian masyarakat terhadap upaya konservasi air.

  4

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB II DASAR TEORI

2.1 TINJAUAN PUSTAKA

  Penelitian tentang turbin crossflow banyak dilakukan untuk sudu yang dibuat dari plat yang dilengkung. Turbin crossflow yang dilengkapi dengan saluran pengarah di dalam runner-nya pernah dibuat dan diuji (Olgun, 2000). Saluran pengarah dibuat dengan tujuan untuk mengumpulkan dan mengarahkan air yang keluar dari sudu atas agar dapat menuju sudu bawah dengan lebih baik. Tiga bentuk saluran telah dibuat dan diuji dengan berbagai variasi posisi saluran pengarah serta variasi bukaan nosel. Penambahan saluran di dalam runner ternyata tidak menaikkan efisiensi tetapi justru menurunkan efisiensi turbin crossflow sebesar 5%.

  Penelitian terhadap pengaruh perbandingan diameter dalam dan diameter luar runner juga telah dilakukan (Olgun, 1998). Dalam penelitian ini digunakan 4 buah runner. Runner yang diuji mempunyai jumlah sudu 28 buah, diameter luar 170 mm, dan lebar 114 mm. Perbandingan diameter dalam dan diameter luar untuk tiap runner dibuat berbeda. Perbandingan diameter dalam dan diameter luar yang digunakan adalah 0,75, 0,65, 0,58 dan 0,54. Sudut masuk

  o

  pancaran air dipilih sebesar 16 . Hasil penelitian menunjukkan bahwa efisiensi tertinggi dicapai pada perbandingan 0,75 dan terendah pada perbandingan 0,54 dengan perbedaan sebesar 3%. Efisiensi yang biasa dicapai adalah sebesar 72%.

  Penelitian terhadap pengaruh sudut nosel menunjukkan bahwa efisiensi akan semakin besar jika sudut nosel semakin besar (Khosrowpanah, 1988).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Penelitian ini menggunakan 3 buah runner dengan jumlah sudu 20, 15, dan 10 serta 1 buah runner dengan diameter setengah dari diameter runner yang lain, sedangkan jumlah sudunya 20. Dari penelitian ini juga didapatkan bahwa efisiensi tertinggi dari tiap runner dicapai pada kecepatan spesifik yang sama. Semakin banyak jumlah sudu akan memberikan efisiensi yang semakin tinggi, namun jumlah sudu tersebut ada batasnya. Untuk sudut nosel tertentu efisiensi maksimum dicapai pada jumlah sudu tertentu. Ada jumlah sudu optimum untuk sudut nosel tertentu (Joshi, 1995).

  Pada penelitian Mockmore dan Fred Merryfield dengan head 16 feet

  o

  , dan jumlah sudu (4,87 m), debit 3 cfs (85 L/s), sudut pancaran air masuk (α) 16 18 buah menghasilkan daya 2,75 HP dan efisiensi 68%. Dari grafik hubungan putaran turbin dengan efisiensi terlihat bahwa semakin besaran putaran turbin aliran silang, maka efisiensi yang dihasilkan akan semakin besar hingga mencapai titik tertentu dimana tercapai efisiensi maksimum kemudian efisiensi akan turun kembali walaupun turbin aliran silang terus naik.

  6

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 2.1 Grafik hubungan putaran turbin dengan efisiensi (Sumber : Mockmore, 1949)Gambar 2.2 Grafik hubungan putaran turbin dengan daya

  (Sumber : Mockmore, 1949:)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

2.2 TURBIN AIR

  2.2.1 Definisi Turbin Air

  Turbin air adalah suatu mesin berputar yang mengkonversi energi dari suatu gerakan aliran air menjadi energi mekanis. Energi mekanis ini kemudian ditransfer melalui suatu poros untuk mengoperasikan generator. Turbin air digunakan pada Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik, dengan memanfaatkan aliran dan tinggi air jatuh. Air di bawah tekanan tinggi di dalam dam dilepaskan ke dalam suatu saluran dimana akan menggerakkan impeler turbin sehingga menyebabkan putaran yang cepat. Daya mekanis ini kemudian ditransfer ke generator oleh suatu poros dan kemudian akan menghasilkan energi listrik. Pemilihan suatu turbin tergantung pada karakteristik lokasi, karena ditentukan tinggi air jatuh dan kapasitas air. Selain itu pemilihan turbin juga tergantung dari kecepatan putar yang diminta oleh generator.

  2.2.2 Jenis-Jenis Turbin Air

  Terdapat berbagai jenis turbin air yang digunakan untuk penyediaan kebutuhan energi listrik. Turbin air biasanya dikelompokkan berdasarkan kegunaan tertentu, kapasitas aliran, dan tinggi air jatuh. Oleh karena itu, turbin air diklasifikasikan berdasarkan beberapa cara. Secara umum turbin air dikelompokkan menurut tinggi air jatuh (head) dan juga prinsip kerja turbin tersebut merubah energi air menjadi energi puntir. Berdasarkan klasifikasi ini turbin air dibagi menjadi :

  8

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Tabel 2.1 Pengelompokan Turbin

  Head Tinggi Head Sedang Head Rendah Turbin Impuls Turbin Pelton

  Turbin Turgo Turbin Crossflow Turbin Pelton Multi Jet Turbin Turgo

  Turbin Crossflow Turbin Reaksi Turbin Francis Turbin Kaplan

2.3 TURBIN ALIRAN SILANG

Gambar 2.3 Turbin Crossflow (Sumber : http://europa.eu.int/en/com/dg17/hydro/layman2.pdf )

  Turbin aliran silang (crossflow) dikembangkan oleh Michell (Australia) dan Bangki (Honggaria), sehingga turbin ini disebut juga turbin Michell-Bangki.

  Turbin aliran silang disebut juga turbin ossberger, yaitu arah aliran masuk air ke sudu turbin secara radial. Air dialirkan melewati sudu-sudu jalan yang berbentuk silinder, pertama-tama air dari luar masuk melalui sudu-sudu silinder dan kemudian dari dalam keluar melalui sudu-sudu. Aliran air yang melewati sudu ada dua tingkatan. Tingkatan pertama, air masuk melalui sudu atas. Daya yang dihasilkan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  lebih besar dari tingkat pertama yaitu 72 % dari tingkat kedua. Tingkat kedua, air keluar melalui sudu bagian bawah. Daya yang dihasilkan kurang lebih 28% dari daya yang dihasilkan pada tingkat pertama.

  Turbin aliran silang (crossflow) sangat baik digunakan untuk pusat tenaga air yang kecil dengan daya yang dihasilkan ± 750 KW. Ketinggian head yang bisa digunakan yaitu diatas 1 m sampai dengan 200 m. Kapasitas aliran air

  3

  3

  0,02 m /s sampai dengan 7 m /s. Kecepatan putaran turbin aliran silang antara 60 rpm sampai 200 rpm. Hal ini dipengarui oleh diameter roda jalan. Aliran turbin aliran silang sangat besar yaitu mencapai 87 %. Dengan daerah daya turbin yang disebut di atas, turbin aliran silang cocok digunakan untuk menggerakan penggilingan, penggergaji kayu, generator listrik kecil, pompa-pompa.

2.3.1 Bagian Turbin Aliran Silang

  Pada dasarnya turbin aliran silang terdiri dari tiga bagian utama, yaitu: 1.

  Roda Jalan Bagian utama dari turbin crossflow adalah runner yang terdiri dari sudu yang terbuat dari pipa yang dibelah, dua disk/piringan, dan poros yang dirangkai menjadi satu kesatuan.

  10

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 2.4 Runner 2.

  Alat Pengarah Alat pengarah pada turbin sering disebut dengan nosel. Nosel pada turbin aliran silang berbentuk persegi panjang. Ukuran nosel disesuaikan dengan ukuran runner turbin.

Gambar 2.5 Alat Pengarah (Sumber : Tugas Akhir Ignatius Joko Pitoyo)

3. Rumah Turbin Rumah turbin digunakan untuk memasang turbin agar dapat berputar.

  Rumah turbin dilengkapi dengan bantalan agar poros turbin dapat berputar tanpa adanya gesekan dan berputar pada posisi yang sama.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  12 Gambar 2.6 Rumah Turbin

  

(Sumber : Tugas Akhir Ignatius Joko Pitoyo)

  Turbin aliran silang dapat digunakan untuk menggerakkan generator listrik kecil. Untuk itu perlu adanya komponen tambahan yang disebut generator asinkron (motor induksi). Generator asinkron berfungsi mengubah energi mekanis menjadi energi listrik arus bolak-balik.

  Generator asinkron memiliki 3 bagian yang penting, yaitu : a.

  Rotor Rotor merupakan bagian yang berputar pada motor induksi. Generator asinkron (motor induksi) mempunyai 2 jenis rotor yaitu :

   Rotor sangkar tupai terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatkan dalam petak-petak slots paralel. Batang-batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua ujungnya dengan alat cincin hubungan pendek.

   Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase yaitu : lapisan ganda dan terdistribusi.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  b.

  Stator Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk membawa gulungan tiga fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu.

Gambar 2.7 Bagian-bagian motor induksi

  

(Sumber : Tugas Akhir Julianto)

  Prinsip generator asinkron adalah medan magnet yang dari stator bergerak dengan kecepatan sinkron disekitar rotor. Arus rotor menghasilkan medan magnet kedua yang berusaha melawan medan magnet stator sehingga menyebabkan rotor berputar.

2.4 PERGERAKAN AIR TURBIN ALIRAN SILANG

  Dari kapasitas air dan tinggi air jatuh dapat diperoleh potensi daya air yang tersedia yaitu (Dietzel, 1996, hal. 2) :

  P   g  Q  H _in 

  ....................................................................................................2.1 dengan :

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  P in : Daya yang tersedia (W).

  3

  : Massa jenis air (kg/m ) ρ

  2

  g : Percepatan gravitasi (m/s )

3 Q : Debit air (m /s)

  H : Tinggi air jatuh (m) Pada Gambar 2.6 diasumsikan bahwa pancaran air dari nosel masuk ke dalam runner pada titik A dengan membentuk sudut α terhadap kecepatan kelilingnya. Kecepatan air memasuki runner (V

  1 ) dihitung dengan (Mockmore,

  1949, hal 6) : _{1 2} V  C   ₁ 2  g  H  ...............................................................................................2.2 dengan :

  V 1 = Kecepatan absolut. C = Koefisien berdasarkan nosel

  α adalah sudut antara kecepatan absolut dengan kecepatan keliling lingkaran runner dan β adalah sudut antara kecepatan relatif dengan kecepatan keliling lingkaran runner. Dengan indek 1 menandakan kecepatan masuk dan indek 2 menandakan kecepatan keluar sudu jalan turbin.

  14

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 2.8 Aliran pergerakan air pada Turbin Crossflow (Sumber : Mockmore, 1949, hal. 6)

  Alur pergerakan air pada kenyataannya tidak seperti yang terdapat dalam (G ambar 2.6) karena terdapat defleksi sebesar θ seperti dalam (Gambar 2.7).

Gambar 2.9 Defleksi pada pergerakan air pada Turbin Crossflow (Sumber : Mockmore, 1949)

2.5 PERANCANGAN TURBIN ALIRAN SILANG

2.5.1 Segitiga Kecepatan

  1 , V 1 , dan u 1 .

  Sudut β1 ditentukan oleh nilai α

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 2.10 Segitiga kecepatan pada Turbin Crossflow (Sumber : Mockmore, 1949)

  Jika,

  

u = ½ V ....................................................................................................2.3

  1 1 cos α

  1

  maka, .....................................................................................................2.4

  tan β 2 = 2 tan α

  1

o o o o

1 = 16

  1 = 29 , 30 atau 50 atau nilai pendekatan.

  Jika α , maka β (Mockmore, 1949, hal 10).

  ’ adalah sudut sudu keluar sisi atas pada keliling dalam runner.

  Β

  2 Dengan asumsi v 1 = v

  2

  1 2 , untuk membuat aliran pancaran air radial maka

  dan α = α

  o .

  2

  besarnya β ’ = 90

  16

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 2.11 Gabungan Segitiga Kecepatan Pada Turbin Aliran Silang (Sumber : Mockmore, 1949)

2.5.2 Perhitungan Dimensi Turbin a.

  1 )

  Diameter Luar Runner (D _{1 2}

  862  H

  (Mockmore, 1949, hal 14) .........................................2.5

  D  ₁ N

  dengan : H = Head ketinggian (inch) N = Putaran turbin (rpm) b.

  Panjang Turbin (L)

  144  Q  N L

   (Mockmore, 1949, hal 15).........…2.6 _{1 2}

₁

₂ 862  H  C  k   2  g  H 

  dengan : L = Panjang turbin crossflow (inch) Q = Debit aliran air (cfs).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  C = Koefisien nosel.

  = 0,98 K = Faktor koreksi.

  = 0,087 c.

  Perbandingan panjang dan diameter turbin 210 , 6  Q

  L  D  (Mockmore, 1949, hal 17)......................................2.7 _{1 1 2} H d.

  Jari-jari kelengkungan sudu (ρ) (Mockmore, 1949, hal 15) ............................................2.8

    , 326  r ₁ dengan : r

  1 = jari-jari luar runner (inch) e.

  Lebar velk radial (a )

  a  ,

  17  D (Mockmore, 1949, hal 12) ..............................................2.9 ₁

  18

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 2.12 Kelengkungan sudu (Sumber : Mockmore, 1949)

  f.

  Jarak antar sudu (t) Jarak antar sudu meliputi jarak antar sudu pancaran air masuk (s

  1 ), jarak

  sudu pancaran air keluar (s ) dan jarak antar sudu (t) (gambar 2.10)

  2 s  k  D (Mockmore, 1949, hal 14)................................................2.10 _{1 1}

   r  ₂

  s  t  ₂ (Mockmore, 1949, hal 11) .............................................2.11

   

  r ₁

   

  s ₁ t

   (Mockmore, 1949, hal 10) ...............................................2.12 sin   ₁

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  20 Gambar 2.13 Jarak antar sudu

  

(Sumber : Mockmore, 1949)

g.

  Jumlah sudu (n)

  t D n ¹

     (Mockmore, 1949, hal 17) .......... ................................. 2.13 h.

  Jarak pancaran dari poros (y

  1 ) (gambar 2.11)  

  2 , 1986 945 , _{1 1} d D k y 

     (Mockmore Banki, 1949, hal 14) ......2.14

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  1

     (Mockmore, 1949, hal 8) ...........2.16

  V u C _T

  

u

  2 V

     ₁ ¹ _{1 1} ^{1 2} ) cos 1 (

    

    

   = Koefisien empiris yang nilainya sekitar (0,98). (Mockmore, 1949, hal 9).

  i.

  Jarak pancaran dari keliling dalam (y

  

  1

  2

  cos

  Efisiensi turbin Jika, _{1 1 1}

  j.

Gambar 2.14 Alur pancaran air (Sumber : Mockmore, 1949)

  , 1314 945 , D k y     (Mockmore, 1949, hal 14) .................2.15

  2 ) (gambar 2.11)   ^{1 2}

     V u maka, tan β 1 = 2 tan α

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  k.

  Nosel Meliputi penampang nosel (A) dan tinggi pancaran air nosel (s o )

  Q A (Mockmore, 1949, hal 17)..............................................2.17 

  V ₁ A s  (Mockmore, 1949, hal 17) ............................................2.18 _o L

  l.

  Sudu pusat sudu jalan (gambar 2.13)

  1 cos  ₁ Tan   ................................................................2.19 2 r   ₂ sin  

   ^{1 } r ₁

    m.

  Perhitungan poros Parameter-parameter yang digunakan dalam perhitungan poros sebagai berikut :

  Pd = f × P (kW) ..............................................................................2.20 c

  dengan : P = Daya rencana (W)

  d

  P = Daya yang ditransmisikan (W) f c = Faktor koreksi (Sularso, 2004, hal. 7) n = Putaran poros (rpm)

  T =

  …………….................................................2.21 dengan : T = Momen puntir rencana (kg.mm)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  n = Putaran poros (rpm)  _B

    (kg/mm2) ............................................................2.22 _a

  Sf  Sf   _{1 2}

  dengan :

  2 A = Tegangan geser yang diizinkan (kg/mm )

  σ

  2 B = Kekuatan tarik bahan (kg/mm )

  σ Sf dan Sf = Faktor keamanan

  1

  2 _{3 1}

    5 ,

  1

  d   Kt  Cb  T _s …..............................................................2.23

     _a

    dengan : d = diameter minimal poros (mm)

  s

  C b = Faktor Cb nilainya 1,2 sampai 2,3. Jika diperkirakan tidak terjadi pembebanan lentur maka Cb = 1.

  K = Faktor Kt dipilih 1,0 jika beban dikenakan secara halus; 1,0-1,5

  t

  jika dikenakan sedikit beban kejutan atau tumbukan; dan 1,5-3,0 jika beban kejutan atau tumbukan besar. n. out )

  Perhitungan Daya Keluaran (P

  P = V x I ........................................................................................2.24 out

  dengan : V = Tegangan (volt) I = Arus (ampere)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  o.

  Perhitungan Torsi Guna Turbin (T)

  n P T ^out

     ⁵

  10 74 , 9 .........................................................................2.25 p.

  Perhitungan Efisiensi Total (η) % 100

    _in ^out

  P P

   ................................................................................2.26

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB III METODE PENELITIAN

  3.1 DIAGRAM ALIR PENELITIAN

  3.2 BAHAN DAN PERALATAN PENELITIAN

  Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah: a. pipa hitam diameter 2 inch , panjang 1m b. plat dengan tebal 1 mm, panjang 1 m, dan lebar 1 m c. besi siku yang berlubang 15 batang x 3 m d. besi poros diameter 30 mm x 300 mm