TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

  

TURBIN ALIRAN SILANG DENGAN BUSUR

SUDU 95 YANG DIBUAT DARI PIPA DIBELAH

TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Diajukan oleh : Hendrikus Rendi Kurniawan NIM : 055214036 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA

  

THE CROSSFLOW TURBINE WITH 95 OF

CENTRAL ANGEL THAT MADE FROM

CUTTING PIPE LENGTHWISE

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

to Obtain the

  Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

  

By :

Hendrikus Rendi Kurniawan

Student Number : 055214036

  

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

HALAMAN PERSEMBAHAN

  

Makalah Tugas Akhir ini kupersembahkan kepada:

Bapak dan Ibu tercinta

Kakak dan Adik tercinta

yang selalu memberi

dukungan dan mendoakan demi kesuksesanku.

  

Sahabat-sahabatku yang selalu

membantu demi terlaksananya Tugas Akhir ini.

  

MOTTO

“Keindahan dalam hidup akan datang pada saatnya”

“Hadapi dengan senyuman”

  

“jika tidak ingin disakiti jangan menyakiti, jika tidak ingin dipukul jangan

memukul, jika tidak ingin direndahkan jangan merendahkan”

“jangan kamu kalah sama keadaan, tetapi kalahkanlah keadaan”

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

  Yogyakarta, 24 Januari 2009

  Penulis Hendrikus Rendi Kurniawan

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertanda tanggan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:

  Nama : Hendrikus Rendi Kurniawan Nomor Mahasiswa : 055214036

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

  

TURBIN ALIRAN SILANG DENGAN BUSUR SUDU 95 YANG DIBUAT

DARI PIPA DIBELAH

  beserta peragkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, me- ngalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dam mempublikasikan di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

  Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 24 Januari 2009 Yang Menyatakan (Hendrikus Rendi Kurniawan)

  

ABSTRAK

  Turbin aliran silang banyak digunakan untuk pembangkit listrik skala mikro. Pembuatan sudu turbin dari plat yang dilengkung sulit dilakukan, sehinngga sudu dibuat dari pipa yang dibelah. Geometri sudu turbin aliran silang sebenarnya sama dengan geometri pipa yang dibelah dengan busur tertentu. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari unjuk kerja turbin aliran silang dengan sudu dari pipa yang dibelah yang digunakan untuk pembangkit listrik.

  Peralatan yang digunakan adalah sebuah turbin aliran silang. Sudu turbin dibuat dari pipa dengan diameter 1,25 inchi. Diameter roda jalan adalah 98 mm dengan lebar 104 mm. Jumlah sudu yang digunakan pada yaitu 20 sudu dan besar busur sudu 95 . Penelitian dilakukan dengan memvariasikan debit, tinggi nosel, dan beban. Debit air yang digunakan adalah 10,6 l/s, 9,3 l/s, dan 8,3 l/s. Tinggi nosel divariasikan ketinggian 4 mm, 9 mm, dan 14 mm. Untuk menghasilkan listrik turbin dihubungkan dengan alternator. Pengukuran daya yang dihasilkan turbin dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan alternator pada kondisi alternator diberi variasi pembebanan dari 10 watt s/d 100 watt. Pada setiap pembebanan putaran turbin diukur dengan tachometer.

  Hasil penelitian menunjukan bahwa daya terbesar terjadi pada debit 10,6 l/s, tinggi nosel 9 mm dengan besar daya 19,2 watt. Efisiensi terbesar terjadi pada debit 10,6 l/s, tinggi nosel 14 mm dengan besar efisiensi 3,97 %.

KATA PENGANTAR

  Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan anugrah-Nya, sehingga laporan Tugas Akihir yang berjudul Turbin Aliran

  

Silang dengan Busur Sudu 95 yang dibuat dari Pipa Dibelah dapat tersusun

dan dapat terselesaikan dengan lancar.

  Penulisan Tugas akhir merupakan syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma. Dengan adanya penulisan Tugas Akhir diharapkan mahasiswa mempunyai daya analisa yang dalam dan memperdalam ilmu yang telah diperoleh selama masa kuliah.

  Penulis menyadari selama belajar di Teknik Mesin Sanata Dharma telah melibatkan banyak pihak. Atas segala bimbingan, dukungan, bantuan, kritik dan saran yang membangun, pada kesempatan ini dengan sangat rendah hati penulis tidak lupa mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kapada :

  1. Romo Ir. Greg. Heliarko, S.J.,S.S.,B.S.T.,M.A.,M.Sc. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma.

  2. Budi Sugiharto, S.T.,M.T. Ketua Program Studi Teknik Mesin dan sebagai dosen pembimbing akademik yang telah banyak membimbing penulis selama kuliah di Teknik Mesin Sanata Dharma.

  3. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah berkenan membimbing dan memberikan saran dengan penuh kesabaran

  4. Rusdi Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T yang telah memberikan masukan dan meminjamkan alat, serta meluangkan waktu sehingga pengambilan data dapat terlaksana.

  5. Seluruh dosen Teknik Mesin Sanata Dharma yang telah membimbing dan memberikan ilmu selama kuliah.

  6. Ir. YB. Lukiyanto, M.T kepala lab konversi energi yang telah memberikan tempat untuk lembur mengerjakan alat.

  7. Seluruh karyawan sekretariat FST dan laboratorium Teknik Mesin, keamanan, kebersihan yang telah banyak membantu.

  8. Drs. Dwi Sujoko, M.T Guru STM Pembangunan yang telah membantu dan membimbing dalam menyelesaikan alat.

  9. Kedua orang tuaku Laurentius Suparman dan Lucia Sri Wahyuni yang telah memberikan dukungan material dan spiritual selama kuliah.

  10. _{Kakakku Agustinus Heru Krisitianto atas semua saran dan dukungan material,} adik-adikku Visia Aprina Rini, Albertus Hari Setiawan, Dionisius Dani Putranto, tanpa kalian aku bukan apa-apa dan tidak menjadi kakak.

  11. _{Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2005 atas bantuan dan kebersamaannya} selama kuliah di Sanata Dharma.

  12. _{Teman-teman yang tidak bisa disebutkan satu-persatu, terimakasih atas} semuanya. mengharapkan masukan dan kritik, serta saran dari berbagai pihak untuk menyempurnakannya. Semoga penulisan Laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca.

  Yogyakarta, 24 Januari 2009 Hendrikus Rendi Kurniawan

  

DAFTAR ISI

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

HALAMAN PENGESAHAN ……………………………………..….….….... iii

HALAMAN PERSEMBAHAN …………………………………….…......…... v

MOTTO ……………………………………………………...…………...……. vi

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ………………………....…………… vii

LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI………………………...………… viii

ABSTRAK ……………………….……………………………...……………... ix

KATAPENGANTAR …………………………………………..………………. x

DAFTAR ISI …………………………………………………...…………….. xiii

DAFTAR TABEL……………………………………………………………... xv

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

BAB I PENDAHULUAN

  1.1. Latar Belakang ………………………………………………………… 1

  1.2. Rumusan Maslah ……………………………………………………… 3

  1.3. Batasan Masalah ………………………………………………………. 3

  1.4. Tujuan Penelitian ……………………………………………………… 3

  1.5. Manfaat Penelitian …………………………………………………….. 4

  BAB II DASAR TEORI

  2.1. Pengertian turbin Aliran Silang ……………………………………….. 5

  2.2. Bagian turbin Aliran Silang …………………………………………… 6

  2.3. Pergerakan turbin Aliran Silang ……………………………………… 10

  2.4. Perancangan Turbin Aliran Silang …………………………………… 12 2.4.1. _{Segitiga Kecepatan ……………………………………………. 12}

  BAB III METODE PENELITIAN

  3.1. Diagram Alir Penelitian ……………………………………………… 23

  3.2. Pembuatan Alat ………………………………………………………. 24

  3.2.1. Rancangan Turbin Aliran Silang …………………………….. 24

  3.2.2. Pembuatan turbin …………………………………………….. 31

  3.3. Penelitian Alat ………………………………………………………... 41

  3.3.1. Persiapan Alat ………………………………………………... 41

  3.3.2. Variable yang Diukur ……………………………………....… 44

  3.3.3. Variable yang Divariasi ……………………………………… 44

  3.3.4. Pengambilan Data …………………………….……………… 44

  3.3.5. Pengolahan Data dan Analisa ………………………………... 45

  3.4. Kesulitan Penelitian…………………………………………………... 46

  BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

  4.1. Data Hasil Penelitian ………………………………………………… 48

  4.2. Perhitungan Data …………………………………………………….. 50

  4.3. Pembahasan Data ……………………………………….……………. 61

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  5.1. Kesimpulan …………………………………………………………... 69

  5.2. Saran …………………………………………………………………. 70

  DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data Penelitian untuk debit 10,6 L/s dan Tekanan 9 Psi…………..… 48Tabel 4.2 Data Penelitian untuk debit 9,3 L/s dan Tekanan 8 Psi……………… 49Tabel 4.3 Data Penelitian untuk debit 10,6 L/s dan Tekanan 5 Psi…………..… 49Tabel 4.4 Data Penelitian untuk debit 9,3 L/s dan Tekanan 4,5 Psi…….……… 49Tabel 4.5 Data Penelitian untuk debit 10,6 L/s dan Tekanan 5 Psi…….…….… 50Tabel 4.6 Hasil Penelitian untuk debit 10,6 L/s dan Tinggi Nosel 9 mm.……… 52Tabel 4.7 Hasil Penelitian untuk debit 9,3 L/s dan Tinggi Nosel 9 mm.…..…… 54Tabel 4.8 Hasil Penelitian untuk debit 10,6 L/s dan Tinggi Nosel 14 mm.…..… 56Tabel 4.9 Hasil Penelitian untuk debit 9,3 L/s dan Tinggi Nosel 14 mm.……… 58Tabel 4.10 Hasil Penelitian untuk debit 10,6 L/s dan Tinggi Nosel 14 mm.…… 60

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Runner dari Cihanjuang…………………………………………….. 6Gambar 2.2 Alat Pengarah……………………………………………………….. 7Gambar 2.3 Rumah Turbin………………………………………………………. 8Gambar 2.4 Alternator (Forcefield, 2003)……………………………………….. 9Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian…………………………………………… 23Gambar 3.2 Sudu yang Sudah Dibelah…………………………………………. 32Gambar 3.3 Piringan Runner…………………………………………………… 33Gambar 3.4 Poros Runner………………………………………………………. 34Gambar 3.5 Mal dari Plat Besi………………………………………………….. 35Gambar 3.6 Las Poros dan Piringan……………………………………………. 36Gambar 3.7 Runner yang Rusak………………………………………………... 36Gambar 3.8 Pemasangan Sudu pada Mal………………………………………. 37Gambar 3.9 Runner Penelitian………………………………………………….. 38Gambar 3.10 Skema Alat Penelitian…………………..………………………... 42Gambar 4.1 Grafik antara Putaran Poros dan Daya Turbin untuk Debit 10,6 L/s 61Gambar 4.2 Grafik antara Putaran Poros dan Daya Turbin untuk Debit 9,3 L/s.. 62Gambar 4.3 Grafik antara Putaran Poros dan Efisiensi untuk Debit 10,6 L/s….. 64Gambar 4.4 Grafik antara Putaran Poros dan Efisiensi untuk Debit 9,3 L/s….... 65Gambar 4.5 Grafik antara Putaran Poros dan Daya Turbin untuk Debit 10,6 L/s untuk Turbin Cihanjuang dan turbin Busur 95 …………………… 67Gambar 4.6 Grafik antara Putaran Poros dan Efisiensiuntuk Debit 10,6 L/s untuk Turbin Cihanjuang dan turbin Busur 95 …………………… 68

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Listrik merupakan sumber energi utama yang digunakan manusia. Listrik dihasilkan dari suatu sistem pembangkit listrik. Pembangkit listrik yang banyak dikembangkan antara lain adalah pembangkit listrik tenaga air (PLTA), pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTG), Pembangkit listrik tenaga uap (PLTU), pembangkit listrik tenaga diesel (PLTD), dan pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN). PLTU dan PLTD menggunakan sumber energi berupa batubara ataupun minyak bumi. Batubara maupun minyak bumi termasuk sumber energi yang tidak dapat diperbarui. Ketersediaan sumber energi yang tidak dapat diperbaharui di dunia semakin berkurang. Hal tersebut menimbulkan adanya krisis energi sehingga berdampak pada melonjaknya harga minyak bumi. Bahkan akhi-akhir ini di Indonesia sering terjadi pemadaman listrik bergilir. Tentu saja pemadaman listrik bergilir ini sangat merugikan masyarakat karena listrik merupakan motor penggerak ekonomi.

  Dalam rangka mengatasi krisis energi tersebut banyak dikembangkan energi baru maupun yang terbarukan. Air merupakan salah satu sumber daya alam yang digunakan sebagai sumber energi yang dapat menggantikan penggunaan energi fosil. Air merupakan sumber energi yang bersih karena tidak menghasilkan polutan. Berbeda dengan sumber energi fosil, air tidak mempunyai potensi merusak ozon maupun potensi pemanasan global.

  Pembangkit listrik tenaga air menggunakan turbin sebagai alat untuk mengkonversi potensi energi air menjadi energi mekanik untuk memutar generator listrik. Untuk daya yang kecil (mikrohidro/pikohidro) turbin aliran silang (crossflow) banyak digunakan. Sudu turbin crossflow biasanya dibuat dari pelat yang dilengkung.

  Pembuatan sudu tersebut tentu saja tidak mudah, apalagi bagi masyarakat kebanyakan. 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 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 informasi mengenai unjuk kerjanya

kurang diketahui.

  1.2 Rumusan Masalah

  Kebanyakan sudu turbin aliran silang dibuat dengan menggunakan plat yang dilengkung. Karena membuat sudu turbin aliran silang dengan menggunakan plat yang dilengkung sulit, maka untuk mempermudah pembuatan sudunya dibuat dengan menggunakan pipa yang dibelah dengan diameter 1,25 inch yang dibelah menjadi 3 dengan besar busur sudu 95 dan jumlah sudu 20 buah.

  1.3 Batasan Masalah

  Dalam penelitian yang dilakukan banyak sekali macam turbin aliran silang yang digunakan dalam penelitian. Penulis dalam melakukan penelitian membatasi pengertian turbin aliran silang sebagai berikut: runner turbin terbuat dari besi pipa yang dibelah dengan busur sudu 95 dan jumlah sudu 20 buah.

  1.4 Tujuan Penelitian

  Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja turbin aliran silang dengan jumlah sudu 20 buah dengan besar busur sudu 95 . Turbin yang dibuat akan diketahui besar daya dan efisiensi total yang paling besar.

1.5 Manfaat Penelitian

  Hasil penelitian yang dilakukan penulis diharapkan dapat : 1. _{Menambah kepustakaan teknologi pembangkit listrik tenaga air.}

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

  3. _{Mengurangi ketergantungan terhadap minyak bumi.}

  4. _{Membangun kepedulian masyarakat terhadap upaya konservasi air.}

BAB II DASAR TEORI 2.1. Pengertian Turbin Aliran Silang Turbin aliran silang (cross flow) 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 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 lebih besar dari tingkat pertama yaitu 80 % dari tingkat kedua. Tingkat kedua, air keluar melalui sudu bagian bawah. Daya yang dihasilkan kurang lebih 20% dari daya yang dihasilkan pada tingkat pertama.

  Turbin aliran silang sangat baik pada putaran spesifik 11 rpm sampai dengan 50 rpm, tergantung pada perbandingan lebar dan besar kelengkungan sudu. Turbin aliran silang (cross flow) sangat baik digunakan untuk pusat tenaga air yang kecil dengan daya yang dihasilkan ± 750 KW. Ketinggian head yang bisa digunakan yaitu

  3

  diatas 1 m sampai dengan 200 m. kapasitas aliran air 0,02 m /detik sampai dengan 7

  3 ini dipengarui oleh diameter roda jalan. Aliran turbin aliran silang sangat besar yaitu mencapai 87,7 %. Dengan daerah daya turbin yang disebut diatas, turbin aliran silang cocok digunakan untuk menggerakan penggilingan, penggergaji kayu, generator listrik kecil, pompa-pompa.

2.2. Bagian Turbin Aliran Silang

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

  1. Roda Jalan Roda jalan (runner) turbin aliran silang terdiri dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel.

Gambar 2.1 Roda Jalan dari Cihanjuang

  2. Nosel Nosel pada turbin sering disebut dengan alat pengarahl. Nosel pada turbin aliran silang berbentuk persegi panjang. Ukuran nosel disesuaikan dengan ukuran roda jalan turbin.

Gambar 2.2 Alat Pengarah

  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 (tidak oleng).

Gambar 2.3 Rumah Turbin Turbin aliran silang dapat digunakan untuk mengerakan generator listrik kecil.

  Untuk itu perlu adanya komponen tambahan yang disebut generator. Pada prinsipnya generator dapat juga disebut sebagai alternator, tetapi biasanya altenator lebih mengacu pada bentuk yang lebih kecil yang biasa digunakan pada otomotif. Altenator adalah suatu alat elektromekanikal yang mengkonversi daya mekanis menjadi energi elektrik. Altenator memiliki 3 bagian yang penting, yaitu :

  1. Rotor Yang dimakud dengan rotor adalah bagian yang berputar yang menjadi satu dengan poros alternator yang terdapat magnet permanen atau lilitan induksi magnet. Pada rotor terdapat bagian yang berfungsi sebagai kutub magnet yang terletak pada sisi luar dari lilitan. Rotor ditumpu oleh dua buah bearing, pada bagian depannya terdapat puli.

  2. Stator Stator adalah bagian yang statis pada altenator yang berupa inti besi yang dibungkus dengan kawat tembaga. Bagian ini berupa lilitan yang berfungsi untuk menghasilkan arus bolak-balik (AC).

  3. Dioda Dioda mengkonversi arus bolak-balik yang dihasilkan oleh pasangan rotor dan stator menjadi arus searah.

Gambar 2.4 Altenator (Forcefield, 2003)

  Besarnya arus yang dihasilkan oleh altenator tergantung pada besarnya putaran alternator dan kekuatan medan magnet _. Altenator menghasilkan listrik dengan prinsip yang sama pada DC generator, yakni adanya arus pengumpan yang disebut arus eksitasi saat terjadi medan magnet disekitar kumparan. Dari alternator dapat di ukur arus (I) dan tegangan keluaran (V) yang kemudian digunakan untuk menentukan besarnya daya yang dihasilkan

2.3. Pergerakan Air Turbin Aliran Silang

  Dari kapasitas air dan tinggi jatuh air dapat diperoleh daya air yang tersedia yaitu : P in = (Dietzel, 1996, hal 2) ................. 2.1

  ρ g Q H Dengan :

  3

  ) ρ = massa jenis air (Kg/m

  2

  g = percepatan garvitasi (m/detik )

3 Q = debit air (m /detik)

  H = Head ketinggian Pada gambar 2.2 diasumsikan bahwa pancaran air dari nosel masuk kedalam runner pada titik A dengan sudut

  α yang bersinggungan dengan keliling roda jalan. Kecepatan air sebelum memasuki roda jalan dapat dihitung dengan persamaan :

  1/2

  V

  1 = C(2gH) (Banki, 2004, hal 6) ................... 2.2

  dengan :

1 V = Kecepatan absolut.

  C = Koefisien berdasarkan nosel

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

Gambar 2.5 Aliran pergerakan air pada Turbin Aliran Silang

  (Mockmore, 2004, hal. 6) Alur pergerakan air pada kenyataannya tidak seperti yang terdapat dalam

gambar 2.5 karena terdapat defleksi sebesar θ seperti dalam gambar 2.6.Gambar 2.6 Defleksi pada pergerakan air pada Turbin Aliran Silang

  (Mockmore, 2004, hal. 8) 2.4.

   Perancangan Turbin Aliran Silang

2.4.1 Segitiga Kecepatan

  1

  

1

  β α

  1 Sudut 1 ditentukan oleh nilai ,V , dan u .

Gambar 2.7 Segitiga kecepatan pada Turbin

  1

  1

  α

  1 Jika u = ½ V cos ...................................................................................... 2.3

  1

  1

  maka tan = 2 tan .................................................................................... 2.4 β α

  1

  α β (Mockmore, 2004, hal 10)

  1 jika = 16 , maka =29 , 50 atau 30 atau nilai pendekatan.

  2

  ' adalah sudut sudu keluar sisi atas pada keliling dalam runner. Dengan β asumsi v

  1 = v 2 dan 1 = 2 untuk membuat aliran pancaran air radial maka

  α α

  β

  2 besarnya ' = 90 .

Gambar 2.8 Gabungan segitiga kecepatan pada Turbin Aliran

  Silang (Mockmore, 2004, hal 11)

2.4.2 Perhitungan Dimensi Turbin

  a. Diameter Luar Roda Jalan (D

  1 ) ½

  D

  1 = 862H /N (Mockmore, 2004, hal 14) ......... 2.5

  dengan : H = head ketinggian (in) N = putaran turbin (rpm)

  b. Panjang Turbin (L)

  ½ ½

  L = 144QN/862 H Ck(2gH) (Mockmore, 2004, hal 15 ) …….. 2.6 Dengan : Q = Debit aliran air (cfs) C= Koefisien nosel = 0.98 k = Faktor koreksi = 0.087 c. Perbandingan panjang dan diameter turbin

  1/2

  LD = 210.6Q/H (Mockmore, 2004, hal 17) ........ 2.7

  1

  d. Jari-jari kelengkungan sudu ( ρ)

  (Mockmore, 2004, hal 15) ......... 2.8 ρ = 0.3261 r

  1

  dengan : r

  1 = jari-jari luar roda jalanr (in) e. Lebar velk radial (a) a = 0,17D

  1 (Mockmore, 2004, hal 12) ......... 2.9

Gambar 2.9 Kelengkungan sudu (Mockmore, 2004, hal. 16)

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

  1 ),

  jarak sudu pancaran air keluar (s

  2 ) dan jarak antar sudu (t) (gambar 2.14)

  s = kD (Mockmore, 2004, hal 14) .................... 2.10

  1

  1

  s = t(r /r ) (Mockmore, 2004, hal 11) .................... 2.11

  2

  2

  1

  t = s

  1 /sin 1 (Mockmore, 2004, hal 10) .................... 2.12

  β

Gambar 2.10 Jarak antar sudu (Mockmore, 2004, hal. 9)

  g. Jumlah sudu (n) n = л D

  1

  /t (Mockmore, 2004, hal 17) ...................... 2.13

  h. Jarak pancaran dari poros (y

  1 ) (gambar 2.17)

  y

  1

  = (0.1986-0.945k) D

  1

  (Mockmore, 2004, hal 14)........ 2.14 i. Jarak pancaran dari keliling dalam (y

  2 ) (gambar 2.17)

  y

  2 = (0.1314-0.945k) D 1 (Mockmore, 2004, hal 14) ...... 2.15

Gambar 2.11 Alur pancaran air (Mockmore, 2004, hal. 13)

  j. Efisiensi maksimal turbin jika u = ½ V cos α

  1

  1

  1

  maka tan = 2 tan β α

  1

  1

  ψ = koefisien empiris yang nilainya sekitar (0,98) (Mockmore, 2004, hal 9)

  2

  2

  (1 + (Mockmore, 2004, hal 9). 2.16

  1

  ε max = 0,5 C ψ ) cos α

  k. Nosel Nosel pada turbin crossflow berbentuk persegi panjang. Ukuran nosel ditentukan dengan :

  A = Q/V (Mockmore, 2004, hal 17) ………........ 2.17

  1 So = A / L (Mockmore, 2004, hal 17) .................... 2.18

  l. Sudut pusat sudu jalan (gambar 2.12) Tan ½

  1 /(sin 1 + r 2 /r 1 ) (Mockmore, 2004, hal 15)….... 2.19

  δ = cosβ β m. _{Perhitungan poros} Parameter-parameter yang digunakan dalam perhitungan poros sebagai berikut ;

• P = daya yang ditransmisikan (kW)
• Fc = faktor koreksi (Sularso, 2004, hal. 7)
• n = putaran poros (rpm)

  Pd = fc×P (kW) ................................................................... 2.20

• T = momen puntir rencana (kg.mm)

  5 T = 9,74 × 10 × Pd/n........................................................... 2.21

  2 ^B

• = kekuatan tarik bahan (kg/mm )

  σ

• Sf

  1 dan Sf 2 = faktor keamanan

• Cb = faktor Cb nilainya 1,2 sampai 2,3. Jika diperkirakan tidak terjadi pembebanan lentur maka Cb = 1.
• Kt = faktor Kt dipilih 1,0 jika beban dikenakan secara halus; 1,0- 1,5 jika dikenakan sedikit beban kejutan atau tumbukan; dan 1,5- 3,0 jika beban kejutan atau tumbukan besar.
• d

  ⎢ ⎣ ⎡

  out

  Dengan : Q = Debit air (cfs) H = Tinggi air jatuh (head) (feet) o. Perhitungan Daya Alternator (P

  8 QH (HP) (Mockmore, 2004, hal 17)..................... 2.24

  8 QHe P = 8 ,

  P = 8 ,

  τ .................................................... 2.23 n. Perhitungan Daya yang Tersedia (P in )

  T Cb Kt _a

  × × ×

  5 ⎥ ⎦ ⎤

  ( )

  = ^{3 1} 1 ,

  s

  = diameter minimal poros (mm) d

  s

  ) ................................................. 2.22

  

2

  σ τ (kg/mm

  ^B 2 Sf 1 Sf ^a × =

  ) P out = V x I ........................................................................................ 2.25 Dengan : V = Tegangan (volt) I = Arus (ampere) p. Perhitungan Torsi Turbin (T)

  p _out

  T = 9 , 55 .................................................................................... 2.26

  n

  Dengan : n = Putaran generator q. Perhitungan Efisiensi Total (

  η)

  P _out

  × 100 % ............................................................................... 2.27 η =

  P _in

  r. Perhitungan kecepatan spesifik

  Q

  n q = n ………………………………………………………. 2.28 _{, 75} H 2.5.

   Tinjauan Pustaka

  Unjuk kerja turbin crossflow 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 roda jalan, rasio diameter dalam dan diameter luar serta manufaktur runner maupun nosel. Penelitian tentang turbin crossflow banyak dilakukan untuk sudu yang dibuat dari plat yang dilengkung. Turbin crossflow yang dilengkapi dengan saluran pengarah di dalam roda jalan 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 didalam roda jalan 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 roda jalan. Runner yang diuji mempunyai jumlah sudu 28 buah, diameter luar 170 mm, dan lebar 114 mm. Perbandingan diameter dalam dan diameter luar untuk tiap rosa jalan dibuat berbeda. Perbandingan diameter dalam dan diameter luar yang digunakan adalah 0,75; 0,67; 0,58; dan 0,54. Sudut masuk pancaran air dipilih

  o

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

  Penelitian terhadap pengaruh sudut nosel menunjukkan bahwa efisiensi akan semakin besar jika sudut nosel semakin besar (Khosrowpanah, 1988). Penelitian ini menggunakan 3 buah runner dengan jumlah sudu 20, 15 dan 10 serta 1 buah roda jalan dengan diameter setengah dari diameter roda jalan yang lain, sedangkan jumlah sudunya 20. Dari penelitian ini juga didapatkan bahwa efisiensi tertinggi dari tiap roda jalan 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).

  BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Diagram Alir Penelitian START STUDI PUSTAKA PERANCANGAN TURBIN ALIRAN SILANG PEMBUATAN TURBIN ALIRAN SILANG PENELITIAN TURBIN ALIRAN SILANG PENGAMBILAN DATA PENGOLAHAN DATA SELESAI Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

3.2. Pembuatan Alat 3.2.1. Rancangan Turbin Aliran Silang

  Dalam merancang sebuah Turbin Aliran Silang diperlukan parameter yang diketahui sebagai dasar perancangan untuk perhitungan parameter-parameter lain.

  Dalam perancangan ini terdapat parameter yang diketahui yaitu : Tinggi tekan / head (H) = 4,5 meter

  = 14,765 ft Kapasitas aliran / Debit (Q) = 8 liter/detik

  = 0.283 cfs Diameter pipa untuk sudu (d

  1 ) = 1,25 inchi

  Koefisien nosel (C) = 0,98 Faktor koreksi (k) = 0,087 Sudut masuk (

  α

  1

  ) = 16º Sudut keluar (

  β

  2

  ') = 90° Percepatan gravitasi = 32,18 ft/s

  2 Perhitungan : Perancangan Turbin Aliran Silang dengan sudu jalan yang terbuat dari pipa berdiameter 1,25 in (0,104167 ft).

  a. Kecepatan air sebelum masuk roda jalan

  2 V = C gH ,

  98

  2 32 ,

  18 14 , 765

  V = × × V =

  30 , 209 ft/s

  b. Jari-jari kelengkungan sudu turbin ( ρ)

  1 ,

  25

  in ρ =

  2

  ρ = 0,625 in

  c. Diameter roda jalan (D )

  1

  1

  ρ = 0,326 r , 625 r

  1 =

  , 326 r = 1,917 inchi

  1 D 1 = 3,834 inchi d. Panjang roda jalan LD

  1 = _{2 / 1} 210

  H Q ×

  =

  ( ) ^{2 / 1} 765 ,

  14 × 210 283 ,

  = 15,467 inchi maka : L = ₁

21 D

  = 834 , 3 467 ,

  15 = 4,034 inchi f. Lebar nosel Luasan nosel :

  085 ,

  862

  D H ×

  =

  ( )

  834 ,

  3 765 , 14 862 ^{2 / 1}

  × = 863,822 rpm

  e. Kecepatan putar roda jalan (N) N = ₁ ^{2 / 1}

  A =

  V Q

  = 209 , 30 283 ,

2 Lebar nosel :

  S =

  L A

  = 034 ,

  4 , 144 009 ×

  = 0,334 inchi

  g. Jarak sudu pada roda jalan (t) s h. Jumlah sudu (n) × D

  = 0,009 ft

  = k x D

  1

  = 0,087 x 3,834 = 0,334 inchi t = ₁ ¹ sin β

  s

  =

  ( ) ( ) ¹ 16 tan 2 tan sin

  034 , × −

  = 0,671 inchi

  1

  π ₁ n =

  t

  3 ,

  14 3 , 834 ×

  = , 671

  = 17,97 ≈ 20 buah i. Radial rim width (a) a = 0,17 x D

  1

  = 0,17 x 3,843 = 0,625 inchi j. Diameter dalam roda jalan (D

  2 )

  D

  2 = D 1 – 2(a)

  = 3,834 – 2(0,652) = 2,531 inchi k. Jarak pancaran air dari pusat poros (y

  1 )

  y

  1 = (0,1986 – 0,945 x k) x D

  1

  =(0,1986 – 0,945 x 0,087) x 3,834 = 0,446 inchi l. Daya yang tersedia (P

  in

  = 0,354 x 0,877 = 0,312 kw

  a = _{2 1} Sf Sf ^b

  τ

  2

  b = 10 Kg/mm

  Bahan poros : σ

  863 822 , 312 , = 351,795 kw

  5

  = 9,74 x 10

  5 N P _d

  T = 9,74 x 10

  h. Perhitungan Poros Menghitung torsi :

  x η

  ) P in =

  in

  = P

  turbin

  P

  , 14 283 = 0,475 HP m. Daya Turbin Maksimum (P turbin , P d )

  × 8 , 8 765 ,

  ⎜ ⎝ ⎛

  ⎠ ⎞

  8 QH = ⎟

  ⎜ ⎝ ⎛ 8 ,

  ⎟ ⎠ ⎞

  × σ

  10

  =

  3 ×

  4

  2

  = 0,833 Kg/mm Diameter poros: _{1 3}

  ⎡ ⎤ 5 , 1 d

  1 = × K × C × T _{t b}

  ⎢ ⎥ τ _a

  ⎣ ⎦ _{3 1}

  5 ,

  1 ⎡ ⎤

  = ×

  1 , 5 ×

1 × 351 , 795

⎢ ⎥ , 833 ⎣ ⎦

  = 14,783 mm i. Geometri Turbin Aliran Silang dalam pembuatan

  Diameter pipa untuk sudu (D ) = 1,25 inchi = 31,75 mm

  1 Jari-jari kelengkungan sudu = 0,625 inchi = 15,875 mm

  Diameter luar turbin (D

  1 ) = 3,858 inchi = 98 mm

  Panjang turbin (L) = 4,095 inchi = 104 mm

  

Radial rim width (a) = 0,747 inchi = 18,96 mm

  Diameter dalam (D ) = 2,365 inchi = 60,08 mm

2 Jarak sudu pada piringan (t) = 0,604 inchi = 15,33 mm

  Diameter poros maksimal = 0,984 inchi = 25 mm Jumlah sudu (n) = 20 buah Sudut busur sudu ( =

  95 δ)

3.2.2. Pembuatan Turbin

  a. Pembuatan Kerangka Turbin Sebelum membuat turbin aliran silang terlebih dahulu membuat kerangka turbin. Kerangka turbin digunakan untuk menempatkan generator, puli, pompa, bak penampungan air, dan unit turbin. Pembuatan kerangka didarsarkan pada perancangan yang telah ada. Proses pembuatan kerangka turbin :

  1. Mengukur rangka dudukan generator, puli, rumah turbin dan bak penampungan air.

  2. Membuat sketsa rangka dan menggambar kerangka.

  3. Membeli bahan yang diperlukan, besi L dan plat besi.

  4. Memotong bahan sesuai dengan ukuran yang dibutuhkan.

  5. Membuat lubang untuk baut dengan mesin bor.

  6. Semua potongan dilas dan dibentuk sesuai dengan sketsa.

  7. Mengelas dudukan roda dan memasang roda.

  8. Bak penampungan air dibuat dan dipasang.

  9. Pengecatan kerangka turbin. b. Pembuatan Roda Jalan (runner) Bagian penting dari turbin aliran silang yaitu roda jalan atau roda jalan. Proses pembuatan roda jalan memerlukan tahapan-tahapan tertentu dan berbeda-beda.

  Tahapan yang dilakukan penulis dalam membuat roda jalan yaitu :

  1. Pembuatan Sudu Sudu turbin dibuat dari pipa yang dibelah. Pipa yang digunakan berdiameter 31,75 mm, panjang pipa untuk sudu 104 mm, dan tebal 1,5 mm. Pipa yang akan dibelah diberi mal dan digaris. Tujuannya untuk memmudahkan dalam pembelahan. Pipa dibelah dengan menggunakan mesin sekrap. Pipa dibelah menjadi tiga bagian dengan besar busur sudu 95 .